譯者前言

化學(xué)生物學(xué)是研究生命過程中化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)科，更是一門新興交叉學(xué)科。它通過外源化學(xué)手段，對生命體系中的分子進行精準地識別、闡釋、修飾和調(diào)控，通過充分發(fā)揮化學(xué)和生物學(xué)、醫(yī)學(xué)交叉的優(yōu)勢，揭示生物學(xué)新規(guī)律，促進新藥、新靶標和新的作用機制的發(fā)現(xiàn)，為人類健康研究方向提供新策略、方法與分子工具，為人類社會發(fā)展服務(wù)。

當前，國內(nèi)眾多高校相繼成立了化學(xué)生物學(xué)系或開設(shè)了化學(xué)生物學(xué)專業(yè)，旨在通過向?qū)W生傳授化學(xué)與生物學(xué)相關(guān)的知識，給學(xué)生提供一個雙培養(yǎng)的環(huán)境，使學(xué)生更好地理解現(xiàn)代化學(xué)和復(fù)雜生物學(xué)研究的密切關(guān)系。然而國內(nèi)化學(xué)生物學(xué)教材版本太少，且已出版的圖書大都為科技書專著形式，內(nèi)容主要涉及當代先進的化學(xué)生物研究方法與技術(shù)，但是如何從本質(zhì)上有效地以化學(xué)視角揭示生物學(xué)奧秘仍是難題。

這也正是《Introduction to Bioorganic Chemistry and Chemical Biology》（David Van Vranken, Gregory A. Weiss，2013）一書的亮點之處。這本教科書為讀者提供了一個全面了解生物分子合成與功能的化學(xué)藍圖。原著遵從分子生物學(xué)的中心法則，以基因水平為起點，從有機化學(xué)角度聚焦生物分子DNA、RNA、蛋白質(zhì)、聚糖、聚酮以及萜類，用有機化學(xué)思維從原子、化學(xué)鍵、化學(xué)反應(yīng)機理視角，闡述生物體內(nèi)眾多分子的化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點以及分子間的相互作用關(guān)系。通過本書的學(xué)習(xí)，您會慢慢發(fā)現(xiàn)分子生物學(xué)中心法則之外的化學(xué)法則是生命起源的基礎(chǔ)。本書內(nèi)容全面，深淺適宜，特色鮮明，可以作為本科生與研究生學(xué)習(xí)化學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)知識的教材，也可供對化學(xué)生物學(xué)有興趣的研究人員參考。

本書的翻譯工作得以順利開展，要衷心感謝來自北京大學(xué)、清華大學(xué)、武漢大學(xué)、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院&北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所、中國科學(xué)院化學(xué)研究所的20位化學(xué)生物學(xué)教學(xué)與科研一線的專家們，是他們認真嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科研態(tài)度保障了本書翻譯內(nèi)容的準確性；感謝國家自然科學(xué)基金委員會交叉科學(xué)部和化學(xué)科學(xué)部的前瞻性支持和重要引領(lǐng)，得以在短短一個月內(nèi)將翻譯隊伍組織起來，賦予各位譯者以激情；感謝張禮和院士為本書作序并擔(dān)任本書的主審；感謝化學(xué)工業(yè)出版社優(yōu)秀教材發(fā)展基金項目的支持，以及嚴謹?shù)木幮９ぷ�；感謝中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院&北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院研究生教學(xué)改革項目的資助。

合抱之木，生于毫末；九層之臺，起于累土。希望本書能為我國化學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)教育提供新的助力。

后，謹向廣大讀者朋友們致以美好的祝愿！



張艷、胡海宇、陳擁軍

北京

2021年4月











原著前言

這本教科書為讀者提供了一個了解生物分子合成與功能的化學(xué)藍圖。目前，化學(xué)生物學(xué)的研究領(lǐng)域在不斷地深入和擴展，其中生物分子參與了包括細胞調(diào)控、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及生物合成在內(nèi)的主要細胞功能，我們將主要從有機化學(xué)角度聚焦生物分子的研究進展。而學(xué)生們在學(xué)習(xí)此書時，要遵從分子生物學(xué)的中心法則，以基因水平為起點，再到每一種生物分子DNA、RNA、蛋白質(zhì)、聚糖、聚酮以及萜類，我們將研究它們的化學(xué)、結(jié)構(gòu)特點以及與其他分子的相互作用關(guān)系。隨后，我們將學(xué)習(xí)如何通過化學(xué)方式控制基因的表達。值得一提的是，雖然在過去二十年中，大多數(shù)的相關(guān)教學(xué)活動都是基于生物模型的，但是我們的教學(xué)內(nèi)容將盡可能地聚焦于人體細胞。

《Introduction to Bioorganic Chemistry and Chemical Biology》適用于學(xué)習(xí)過有機化學(xué)課程的高年級本科生和研究生，如果你對生物學(xué)有一些了解，將有利于學(xué)習(xí)這本書。同樣，這本書也適合醫(yī)學(xué)專業(yè)高年級學(xué)生的學(xué)習(xí)。我們目前在加州大學(xué)爾灣分校開設(shè)了一系列化學(xué)生物學(xué)課程，并以此為基礎(chǔ)，撰寫了這本教科書。雖然有機化學(xué)將是我們這門課程的主要語言，但目前還沒有哪本教科書能夠從原子、化學(xué)鍵、化學(xué)反應(yīng)機理角度對細胞活動進行詳細的描述。這本書將從基礎(chǔ)性的概念開始，逐步建立復(fù)雜的章節(jié)體系。對于本科生教學(xué)，我們可以跳過一些高階的教學(xué)內(nèi)容，全書內(nèi)容可以靈活地適應(yīng)不同的課時和難度。

這本教科書是依據(jù)分子生物學(xué)的中心法則組織編撰的。其中，第1章和第2章分別介紹了化學(xué)生物學(xué)的基本原理和生物體的化學(xué)起源，此后的每一章（第3～8章）依次講述了人體細胞中的每一類生物分子DNA、RNA、蛋白質(zhì)、聚糖、聚酮以及萜類。在這本書里，我們沒有講述代謝與生物合成途徑的內(nèi)容，這些在生物化學(xué)相關(guān)課程中經(jīng)常被介紹。第9章則引導(dǎo)學(xué)生跳出中心法則，去思考解釋細胞調(diào)控生物分子合成的機制。而在后一章，我們將加深學(xué)生對現(xiàn)代生物學(xué)、生理學(xué)以及醫(yī)學(xué)的理解。由于新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和迭代，在這里本書將不再討論儀器和實驗性的技術(shù)方法。由于這本教材并沒有全面涵蓋化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的所有知識，因此許多眾所周知的實例和技術(shù)沒有包含在這本書里。我們也非常期望老師們能夠從這本教材中選擇并額外補充學(xué)生迫切需求的知識，傳授給學(xué)生。

我們知道，豐富生動的教學(xué)內(nèi)容是產(chǎn)生學(xué)習(xí)樂趣的關(guān)鍵。在這本書中，每一章我們都以多羅西·克勞福特·霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkins）、菲巴斯·利文（Phoebus Levene）和赫爾曼·埃米爾·費歇爾（Hermann Emil Fischer）等著名科學(xué)家們在這一領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)為開端。在本書中，我們將生物學(xué)的相關(guān)例子與豐富多彩的圖像結(jié)合以吸引讀者去理解生命的分子結(jié)構(gòu)。我們對圖例的顏色選擇也是經(jīng)過精心挑選的：一般來說，紅色表示DNA，綠色表示RNA，藍色表示蛋白質(zhì)，紫色表示聚糖，棕色表示聚酮和萜類。當這些生物分子被抽象的形狀表示時，形狀的顏色將提供更多的生物化學(xué)信息。我們還將采用有機化學(xué)課程常用的現(xiàn)代有機化學(xué)結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機理描述方式進行教學(xué)，展示生物大分子的二級結(jié)構(gòu)并附帶PDB ID，這樣學(xué)生們可以使用蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫進行方便的查詢。在這本書中，提問式教學(xué)將貫穿于各章節(jié)，情景化的語言描述也將有利于學(xué)生對內(nèi)容的理解。在每一章結(jié)束時，我們都會給出一定量的習(xí)題，以促使學(xué)生進行更深入的學(xué)習(xí)，并且我們已經(jīng)把那些適合自學(xué)的問題標上了星號，學(xué)生可以通過登錄相關(guān)網(wǎng)站探尋問題的答案。此外，每一章開頭都列出了學(xué)習(xí)目標，結(jié)尾列出學(xué)習(xí)重點，以幫助學(xué)生理解本書重要的內(nèi)容。



戴維·范·弗蘭肯　格雷戈里·韋斯