分子生物学作用精选(九篇)

第1篇：分子生物学作用范文

关键词姜黄素；抗癌；分子通路

姜黄素(Curcumin)是一种植物多酚，来源于姜黄、郁金、莪术、石菖蒲等的根茎，化学结构为C21H20O6 ，分子量368．37。姜黄素可以抑制多种肿瘤细胞系的生长，预防化学性和放射性诱导的啮齿类动物肺癌、食道癌、胃癌、肝癌、大肠癌、胰腺癌和乳腺癌等多种癌瘤的形成，美国国立肿瘤研究所已将其列为第三代癌化学预防药[1],研究表明,姜黄素可明显抑制MCF-7人乳腺癌细胞[2] 、Ehrlich腹水瘤细胞ISCC一25[3]、人口腔鳞状细胞癌细胞[4]、人结肠癌细胞Colo320[5]、UMUC人膀胱癌细胞[6]等多种肿瘤细胞的增殖。

1985年，KUTTAN等[7]首次报道了姜黄素具有潜在的抗肿瘤活性。本文对近年来姜黄素抗肿瘤作用的分子生物学机制研究进展作一介绍。

1抑制肿瘤血管形成

血管生成是肿瘤发生发展的重要因素，并为肿瘤细胞进入循环转移、扩散提供便利。浙江中医药大学分子医

学研究所[8]研究发现，姜黄素具有抗血管生成作用，可明显抑制牛内皮细胞的增殖迁移，说明姜黄素是一种特异性血管生成抑制剂。Shao等[9]的研究也表明，姜黄素可抑制MDA-MB-231人类乳腺癌细胞的两种主要的血管形成因子：血管内皮生长因子(VEGF)和成纤维生长因子(bFGF)的转录。另有研究[10]表明，不同器官发生的肿瘤遗传学

变化涉及不同的基因，而姜黄素对多种肿瘤均有抑制作用，推测抑制血管形成可能是其抗癌机制之一。

2上调caspases蛋白酶

胱冬蛋白酶属于ICE/CED3蛋白酶家族成员，目前发现至少有14种之多，分别命名为casepases1-casepases14。与细胞凋亡密切相关，它是通过级联反应，最终激活核酸内切酶来实现的。姜黄素可呈时间及剂量依赖性抑制Raji细胞增殖，可显著促进Raji细胞凋亡；Western检测表明，在25umol(IC50)作用24小时，Raji细胞与对照组相比，胱冬蛋白酶8和9的表达明显增高，提示胱冬蛋白酶8和9在Raji细胞增殖和凋亡中起重要的作用。说明姜黄素诱导Raji细胞死亡受体Fas的表达增强，激活了caspase-8，从而启动caspase级联发应，使线粒体下游caspase-9效应酶激活，最终诱导细胞凋亡[11]。

3抑制NF-κB

姜黄素可能是通过特定的信号途径来抑制特定刺激物诱导细胞基质分泌的。santibane等[12]报道姜黄素通过Ras/MAPK信号途径，抑制由TGF-β刺激的鼠角化细胞MMP-9的分泌。由NF-κB调节的基因可抑制凋亡，诱导增生并介导炎症、血管生成和肿瘤转移。Shishodia等[13]发现人类非小细胞肺癌细胞事先用姜黄素处理，可抑制由烟草诱导的NF-κB的激活，同时抑制NF-κB调控的周期蛋白D、环氧合酶-2和MMP-9的表达.Aggarwal等[14]发现姜黄素可以通过抑制IKK介导的NF-κB激活和NF-κB调节的细胞生长和增殖的基因，如Bcl-2、周期蛋白D1、IL-6、环氧合酶-2

和MMP-9的表达而诱导头颈部鳞癌细胞的凋亡。另姜黄素和顺铂联合应用时可协同减少卵巢癌细胞中自体同源的细

胞因子IL-6的产生[15]。

4诱导细胞周期停滞

细胞周期与细胞癌变不是相互独立的事件，细胞周期的失控在肿瘤发病中处于极其重要的环节。在姜黄素处理的不同肿瘤细胞中可观察到不一致的细胞周期阻滞作用。Holy等[16]报道姜黄素处理人乳腺癌MCF-7细胞24～48h，细胞出现M期停滞，48h之后离开M期，细胞形成多个微核而不是正常的子核，作者认为姜黄素引起G2/M停滞和这种细胞核的异常装配有关。Squires等[17]报道姜黄素通过对S/G2/M细胞周期的影响而抑制HBL100和MDA－MB－468人乳腺癌细胞的增殖。车艺[18]等报道姜黄素可抑制急性髓性白血病细胞(HL-60)细胞的生长，其抑瘤率与药物浓度和作用时间呈依赖关系；姜黄素还能干扰细胞周期进程，诱导HL-60细胞凋亡，其机制可能与凋亡因子调控G1/S和G2/M期检测点功能有关。还有研究[19]表明，姜黄素还可明显抑制人卵巢癌细胞株3AO的生长，并将肿瘤细胞聚集在S期和G2/M期，还可诱导细胞凋亡，γ-干扰素与姜黄素联用后，上述作用明显增强。上述研究表明，姜黄素对不同组织的癌细胞周期的调控可能基于不同的作用机制，这些机制的研究有待进一步深入。

5调节Bcl-2家族相关基因蛋白表达

Bc1-2家族蛋白是在细胞凋亡过程中起关键性作用的一类蛋白质。线粒体上，Bcl-2家族蛋白通过与其他凋亡蛋白的协同作用，调控线粒体结构与功能的稳定性，发挥着细胞凋亡“主开关”的作用。Bcl-2家族包括两类蛋白质：一类是抗凋亡蛋白，另一类是促凋亡蛋白。姜黄素作用于初治AML患者原代细胞时，可使抗凋亡蛋白Mc1-1下调，促凋亡蛋白Bax、Bak上调,证明了姜黄素可诱导初治AML患者原代细胞的凋亡，并发现姜黄素诱导白血病细胞凋亡的机制之一是调节Bcl-2家族成员Mc1-1、Bax、Bak的表达，进一步证实各成员之间存在复杂的相互关系[20]。

6姜黄素抗肿瘤作用的展望

姜黄素作为姜黄的有效成分，对机体各系统作用广泛。随着姜黄素多种功效的开发，其药理作用机制的研究也渐进成熟，并已深入至细胞和分子水平。多靶点、多途径及双向调节作用是中药治疗疾病的亮点，姜黄素作为中药的提取成分，其药理作用机制复杂,姜黄素对同一作用途径在不同的靶器官上所起的效果是否一样，是否还存在与某些中药类似的对机体的双重调节作用，目前尚未十分明确,本文介绍了姜黄的抗癌作用及可能的机制,这些研究方法与思路是很有价值的，值得借鉴，根据国外文献资料及实验室的研究进展，在癌化学预防用药的领域可能更有广大前景。有理由相信，随着人们对姜黄素诱导肿瘤凋亡作用机制的不断深入探索和认识，姜黄素有望应用于人类的癌症治疗及化学预防，造福于人类。

参考文献

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第2篇：分子生物学作用范文

关键词：  药物筛选;分子印迹技术;高通量筛选技术;生物芯片技术;生物信息学技术

药物筛选是应用适当的方法和技术根据特定的目的对药物进行优选的过程。药物的种类很多，从大量的药物中找出对特定疾病有针对性治疗作用的药物是个复杂的过程。传统的药物筛选一般是采用生物学方法，也就是将药物与相应的病原作用，能够有效抑制病原生长或对已有病原有杀灭作用的即为有效药物。然而对于由病毒或细菌引起的具有强传染性的疾病此种方法是一项既繁琐，危险性大又对实验条件要求极高的工作。因此，应建立非生物学方法来替代传统生物学方法。所谓的非生物学药物筛选方法即在不接触传染性病原的情况下进行药物筛选。筛选的方法可以是间接的筛选药物，如分子印迹法、生物信息学法;也可以是获得病原的相应结合靶点来选取有效药物，如高通量筛选技术和生物芯片技术。本文将对非生物学药物筛选方法进行简要综述[1]。

1分子印迹技术

分子印迹技术也叫分子烙印技术或分子模板技术(molecular imprinting technique, MIT)，是一种模拟抗原与抗体相互作用的人工生物模板技术。分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers，MIPs)也就是由分子印迹技术制备出来的，具有高效、稳定、使用寿命长等优点。在对映体和异构体的分离[2，3]、固相萃取[4，5]、缓控释给药系统[6]、临床药物分析、膜分离技术[7]、模拟酶催化[8]、化学仿生传感器[9]等领域中MIPs都展现了良好的应用前景。MIPs的制备过程为：①在溶剂(致孔剂)中将模板分子和功能单体按照一定比例混合后一定条件下进行反应，通过共价键或非共价键作用形成可逆的模板分子-功能单体复合物;②加入交联剂、引发剂，使模板-功能单体复合物通过聚合反应在模板分子周围形成高交联的刚性聚合物;③将模板分子(印迹分子)从聚合物中洗脱解离出来，这样在聚合物的骨架上便留下了一个对模板分子有“预定”选择性的识别空位。空位中含有精确排列的与模板分子官能团相互补的由功能单体提供的功能基团[10]。分子印迹聚合物中的空位和模板分子形状、大小完全一样,从而实现对模板分子的特异性识别。印迹聚合过程如图1所示[11]。MIT具有分子识别性强、固定相制备简便快速、操作简单、性质比较稳定(耐酸碱、耐高温、高压等)、溶剂消耗量小、模板和MIPs都可以回收再利用等优点。

应用分子印迹技术，根据已筛选出的对相应病原有抑制作用的化合物作为模板建立生物法替代筛选模型。一方面可以避免与病原的直接接触，增强安全性;二是可以在普通实验室进行实验，实验条件要求低;三是有针对性的选择有效药物成分，缩短了筛选时间和实验强度;四是精确有效筛选。如中草药含的化合物结构类型多样，含量悬殊且许多成分是未知的，因此从中分离纯化有效成分是一项费时费力的工作，而且容易丢失微量的有效成分。为了尽快从中草药中寻找出高效的实体药物及各配方的有效成分，以及将中药推向国际市场并从中发现疗效显著的符合欧美市场要求的新药，就可以应用分子印迹技术来达到这个目的。谢建春等[12]以骆驼蓬种籽中抗肿瘤活性化合物哈尔满作为模板,用非共价键法制备了对哈尔满结构类似物哈尔明及哈马灵具有强亲和性的分子印迹聚合物。分离鉴定了骆驼蓬种籽甲醇粗提物中所含的哈尔明及哈马灵两种抗肿瘤活性成分。此实验结果说明了通过分子印迹技术能够有效地对中草药活性成分进行分离。实验还说明了通过分子印迹亲和色谱与质谱联用可以分离鉴定复杂成分中有效成分。这对于筛选已知药物的结构类似物无疑是种简单快速安全的方法。

2高通量药物筛选技术

第3篇：分子生物学作用范文

[关键词] 中医药基础理论；经络脏腑；脏象；中药药性；超分子；化学；物质基础；方证关联；中药；中药复方；气析；中医药现代化

[收稿日期] 2013-06-09

[基金项目] 国家自然科学基金项目（81073142，81173558，81270055）；国家博士点基金项目（20124323110002）；湖南省自然基金重点项目（11JJ2055）；湖南省教育厅十二五药学重点学科项目

[通信作者] 贺福元，教授，博士生导师，主要从事中药药理学、中药药剂学、中医药超分子机制及数理特征化研究工作，Tel：（0731）5381372，E-mail：

超分子化学（supramolecular chemistry）根源于配位化学，有人称之为广义配位化学（generalized coordination chemistry），是30多年来迅猛发展起来的一门交叉学科，它与材料科学、信息科学、生命科学等学科紧密相关，是当代最前沿的化学研究领域之一。这个领域起源于碱金属阳离子被天然和人工合成的大环和多环配体，即冠醚和穴醚的选择性结合。1967年C J Pederson报道了冠醚配位性能的发现，揭开了超分子化学发展的序幕。1973年，D J Cram基于在大环配体与金属或有机分子络合化学方面的研究，提出了以配体（受体）为主体，以络合物（底物）为客体的主客体化学。超分子化学概念和术语是1978年J M lehn模拟蛋白质螺旋结构自组装体的研究内容而引进的，在一定程度上超越了大环与主客体化学而进入了所谓“分子工程”领域，即在分子水平上制造有一定结构的分子聚集体而起到一定的特殊性质的工程，并进一步提出了超分子化学即“超越分子的化学”的概念。“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”是对分子与超分子化学的中肯诠释。自从1987年Pederson，Cram和Lehn因为对超分子化学领域的杰出贡献而获得该年度的诺贝尔化学奖以来，超分子化学便蜚声世界，受到了科学界和大众的广泛关注[1]。

分子化学是原子之间通过化学键作用形成分子，是以分子为研究对象的化学，可称为特征化学；而超分子化学是以多种弱相互作用力而非化学键为基础，是由多个分子通过这种弱的分子间非共价键的相互作用为研究对象的化学，和原子间由化学键作用而形成分子的化学不同，超分子化学是研究分子间相互作用的科学，也可以称为表观化学[2-3]。

超分子化合物是由主体分子和一个或多个客体分子之间通过非共价键作用而形成的复杂而有组织的化学体系。主体通常是富电子的分子，可以作为电子给体，如碱、阴离子、亲核体等；客体是缺电子的分子，可作为电子受体，如酸、阳离子、亲电体等。超分子体系中主体和客体之间不是经典的配位键，而是分子间的弱相互作用，即氢键、主客体作用、静电作用、π-π堆积作用等，其键能大约为共价键的5%～10%，且具有累加性，但形成的基础是相同的，都是分子间的协同和空间的互补，因此可以认为，超分子化学是配位化学概念的扩展。

中医药基础理论是中华民族几千年同疾病临床斗争的结晶，其正确性与科学性不容置疑。众所周知，中医药理论是建立在对人体有序的多分子群作用基础上的宏观规律表征，长期以来大家多是从宏观方面寻找解决问题的线索，对于能否从微观物质基础层面找到诠释物质基础多持否认的态度，并且认为这是中医药理论区别于西医的固有特点，这些观点容易强化“中医药不存在微观物质属性”的观点。这主要有2个原因，一是中医药长期的宏观思维阻碍了以体现中医药理论为核心的微观物质的寻找，从思想上固执地认为找不到，也不想怎么找到，这多体现在中医药院校的人才思维之中；二是长期寻找无果，由于对现代非医学科学缺乏系统而精心的学习，没有找准现代非医学科学理论，只牵强附会地将中医药理论与现代科学凑合，多借助现代科学仪器设备从“静态”的角度进行人体观察，却试图找到能反映宏观“动态”中医药理论的微观物质基础，其结果注定要失败，这多体现在非中医药院校的人才思维之中。由于中医药理论的微观物质运行规律长期不明，累遭非中医人士的诟病，因此能否从微观层面找到中医药理论化学作用的本质规律是能否诠释中医药理论并为现代社会所接受（所谓的中医药现代化）的关键，长期萦绕在作者心头。近年作者在研究网络药理学的成分群与网络靶点的作用规律、在研究中药“穴药”法归经理论、在研究单成分的构效关系时，首次接触到了超分子化学，发现两者有天然渊源关系，这种大小分子群间作用的印迹模板（钥匙）关系理论正是整合人体“海洋般”分子群相互作用而表现出的宏观规律，阐述中医药理论的“不二法门”理论。因此，本文先从超分子化学的研究现状入手，然后与中医的经络脏腑理论与中药药性理论结合，剖析人体大小分子群作用的超分子运行规律，证明能从微观物质作用规律层面上勾画出中医药基础理论，据此可提出中医药基础理论微观与宏观现代化的途径与框架图。

1 超分子化学的研究现状

1.1 超分子化学研究的3个阶段

超分子化学研究经过了主客体化学、分子识别化学和自组装化学3个发展阶段。主客体化学是以主体洞穴包裹客体小分子而形成超分子，为超分子研究的起初阶段，只追求特异的非化学键组成的超分子特异性结构；分子识别化学与医学有历史渊源，早源于免疫学的抗体与抗原识别化学，抗体依抗原表面决定簇识别而合成抗体，两者结合可形成巨大的超分子；自组装化学是基于既有氢键供体又有氢键受体的易形成氢键的分子，或基于既有电子供体又有电子受体的易形成传荷络合物分子，当这种分子以特定的结构存在时会自组装成高分子聚合物。当然，这3个过程不是严格的顺承关系，而是相互渗透和相互关联的。例如，在模拟细胞膜的研究中，超分子化学家就同时运用了主客体化学和超分子自组装化学的知识和手段。荷兰的Reinhoudt率先提出了分子印刷板（molecular-printboard）的新概念[4]，即将修饰有主体分子（自组装单分子层）的表面作为分子印刷板。这种富集了大量主体分子的表面像自然界的细胞膜一样具有表面识别位点，在这种表面上，客体分子通过超分子相互作用可以有效定位。由超分子化学研究的3个阶段可知，其理论将对中医药基础理论的解释将会产生重大而深远的影响。

1.2 超分子中的主要主体化合物

超分子的主体化合物是指构成超分子印迹孔穴（通道）的化合物，其中潜在特异的可结合的模板分子，两者为钥锁关系。在超分子化学的发展过程中，越来越多的主体分子被发现或者合成，目前经典的超分子化学中的主体化合物如下。

1.2.1 冠醚配合物 这是最早发现和研究的化学超分子物质。冠醚一般是具有（CH2CH2X）重复结构单元的大环化合物，其中X代表杂原子。从环上所含杂原子来看，冠醚化学己从最初的全氧冠醚发展到硫、硒、氮、磷、砷、硅、锗和锡等杂冠醚。冠醚化合物都具有确定的大环结构，不像一般非环配体那样，只是在形成金属配合物时才形成环[5]。

1.2.2 环糊精和环糊精包合物 环糊精（cyclodextrin，CD）也称作环聚葡萄糖，是由若干D-吡喃葡萄糖单元环状排列而成的一组低聚糖的总称。它具有圆筒状疏水性内腔和亲水性外沿，与柔性的开链类似物相比具有特别的物理和化学性质。Villiers于1891年通过用酶降解淀粉发现了环糊精并分离出来，1904年Scharidinerge表征它们为环状低聚糖，1938年Freudenberg等把它们描述成吡喃葡萄糖单元通过α-1，4-糖苷键连接构成的大环化合物。迄今为止，己有不少专著与若干长篇综述、多于1 400个以上的专利和数以千计的文章描述环糊精及其包合物的结构、性质和应用。在药剂学上已有广泛的应用，多采用β-环糊精。含有环糊精结构的自组装体己经被应用到分子识别[6]、药物输运[7]、超分子凝胶[8]和微反应器等领域。我国著名化学家徐光宪院士曾经特别指出环糊精超分子科学是21世纪化学领域11个突破口之一[9]。

1.2.3 杯芳烃 杯芳烃是一类对位烷基苯酚通过亚甲基在酚羟基邻位连接而构成的一类大环化合物，是酚醛树脂缩合的环状化合物。最有代表性的是20世纪40年代Zinke等用对叔丁基苯酚和甲醛在氢氧化钠存在下加热得到的由对叔丁基苯酚结构单元和亚甲基交替连接的四聚体。该化合物的分子模型表明它的形状像一个杯子或花瓶，故称之为杯芳烃。在杯芳烃p-tert-butylcalix（n）-arene的杯状结构底部紧密而有规律地排列着n个酚羟基，而杯状结构的上部具有疏水性的空穴。前者鳌合和输送阳离子，后者则能与中性分子形成配合物。由于杯芳烃的这种独特的结构，离子和中性分子均可作为其形成配合物的客体。

1.2.4 瓜环 瓜环是一类由n个甘脲单元和 2n个亚甲基桥联起来的大环化合物，具有刚性疏水性穴腔及亲水性端口的特殊结构，与客体作用后有可能改变客体物质的理化性质，使得瓜环成为超分子化学的重要主体之一。瓜环作为一种潜在的药物运转、缓释或控释载体，药物与瓜环作用后，可显著地改变药物性质。瓜环是继冠醚、环糊精和杯芳烃等大环化合物之后的一类新型大环化合物[10-11]。

1.2.5 其他类型的大环化合物 ①葫芦脲：由尿素、乙二醛和甲醛之间的简单反应获得的大环化合物[12]。葫芦脲与环糊精或其他大环化合物相比，其另一特征是具有更加刚性的结构；②卟啉和酞菁：卟啉是在卟吩环上拥有取代基的一类大环化合物的总称。卟吩是由4个吡咯环和4个次甲基桥联起来的大π共轭体系；卟吩分子中4个吡咯环的8个β位和4个中位的氢原子均可被其他基团所取代，生成各种各样的卟吩衍生物，即卟啉。酞菁是与卟啉结构相近的大环化合物。卟吩环“中位”上的碳原子被氮原子取代即为酞菁。环上未曾和氢结合的氮原子可以接受2个质子，形成正二价离子；已和氢结合的氮原子又能给出2个质子，形成负二价的离子，而同正价的金属离子形成配合物。卟啉和酞菁阴离子对过渡金属离子有很强的配位能力[13]；③环肽：环肽是以多个氨基酸的肽键构成的环状化合物，广泛存在于自然界中，已报道的环肽大多来自于海棉状和海洋中的节肢动物等低等生物中，实际上环肽和类环肽也广泛存在于微生物、真菌、藻类和高等植物，并在生物体的生命活动中扮演着重要的角色。除此，还有杂多酸类、多胺类、树状、液晶类等超分子化合物[14]。

1.2.6 人体巨复超分子体 首先人体内的单分子、超分子通过自组织、自组装、自识别与自复制组成一定功能的超分子，在众多小分子模板基础上进行超分子主体结构的合成，如参与的各种生化代谢反应酶合成、基于氨基酸的蛋白质合成、基于葡萄糖的肝糖元合成，基于核苷酸的DNA，RNA合成等。这此合成的超分子主体又以亚单位合成巨大功能性超分子主体，众多功能性巨大超分子主体组成细胞器，众多细胞器构成细胞，然后通过自我复制分化成各种功能类型的细胞，再联接形成器官组织，最终构成整个人体。在这个多级的超分子主体生成过程，母体超分子保留了子体超分子的印迹模板，因此人体就是一个拥有各种层次印迹模板，按一定的空间孔穴通道结构进行联接所形成的巨复超分子体。

1.3 超分子的结构与作用的主要特征

1.3.1 超分子结构的主要特征 由上述的主体化合物可知超分子结构特征有：①超分子是主体与客体两部分分子组成的非成键化合物，可以结合也可以脱离，主客体分子存在一定的分子构象关系，两者结合程度由构象决定；②主体分子中存在一定形状的孔穴，容纳与孔穴模板相同或相似小分子，不相同或不相似的小分子难能进入孔穴或结合不紧，两者存在钥锁关系；③超分子主体之间可结合形成更大的超分子主体化合物； ④主体分子可以环合生成封闭孔穴，也可非环合聚合成开放孔穴，以螺旋状、片状、胶束、纳米囊、聚合亚单、细胞器及细胞等各种形式，由小分子到大分子形成各种超分子聚集主体；细胞是庞大超分子聚集主体体系，人体更是巨复超分子聚集主体体系，包含了从单分子到各种超分子聚集体的通道结构与印迹模板；⑤各种层次的超分子主体化合物以特定的孔穴模板相连，形成经络脏腑，组织器管，能与相一致的模板小分子进行作用；⑥超分子的主体与客体结合后形成的超分子，会改变主客体分子的性质，宏观上会表现出小分子在主体分子中的迁移、理化性质的各向异性，同时主体分子的理化性质也会发生变化。

1.3.2 超分子作用的主要特征 具有分子间的自组织、自组装、自识别和自复制。

自组织：分子自组织通常指许多相同的分子，由于分子间力的协同作用而自动组织起来，形成有一定结构但数目可以多少不等的多分子聚集体，有以下特点：①包括在空间上或时间上都表现出自发的有序性体系；②包括空间结构和平衡结构和非平衡的结构两者的瞬间动力学的有序性，结构的有序性，结合的非线性化学过程的有序性及能量流动和时间方向上的有序性；③仅仅限于非共价键的超分子层次；④多组分在分子组分间由分子识别或在动力学过程中产生特殊相互作用，表现出超分子的自组织和长程有序性，从而形成多分子有序体。简而言之，就是越有序，组织性越好。如分子层、分子晶、体膜、液晶、胶束、胶体、细胞器、细胞等都是自组织的有序体，人体更是自组织的有序体。

自组装：自然界中存在众多的自组装作用，在生物过程中，基质和蛋白质受体的结合，酶反应中的锁钥关系，蛋白质-蛋白质络合物的组装，免疫抗体抗原的结合，分子间遗传密码的读码翻译和转录，神经递素诱发信号等。自组装体包含了①分子识别：主体有选择性地识别客体并以某种方式与客体配位形成化合物。②分子催化：自组装的超分子配合物具有反应性和催化作用，体现高效能、高选择性。生物体内的氧化、还原、酰基转移、β-消除、C-C键形成及断裂等可在特定的酶中进行[15]。③分子转移：组装后的超分子常能促进光子、电子或离子的传递。

自识别：分子在自组装过程会产生自识别。这是在主客体体系中，主体有选择性地识别客体并以适宜的形式形成主客体化合物，亦超分子体系，与没有相互作用的主体和客体的混合物相比，这种超分子体系体现出不同的特性。主体识别各种客体的主要方式有与主体空穴的大小形状匹配、配位点特性及数目、配体种类与数目、电荷强弱等。

自复制：超分子的自复制作用就相当于DNA 的自复制。对于后者，首先是DNA 双螺旋的两辫拆开，两根母辫即形成模板，它们的复制原理是一样的。

1.4 超分子的研究与检测手段

现阶段超分子化学的目标主要集中于超分子形成中的机制及应用研究，如确定分子间作用力的协同；研究分子识别与位点识别的机制与过程；研究不同结构层次的组装体、组装过程及组装方法，尤其是生物活性体系及低维体系的组装，自然界的自组装，以及超分子体系中结构与功能的关系等等。

由于主客体分子间包合作用力的主要来源是分子间存在的范德华力、疏水作用力及氢键作用力等，超分子体系分子间弱相互作用力的理论研究目前常用的方法有量子化学和统计热力学2种。量子化学方法主要在电子结构水平上准确地研究分子间弱相互作用力，可望在深层次的理论水平上揭示生命现象的本质[16]，用于超分子体系弱相互作用力研究的量子化学方法有abinitio，HF，SCF，MP，DFT等方法。热力学方法主要是研究超分子中的主客体作用的形成随着温度变化的重要的热力学参数。主要主体分子、客体分子与超分子的自由能变（ΔGsup）和平衡常数Ksup，可用热力学的方法研究过程的状态函数变量[17]。用 Schneid提出的成对作用的自由能线性估算方法进行超分子自由能变（ΔGsup）的研究，可得到较满意的结果。

实验方法有多种形式，用谱学方法研究分子间弱相互作用已成为实验研究的主要手段。红外光谱法：形成了超分子体系时，相互作用部位或基团伸缩振动受到影响，从而吸收峰频率发生一系列的位移，根据位移可对超分子体系间选择性作用力作半定量研究；核磁共振法：形成超分子体系时，选择性部位原子的化学环境发生变化，根据化学位移发生变化的值可研究超分子体系的弱相互作用。分子散射法：对于简单超分子体系给出精确的分子间相互作用势函数，根据散射数据可以确定超分子体系的弱相互作用，但对复杂超分子体系无能为力；X 射线单晶衍射法：则可通过键长及键角直观地确定超分子体系的弱相互作用力，另外还有色谱法和生成热测定法。其余研究超分子化学的手段也很多，例如可见光谱和荧光光谱、圆二色光谱、电位法和色谱法等[18-21]。

1.5 超分子药物与应用

1.5.1 超分子药物研究 在药物制备、合成与发现中超分子化学得到了广泛的应用。①超分子动态组合化学用于药物发现：以酶、受体型蛋白等作为模板加入到动态组合库中，库中与之最有亲和力的成分就被放大，而与之无作用的成分将减少。这些放大的成分是该库中最有可能成为先导化合物的成分。②超分子载体用于药物合成：在多相合成药物时，可采用金属超分子载体形式将金属催化剂由水相转移到有机相而促进药物的合成。③包合型超分子药物制备：将主体分子包合客体药物分子制成超分子包合物，形成分子胶囊可改良药物的水溶性与稳定性。目前，多采用环糊精作为主体分子包合亲脂性药物以增加其生物利用度。如采用β-环糊精包合物包合大蒜素[22]、苯佐卡因[23]。利用环糊精制备结肠、脑、特殊细胞靶向给药系统[24]。还可用来掩盖药物的不良气味，降低药物的刺激性与毒副作用等[25]。④印迹模板技术用于药物分离：先将被分离的物质作为模板分子与高分子材料进行聚合，然后水解释放模板药物分子。

超分子化学药物可能改变药物的稳定性和在人体的传送机制，即改进药物在体内的膜运输，使药物达到特定的作用靶点，提高和特异靶点结合的能力，提高药物的有效利用度，降低药物的毒副作用。因此可能开发出具有新的结构、药理、药效和剂型的药物。

1.5.2 超分子药物 对超分子药物进行了概括，主要包括以下几类①抗癌超分子药物：基于卟啉及唑类化合物的结构特点及抗癌活性[26]，如替加氟和硝基咪唑类卟啉[27]。替加氟修饰的卟啉化合物对肝癌细胞 SMCC-7721、结肠癌Volo细胞的体外抑瘤有较好活性。②抗炎镇痛类超分子药物：如将阿司匹林、 烟酰胺与锌离子形成的络合物超分子佛立沙后，不仅改善了阿司匹林的胃肠道刺激性，还有效地提高了其镇痛抗炎作用[28]。锌（II）-巴氯芬络合物超分子的止痛活性也强于其母体药物[29]。③抗疟类超分子药物：将青蒿素与环糊精制成络合物超分子，水溶性得到了很大改善，其口服生物利用度得到了提高。还有二茂铁喹是含二茂铁结构的抗疟类络合物，可以长期稳定的在生物体内表现出抗疟活性，已成为抗疟类候选药物[30]。 ④抗菌类超分子药物：将过渡金属与抗生素或其他潜在抗菌化合物形成的络合物大部分具有比配体本身更好的抗菌活性，如将喹诺酮类、磺胺类、席夫碱类、缩氨硫脲类和大环类与过渡金属Au（I），Ag（Ⅰ），Pd（Ⅱ）等生成超分子，从这些络合物超分子中筛选出了良好抗菌活性的药物分子。⑤抗结核类超分子药物：异烟肼是一个良好的金属离子螯合剂，能与锰（Ⅱ），钴（Ⅱ），镍（Ⅱ），铜（Ⅱ），锌（Ⅱ），镉（Ⅱ），铅（Ⅱ）及稀土等金属离子形成稳定的络合物，研究发现将异烟肼及其衍生物制成络合物超分子可提高其脂溶性[31-32]，增强其抗结核作用。⑥心血管系统的超分子药物：将硝苯地平、尼群地平、卡托普利、尼卡地平和尼莫地平制成β-CD或HP-β-CD包结络合物，可有效提高该类药物的稳定性、生物利用度和溶解性等。将硝苯地平分别用2-HP-β-CD和羟丙基纤维素制成双层片剂，可通过调节二者比例来满足不同释药速率要求[33]。

由上可知，目前的超分子药物多为过渡态金属络合物和β-CD的包合物两大类，多以化学药物的形式研究报批，总体研究层次不高，作为中药及复方制剂的化学成分存在天然的超分子形式，并且中药本身就是生物体的模板分子产物，具有与人体共模板的生物相容性，因此作为超分子的中药药物的研究更有广阔的空间。

2 生物体内、中药超分子存在形式及超分子现象

超分子化学的起源在一定程度上来自生物体系，如植物进行光合作用的叶绿素是卟啉环的镁络合物超分子；血红蛋白吸收和运载氧的血红素是卟啉环的铁络合物超分子等。在生物体内，超分子的主体是各种酶、受体、基因、免疫系统的抗体和离子载体的接受位点等，客体是底物、抑制剂、抗原或者药物等。主客分子的共同协作用是产生生命现象的基础，因此可以说生命体系是一个巨复的生物超分子体系[34-35]。

2.1 糖类

可以分为单糖类、低聚糖和多聚糖类及其衍生物，有均多糖与杂多糖之分。高聚糖类的螺旋结构是开环的主体分子，可与小分子形成超分子，如淀粉与碘呈蓝色；环糊精是由5～7个葡萄糖而成的闭环聚合主体分子，可与很多分子量较小的药物形成超分子，改善药物的不良水溶性与稳定性；氨基糖类也是很好的细胞间质连接物，与脂肪、蛋白质构成细胞间孔穴通道，是构成中医经络脏腑的重要物质基础；同时糖类又是很好的氢供体与受体，分子间可相互作用、结合及自组装形成超分子体系；单糖也可作为客体分子与其他的主体分子结合形成超分子体系；而多糖则可以作为主体分子包合其他中药成分构成超分子体系。由于糖类的普遍存性，研究糖类的超分子形式对解释人体的经络脏腑现象有重大作用。

2.2 氨基酸、蛋白质类

自然界中各种形式的氨基酸300左右，但能以肽键形成蛋白质的为20种，均为α-氨基酸。蛋白质是超分子主体最好的表现形式。常现的酶类及催化作用，抗体抗原反应，受体、转运体及各种离子通道均能发现超分子物质及能寻找到超分子作用踪影。蛋白质的螺旋、β-片层及四级结构形式是形成天然超分子体最杰出的代表。与糖类一样，蛋白质普遍存在，因此蛋白质的超分子形式对解释人体内经络脏腑现象具有更加重大意义。

2.3 核苷酸及DNA类

生物体的遗传信息靠核苷酸顺序结构产物DNA贮存，构成DNA的核苷酸双螺旋结构本身就是超分子物质。在DNA，RNA的合成及基于RNA信息合成蛋白质均是以超分子形式而发生作用。

2.4 苷类

苷类是糖或糖的衍生物与非糖物质（称为苷元或配基）通过糖的端基碳原子连接而成的化合物，也是在自然界广泛存在的天然产物。根据其结构中苷元、糖或糖的衍生物的存在形式，可自身结合形成各种形式的超分子，如甾醇类与甾体皂苷形成的分子复合物，金属离子与苷元的酚羟基、羧基形成的络合物，多电子苷与缺电子苷形成的传荷络合物等；同时也可与体内的大分子主体形成超分子化合物。

2.4.1 醌及苷类 这是一类分子中具有醌式结构的化合物，分子中多具有酚羟基，有一定的酸性。醌类为缺电子基团，可与供电子基团，如酚、苯胺形成传荷络合物，如氢醌复合物；也可与β-环糊精（β-CD）衍生物形成包合物，同样可被多糖螺旋形成包合物；也可与空轨道的金属离子形成络合物；也易与酰胺键形成氢健络合物；也可与蛋白质形成氢键络合物等超分子。

2.4.2 香豆素及苷类 其基本骨架可视为由邻羟基桂皮酸形成的内酯，在稀碱溶液中内酯环可水解开环，生成能溶于水的顺邻羟桂皮酸的盐，加酸后可环合成为原来的内酯。主要与多糖、蛋白质等主体分子形成超分子。

2.4.3 木脂素及苷类 这为苯丙素的二聚体，本类化合物可作为客体分子与多糖、蛋白质主体分子结合形成超分子。

2.4.4 黄酮类 泛指具有2个苯环通过中间三碳链相互联结而成的一类化学成分。为多电子供体，可与空轨道的金属离子、氢键受体、电子受体等形成超分子；也可作为客体分子与多糖、蛋白质主体分子结合形成超分子体系。

2.5 萜类和挥发油

萜类和挥发油由异戊二烯单位构成，分单萜、倍半萜、二萜等。根据其结构不同形成超分子能力相差很大。大多可作客体分子与β-环糊精孔穴分子形成包合分子；也可自身聚合成树脂，也可形成分子复合物；也可形成低共熔物；也可与吐温等表面活性剂形成氢键复合物与传荷络合物，也可作为客体分子与多糖、蛋白质主体分子结合形成超分子体系。

2.6 生物碱

生物碱是一类存在于生物体内的含氮有机化合物，结构复杂而多样。可作为客体小分子被包合成超分子；在酸性条件下可与重金属、有机酸、多电子基团形成复合物；与鞣质结合形成超分子；环肽类大分子可作为主体分子包合其它成分形成超分子，因此在不同条件下，不同结构的生物碱可能形成不同形式的超分子，因此生物碱应是形成各种超分子物质较为丰富的一类化合物，加上它富有强大的生物活性，因此研究生物碱各种形式的超分子对阐明中医药理论具有重大意义。

2.7 甾体类

甾体类是一类结构中具有环戊烷骈多氢菲甾核的化合物。可作为客分子进行包合，另外最重要的是β-甾醇类形成有机分子复合物超分子。

2.8 三萜类

三萜类是一类基本骨架由30个碳原子组成的萜类化合物。可作为客分子、氢或电子供受体形成超分子复合物，也可作为客体分子与多糖、蛋白质主体分子结合形成超分子体系。与糖结合形成皂苷具有表面活性作用，自已可以聚合成胶束形成超分子。

2.9 鞣质

鞣质是一类复杂的多元酚类化合物的总称，可与蛋白质结合形成致密、柔韧、不易腐败又难透水的超分子化合物；也可与生物碱复合生成超分子；同时自身聚合生成鞣红超分子；还可与重金属盐如醋酸铅、醋酸铜等产生超分子沉淀。因此鞣质是中药成分中最易生成超分子的一类物质。

由上可知生命体及中药中各种成分均可以以主体或客体形成超分子，是研究超分子化学，阐明生命现象的最好载体材料。

3 具有超分子载体特性的生物体决定了超分子化学对阐明中医药理论科学内涵的特殊影响

诚如前述作为生物体的人体与中药可以看成是一个由单分子、超分子、聚合超分子及巨复超分子构成的复杂体系。在由小分子构成整个人体有序超分子过程中，其超分子主体保留了客体小分子的印迹模板，形成孔穴通道结构与外界发生化学反应，进行物质能量联系，否则生命现象难以为继。当人体的各类小分子在心脏搏血功能的推动下，人体各组织器官的主体分子对客体小分子表现出机体结构的各向异性作用，亦“气析”现象。水为洗脱剂，溶于水的各类客体分子与组织器官主体分子的孔穴通道产生印迹作用，包括“分子筛、离子交换、吸附、分配与亲合色谱”的各种形式，体现出“印迹模板”特征的“气析”（由于这种作用是产生中医气的本源，并且各组织器官能能象色谱学那样区别客体分子，故定义为“气析”）现象，亦经络脏腑现象。其结果是与组织器官“印迹模板”相吻合的分子产生作用，而不吻合的分子就难产生作用。因此，中医经络脏腑理论正是对人体众多大小分子群在血液流动下所表现出各种 “印迹模板”形式的超分子印迹作用规律高度总结：具有相同或相似的“印迹模板”分子通道结构便构成了经络脏腑；通过通道结构与外界机体子体小分子作用就形成了脏象；具有与之相同或相似的“印迹模板”中药分子便构成了中药有效成分；中药有效成分与经络脏腑的印迹作用便形成了中药药性理论和功效[36]；中药复方配伍又能显著性地改变这一超分子印迹作用规律，由此便形成了中医药的“理、法、方、药”基础理论的微观物质基石。

诚如上述分析，人体各个脏器与血液中的各类成分作用的选择性或偏向性，用现在的化学语言表述为分子间作用的结构因素的各向异性，亦超分子钥锁关系；而宏观上就是几千年来中医药总结出来的临床用药的药性理论。其实这种类似的作用在单分子药物与靶点的构效关系研究中已有表述，也很容易用超分子的自组织、自组装、自识别与自复制解释，但由于中医药研究者没有将其归纳总结上升到分子群间的超分子印迹作用规律，以超分子化学解释罢了。

由于与生物体具有自然渊源的中药及复方成分必然是这个巨大的超分子体系中的一部分，中医药基础理论正是这种形形的各种形式的超分子共同作用的宏观现象。因此超分子化学在阐明中医药基础理论中所蕴藏的巨大作用是其他现代科学理论所无与伦比的。据目前仅有的超分子化学知识，对中医基础理论可作初步解释如下。

3.1 经络及现象

经络的宏观属性已为大量的针灸临床治病实践所证实，但微观属性却没有完全阐明。据目前研究结果，对经络认识有：①神经系统观；②广义的经络观；③生化物质观，代表性观点有P物质的观点，细胞外基质的观点，钙离子（Ca2+）富集观点；④经络的生物物理学特性研究，表明声传播的高振声、低频声和声信号循经性，电传导的低电阻、高电容、良导络性[37]，体表红外线热辐射轨迹的循经性，体表发光强度与对称的循经性，磁振动线的循经性，图象扫描（用正电子发射断层扫描仪的透射扫描图象和发射扫描图象的融合技术显示出示踪迹循经迁移线在体内的三维断层图像及立体透视图像[38]）。古人采用内视的方法观察经络的走向。据上述研究结果可知，经络的组织形态学位置至今仍在肉眼观察能力之外，没有一种公认的学说进行解释，但大量的临床与科学实验表明，人体经络及现象是客观存在的。

如果将目前的经络研究结果与人体超分子化学结合，由超分子的自组织、自组装、自识别与自复制的性质可以推断人体特定模板分子孔穴通道结构，亦经络的必然存在。因此人体经络的微观物质基础是：基于细胞内外巨型超分子主体物质的一定“印迹模板”分子孔穴空间有序排列通道结构；而经络现象是：基于这一通道的体内“印迹模板”分子在心脏搏血作用下，按“气析”所表现出的印迹宏观作用现象，体现出各组织器官“印迹模板”通道的各向异性。根据主体通道结构与客体“印迹模板”分子的钥锁对应关系，具特定通道结构的经络必然体现与客体“印迹模板”分子相一致的光、电、磁、热等效应。由此推知，与十四经络一致，人体的主体“印迹模板”孔穴通道大体上为14种模式，而这种微观的“印迹模板”分子孔穴通道相互混杂重叠，你中有我，我中有你，散布于各个实体脏器之中，因此相互干扰大，同时经络中的客体小分子受当时的身体状态、饮食习惯不同而变化，因此采用目前的“静态”的观察方法是很难发现其踪迹的，但如果采用“静态”与“动态”相结合的超分子化学研究方法，定能找到“蛛丝马迹”，本团队现已展开了各脏器的体外印迹吸附动力学实验研究工作，结果初步验证上述假说。

3.2 脏腑理论

如果经络的微观物质基础及现象得以阐明，则中医的脏腑理论自出。心、肝、肺、脾、肾脏象系统为与心、肝、肺、脾、肾经络相似的超分子主体“印迹模板”孔穴通道结构，但可能更规则，更集中。同样六腑也与相应的经络有相似超分子主体“印迹模板”孔穴通道结构。脏腑所体现的脏象与功能也与超分子主体孔穴通道印迹作用相关，是血液中客体分子物质与组织器官主体分子“气析”作用的结果。由于五脏、六腑有各自的超分子主体物质孔穴通道，且相互混存重叠，只是在各脏器中的比例大小不同而已，所以不能用简单的西医形态学的研究来发现经络脏象，按目前西医的实体解剖器官来阐明中医药理论是行不通的。因此，对于中医药基础理论研究，只能基于超分子化学，以经络脏腑与各分子所表现出的“共“印迹模板”气析”规律的研究为核心，建立人体内超分子孔穴通道、“印迹模板”、迁移规律、微观物质与宏观现象关联的新分析方法才能揭示中医药作用规律。其中小分子对经络脏腑孔穴通道的“印迹模板”规律，也就是各经络的标准“印迹模板分子”的研究尤为重要，也最为困难。

3.3 气的物质特征

中医所述气抽象而不好解释，但根据经络的微观物质基础及产生脏象的超分子印迹作用原理则变得容易解释。中医所述的气是指运行于经络脏腑主体之中的客体分子及作用关系。根据经络脏腑主体与客体的特点，可分为①元气：泛指所有经络脏腑主体之中的客体分子及作用关系，包括先天、后天所产生主、客体分子及相互作用关系。②宗气：与呼吸相关的经络脏腑主体及客体小分子及作用关系。③营气：运行于经络脏腑主体的食物客体分子及作用关系。④卫气：与免疫功能相关的经络脏腑主体的客体小分子及作用关系。⑤经络脏腑之气：运行于具体经络脏腑主体的客体小分子及作用关系。因此中医气的共同特点是所观察经络脏腑主体与客体分子的“印迹模板”特征及“超分子印迹”作用关系。根据主体与客体的作用及表现形式不同而分类，关系错综复杂，仅用中医抽象的概念难以解释和理解，若用超分子化学则变得非常清楚明了，而且还可以测定。

3.4 中药药性理论

同样中药药性理论也就不难研究了。基于与经络脏腑“印迹模板”是中药有效成分的物质基础理论，可建立超分子“印迹模板”通道法：根据各经络脏腑孔穴通道特征，建立最佳的模板分子模型，然后采用分子相似度方法，分析各分子与各经络脏腑的相似程度，再经多元统计学可以得出所含成分群的中药对哪个经络脏腑的选择性最强，效应最好，首先解决中药归经问题；再根据各经络的分布走向，分析中药成分群的升降沉浮；再研究味蕾的超分子孔穴分子模板特征并将其与药物归经结果联系，则解决中药的五味问题；再结合中药毒性效应，阐明中药有毒无毒问题；最后将中药作用规律与生物热效应关系，解决中药四性问题。因此中药与经络脏腑的超分子印迹作用规律，亦中药的归经理论既是研究中药药性突破口，也是阐明中医经络脏腑理论的突破口，而中药四性问题研究表面容易，实际最难，只有等到中医药研究方法的全部建立后才能研究，在掌握中药作用前后主、客成分的变化规律后，可建立热力学方程解决。

3.5 中医药理、法、方、药理论

当经络、脏象、气与中药药性基础问题解决，则可阐明中医基础理论、中医的诊断、方剂学等基础性学科问题；构建中医药的理、法、方、药基础理论。

中医基础理论：构建起以经络、脏象、气为核心的印迹作用规律研究方法及理论体系，包括微观的经络脏腑超分子作用机制，宏观的超分子作用现象测定方法及状态函数表征体系。

中医诊断学：构建主、客体分子的“印迹模板”超分子化学作用规律的中医诊断系统，包括微观与宏观、体内与体外、宏观现象测定与状态函数表征、测算与预测等相统一的理论体系。创立适用于中医药基础理论“气析”的现代诊断仪器系统。

方剂学：构建基于中药群体配伍超分子群对经络脏腑“印迹模板”作用规律的预测及验证科学体系，阐明中医方剂的配伍理论。

其他临床学科：将中医药理论与临床诸科的特点结合，构建中医临床诸科的疾病的病因分析、治则、治法及遣方用药的科学体系。

因此，就目前的已知超分子化学知识来看，超分子化学对诠释中医药基础理论将会产生重大的作用，应引起中医药现代化工作者的高度重视。

4 当前中医药基础理论现代应注意的问题

自从1997年全国第一次召开中医药现代化战略研讨会至今，中医药理论现代化历程快20年了，虽取得了一些成绩，但突破性的进展甚微，究其原因，主要存在以下应注意的问题。①强调中医的整体观念，但研究时却难能推行：众所周知，中医藏象证候、中药复方作用机制、经络研究为实现中医药现代化的三大基础关键枢纽问题，目前一般都将三者分开单列研究，尽管单独研究可取得一时成果，但要获得突破性进展困难。这种研究方法容易割裂中医治病“理、法、方、药”的整体关系，与中医药的整体观相悖。由于中医的理、法需中药干预则明；方、药需对证治疗才灵；理、法、方、药需整体贯通方活。因此在中医药现代化过程中，应将其作整体融为一炉进行研究才能收到事半功倍的效果。②中医药基础理论自成体系，不需要现代化。目前中医药现代化进展不大，研究处于低潮，有一部分对现代科学知识还不了解的中医药工作者认为中医药难能、也不需要现代化，持这种观点的人最终会损害中医。③过分强调整体，忽视微观。整体观念是中医特色，但不能认为中医只有整体而没有微观，应重视整体与微观的辨证关系。众所周知，物理学既研究宏观物质的运行规律，如力学、电磁学；也研究微观物质的运行规律，如原子结构理论，统计物理学；也研究宏观与微观的关系，如热力学、动力学方程。因此宏观与微观物质运行规律是相互联系的，中医药也是如此。有中医药经络脏腑理论的临床存在，必然有其微观的物质基础进行支撑。④区分宏观与微观的测定与表征方法。目前尽管中医药理论强调宏观特征，但研究思路与方法却是微观成分；因此应区别宏观与微观的研究与表征方法不同，宏观采用状态函数表征，多测定光、电、磁、色等宏观变化，微观采用化学物质结构表征，多测定物质的量变及化学性质等。⑤中医与西医结合。中西医来源于不同体系的医学理论，尽管目前还难能从科学的本源上实现结合，但随着中医药理论作用物质基础的揭示，中西医药会从微观化学本源基础进行结合：基于单分子化学成就西医理论；基于超分子化学则辉煌中医理论。⑥中医药的发展方向。由上述中医药超分子化学分析可以预知本世纪将是中医药理论现代的世纪。代表了未来化学发展方向的超分子化学也同样代表以此为基础的中医药理论是未来生命学科的发展方向。⑦药物研究方向。同样基于生物体超分子理论，药物将由目前单一“化学型”药物向基于“印迹模板“超分子客体群的宏观“数理型”药物方向发展。

由上可知，随着中医药超分子化学研究的不断深入，随着以上问题的不断廓清与解决，中医药与西医将在化学与超分子化学间消融，以超分子理论表征的现代化的中医药理论将会成为21世纪医药发展的主流方向。

5 中医药基础理论现代化路线图

经过上述分析可知，中医药现代化的过程已非常清晰，中医药现代化实际上是用超分子化学重新整合中医药理论并进行表述的过程。对于超分子化学研究中所采用的方法在一定程度上适用于人体的超分子作用规律研究，但由于人体是更为复杂的超分子体系，体内各种主、客体分子混杂，相互干扰。因此创立适用于人体的超分子物质、性质与现象的研究技术与现代仪器将会更加重要与艰苦。下面就中医药现代化的框架图进行说明。

5.1 首次创立中医药体内超分子化学与技术研究方法

在超分子化学与技术（主要是体外）的研究基础上，结合中医药物质基础的特殊情况，创建以研究生物体（主要为人体）为主的超分子化学与技术方法研究平台。

5.2 展开经络超分子印迹孔穴通道的物质基础研究，阐明经络实质

采用超分子化学手段，展开经络超分子印迹孔穴通道的基本属性、特异性与各向异性研究，阐明经络的科学内涵，主要难点在于寻找标准的经络“印迹模板”分子，作为探针分子研究经络，通过光、电、磁、色等组织性质的各向异性变化，显现经络的实体。

5.3 展开脏腑超分子印迹孔穴通道的物质基础研究，阐明脏腑实质

采用超分子化学手段，展开脏腑超分子印迹孔穴通道的基本属性、特异性与各向异性研究，阐明脏腑的科学内涵，主要难点是怎样克服各实体脏器孔穴相互混杂干扰测定的难题，建立各经络脏腑孔穴印迹模板专属性高的检测方法。

5.4 展开经络脏腑实质（超分子印迹孔穴通道）与功能关系研究，阐明脏象与气的实质

采用超分子化学手段，展开经络脏腑实质的特性与其功能属性关联性的研究，阐明微观超分子物质基础与宏观脏象、气的内在联系的本质规律，解决气的物质属性。主要难点是怎样测定各孔穴通道与模板分子的印迹效应，建立中医经络脏腑、气血的测定方法与仪器。

5.5 展开经络脏腑的宏观状态函数的表征方法研究，建立脏象表征方法

采用生物数学、物理学、化学动力学原理，展开经络脏腑宏观状态函数的表征方法，建立相应的数学模型，阐明微观超分子作用规律与宏观脏象表征规律，主要难点是建立微观分子与宏观统计学的数学模型及参数体系。这一过程叫中医药数理特征化（而非中医药数字化），也就是用数学、物理学、物理化学方法表征基于巨复超分子体系的宏观综合性质。

整合上述5个方面，结合现在的中医基础理论，将创立起以超分子化学为基石的中医经络脏腑理论与数理特征化现代学科体系。完成这一过程，可实现中医基础理论、针灸及中医诊断学科现代化。

5.6 展开中药微观物质基础及宏观状态函数的表征方法研究，阐明中药微观物质基础的实质

采用超分子化学、免疫学与现代仪器科学建立基于印迹孔穴为基础的免疫芯片中药成分高通量分析方法；结合生物数学、化学动力学、化学计量学和计算化学原理，展开中药微观物质基础的宏观状态函数的表征方法，建立相应的数学模型，阐明中药微观超分子结构与宏观脏象作用的印迹表征规律，主要难点为中药全成分群快速高通量测绘分析方法的建立。

5.7 建立中药药性与功效研究方法，实现中药学现代化

如前述，采用超分子化学、生物数学、化学动力学、化学计量学和计算化学原理展开中药归经、升降沉浮、五味、毒性及四性及功效研究，构建以经络脏腑的超分子作用规律为核心的中药药性及功效理论。实现中药学学科现代化，主要难点是构建中药药性定量表征体系。

5.8 建立中药复方配伍研究方法，实现方剂学现代化

采用超分子化学、生物数学、化学动力学、化学计量学和计算化学原理展开中药复方配伍及方证关联研究，构建以经络脏腑的超分子作用规律为核心的中药复方配伍理论，实现方剂学现代化。

5.9 中医临床诸学科的现代化

以已现代化的中医药学科的研究方法为基础，展开中医临床诸科病因与病机、治则与治法、遣方用药规律研究，实现诸学科现代化。

5.10 中药学诸学科的现代化

以已现代化的中医药学科的研究方法为基础，展开中药学诸学科，如中药药剂学、中药鉴定学、中药炮制学与中药药理学规律研究，实现诸学科现代化。

这样就可以创立以中医药经络脏腑为基础，以中药复方多成分群用药为特点，以超分子化学印迹作用规律为表达内容的“理、法、方、药”现代化的中医药理论体系。至此，作为以单物质属性研究擅长的西医将与中医药理论融合成新的医学体系：既体现单分子特征化学属性，又体现多分子的超分子表观化学属性的医学理论体系，宏观与微观实现高度的统一。

值得一提的是目前超分子化学研究方法多为体外建立的方法，对于像人体这样包含了极其复杂的超分子复合体，上述方法能否适用还需验证，但创建适用于人体的超分子分析方法及仪器设备将对阐述中医药基础理论至关重要，是实现中医药现代化的瓶颈问题，充满着挑战。

综上所述，本文首次阐明了超分子化学理论可以重构中医药基础理论的科学内涵，这为实现中医药现代化与国际化奠定了基础。

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Special impact of supramolecular chemistry on Chinese medicine theories

HE Fu-yuan， ZHOU Yi-qun， DENG Kai-wen， DENG Jun-lin， SHI Ji-lian，

LIU Wen-long， YANG Yan-tao， TANG Yu， LIU Zhi-gang

（1. Department of Pharmaceutics， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

2. Property and Pharmacodaynamic Key Laboratory of Chinese Material Medica， State Administration of

Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

3. Pharmaceutical Preparation Technology and Evaluation Laboratory of Chinese Medicine， Hunan University of

Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

4. The First Affinity Hospital， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410007， China；

5. Supramolecular Mechanism and Mathematic-Physics Chracterization for Chinese Materia Medica，

Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China）

[Abstract] The paper aimed to elucidate the specific impact of supramolecular chemistry on the Chinese medicine theories（CMT）in their modernization， after had summarized up the research status of supramolecular chemistry and analyzed the possible supramolecular forms of Chinese medicine（CM）， as well as considered the problems in modernization of CM theories. On comparison of the classical chemistry that delt with chemical bonds among atoms，the supramolecular chemistry was rather concerned with varietes of weak noncovalent bonds intermolecules， and reflected the macro-apparent chemical properties of each molecules， and was the most appropriate chemical theories to explain the CMT and microcosmic materials. The molecules in the human body and Chinese material medica（CMM）formed supramolecules by way of self-assembly， self-organization， self-recognition and self-replication， with themselves or with complexation， composition， chelation， inclusion， neutralization etc. Meridian and Zang-fu viscera in CMT might be a space channel structure continuously consisted of unique molecules cavity that was imprinted with the supramolecularly template inside and outside of cells， through which the molecules in CMM interacted with the meridian and Zang-fu viscera. When small molecules in human body imprinted with macromolecules in meridian and Zang-fu viscera， in other words， they migrated along within imprinting channels of meridian and Zang-fu viscera on behavior of "Qi chromatography" impulsed by the heart beat， finally showed up on macroscopic the anisotropy of tissue and organ， as described namely as visceral manifestation in Chinese medical science. When small molecules in CMM interacted with imprinting channel on meridian and Zang-fu viscera， the natural properties and efficacy regularities of CMM was reflected on macroscopic. Therefore， the special representation forms of basic CMT is based on the macroscopic expression of "Qi chromatography" abided by imprinting effect regularities， and on whether the imprinted template of small molecules matched with cavity template of macromolecules in meridian and Zang-fu viscera， only is the adequate representation of supramolecular chemistry for them. The CMM materials is the mixture including single molecules and supramolecules. The compatibility for CM prescriptions can significantly change the function rules. Therefore in the study of basic CMT， we should pay special attention to the laws of supramolecular chemistry. It is the most essential differences of the CMT from the modern medicine which established by the laws of single molecular theories.

第4篇：分子生物学作用范文

关键词：高分子材料；可降解；生物

中图分类号：TQ464 文献标识码:A

我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3 种方式： 生物的细胞增长使物质发生机械性破坏； 微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，现将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。

1生物可降解高分子材料概念及降解机理

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。

生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。

2生物可降解高分子材料的类型

按来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。

2.1微生物生产型

通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ICI 公司生产的“Biopol”产品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯(PET) 和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺) 制成一定结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。

2.4掺合型

在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。

3生物可降解高分子材料的开发

3.1生物可降解高分子材料开发的传统方法

传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。

3.1.2化学合成法

模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。

3.1.3微生物发酵法

许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。

3.2生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展，酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化一些特殊反应的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。

3.3酶促合成法与化学合成法结合使用

酶促合成法具有高的位置及立体选择性，而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料。

4生物可降解高分子材料的应用

目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。通常，对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法，但这几种方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物医用材料。目前，我国一年约生产3000 多亿片片剂与控释胶囊剂，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片，而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。

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第5篇：分子生物学作用范文

关键词：生物科学；核心课程；逻辑关系

中图分类号：G633.91

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）21-0130-03

1 引言

生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学是生物科学专业的核心课程，由于它们相互联系，交叉渗透，因此存在逻辑关系不清，课程内容重叠较多等问题，例如原核生物和真核生物基因表达调控在生物化学、细胞生物学、分子生物学都有介绍，基因工程原理在分子生物学、基因工程学中都有介绍，导致教师教学内容难以起舍，课程顺序难以安排。要理顺生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的逻辑关系，确定各课程教学内容和教学顺序，必须把其定义，研究内容，发展历史动态结合起来。

2 生物科学专业核心课程概述

2.1 生物化学

生物化学是运用化学的理论和方法研究生物分子结构与功能、物质代谢及遗传信息传递与调控规律的科学。

生物化学是生命科学中最古老的学科之一。 随着生命科学的发展，各学科相互渗透。18世纪，一些从事化学研究的科学家转向生物领域，为生物化学的诞生播下了种子。19世纪末，生物化学从生理化学中独立。20世纪中后期又从生物化学分离出部分内容与遗传学部分内容结合为分子生物学，然后，分子生物学基因操作部分独立出来，形成基因工程学。

1920年以前，生物化学研究内容以分析生物体的化学组成、性质和含量为主，称为静态生物化学时期。

1920年-1950年，随着同位素示踪技术、色谱技术等物理学手段的广泛应用，生物化学从单纯的组成分析深入到物质代谢、能量转化，如：光合作用、生物氧化、糖、脂肪、蛋白质代谢等领域。这是生物化学飞速发展的时期，称为动态生物化学时期。

1950年以后，蛋白质化学和和核酸化学进展迅速，生物化学进入了分子生物学时期。分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类在认识的巨大飞跃。根据生物化学的定义和历史，生物化学研究的内容包括以下几个方面。

2.1.1 生物的物质组成

生物是由一定的物质按特定的方式组成的，直到今天，新物质仍不断被发现。如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等都具有重要的生物学功能。另一方面，早已熟知的化合物也发现了新的功能，如20世纪50年代才知道肉碱是一种生长因子，而到60年代又发现其是生物氧化的载体。

2.1.2 物质代谢

生物体内绝大部分物质代谢是在酶催化下进行的，具有高度自动调节能力。一个小小的细胞内，有近2000种酶，在同一时间内，催化各种不同的化学反应。这些化学反应互不干扰，有条不紊地进行。表明生物体内的物质代谢有精确的调节控制系统。

2.1.3 结构与功能

生物大分子的功能与其特定的结构有密切关系。如酶的活性中心的结构决定其催化活性及其特异性；变构酶的活性还与其催化的代谢终末产物的结构有关。

核酸中核苷酸排列顺序的不同，其结构就不同，所含遗传信息不同。这些不同的构象对基因的表达具有调控作用。

生物体的糖包括多糖、寡糖和单糖。由于多糖链结构复杂，具有很大的信息容量，对于细胞专一地识别、相互作用具有重要作用。糖类将与蛋白质、核酸并列成为生物化学的主要研究对象。

在生物化学中，有关结构与功能关系的研究才仅仅开始，尚待大力研究的问题很多，其中重大的有：亚细胞结构中生物大分子间的结合，细胞的相互识别、细胞的接触抑制、细胞间的粘合、抗原与抗体的作用、激素、神经介质与其受体的相互作用等。

2.1.4 繁殖与遗传

生物典型特点是具有繁殖与遗传特性。基因是DNA分子中的一段核苷酸序列，现在DNA分子的核苷酸序列已不难测得，不但能在分子水平上研究遗传，而且还可能改变遗传，从而派生出基因工程学。

2.2 细胞生物学

细胞生物学是从显微水平、亚显微水平和分子水平研究细胞的结构及其生命活动规律的科学。

过去，细胞生物学主要是在光学显微镜下对细胞的形态结构和生活史进行研究，称为细胞学。20 世纪 50 年代以来，由于电子显微镜、放射性同位素、细胞结构组分分离技术、细胞培养等技术的广泛应用，特别是分子生物学的兴起，使细胞生物学研究的广度和深度都有迅猛发展，从宏观到微观、从平面到立体、从定性到定量、从分析到综合；从细胞、亚细胞、分子三个水平研究细胞的结构与功能、分裂与分化、衰老与死亡等生命活动规律及其调控机制，细胞与细胞、细胞与环境之间的相互关系。使原来以形态结构研究为主的细胞学转变成以生理功能研究为主、将结构与功能紧密结合起来的细胞生物学。由于细胞生物学在分子水平上的研究工作取得了深入的进展，因此细胞生物学又称为细胞分子生物学。细胞生物学研究内容如下。

2.2.1 细胞社会学

细胞社会学是细胞生物学中的一个新的领域。它是以系统论的观点研究细胞群体中细胞间的相互关系、细胞群体的社会行为；细胞识别、通讯、相互作用；整体和细胞群对细胞的生长、分化、形态发生和器官形成等活动的调控；细胞外环境对细胞的影响。

2.2.2 细胞的增殖、生长、分化与调控

研究细胞增殖、生长、分化及其调控机制，不仅是控制生物生长和发育的基础，而且是研究细胞癌变和逆转的重要途径。

2.2.3 细胞遗传学

细胞遗传学从细胞学角度来研究染色体的结构和行为以及染色体与细胞器的关系，从而探讨遗传与变异的机制等。

2.2.4 细胞化学

细胞化学：用切片或分离细胞成分，对单个细胞或细胞各个部分进行定性和定量的化学分析，研究细胞结构、化学成分的定位、分布及其生理功能。

2.2.5 分子细胞学

分子细胞学：从分子水平研究细胞与细胞器中蛋白质、核酸等大分子的组成、结构与功能及其遗传性状的表现和调控等，探讨细胞生命活动的分子机理。

2.3 遗传学

遗传学是研究生物遗传和变异规律的科学。孟德尔认为生物性状的遗传是受遗传因子控制的，并提出了遗传因子分离和自由组合的基本遗传规律。1900年，孟德尔的成果得到广泛重视，成为遗传学的基石。

20世纪初，利用光学显微镜发现了细胞有丝分裂和减数分裂过程中染色体及其行为，奠定了遗传的染色体理论基础。1910年左右，美国遗传学家摩尔根及其同事根据对普通果蝇的研究，提出了基因的连锁交换规律，并结合当时的细胞学成就，创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学。

遗传信息在分子水平上研究始于20世纪40年代。随着电子显微镜的发明，人们已能够直接观察遗传物质的结构及其在基因表达过程中的特征，使细胞遗传学的研究进入分子水平。

1953年，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构模型，为进一步阐明DNA的结构、复制和遗传物质如何保持世代连续的问题奠定了基础，开创了分子遗传学这一新的学科领域。

遗传学研究的领域非常广泛，可划分成经典遗传学、细胞遗传学、分子遗传学和生统遗传学4个分支，各个分支领域相互联系、相互重叠、相互印证，组成了一个不可分割的整体。

经典遗传学研究从亲代到子代的遗传特性，包括遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律及机理；基因互作及其与环境的相互关系；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；数量性状的特征及其多基因假说，近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传等。

细胞遗传学是通过细胞学手段对遗传物质进行研究。其内容包括细胞的结构和功能；染色体的形态结构；细胞的有丝分裂，减数分裂；配子的形成和受精。

分子遗传学是从分子的水平上研究遗传物质的结构及遗传信息的传递。内容包括DNA复制、转录和翻译，基因突变及修复，原核生物和真核基因表达与调控；基因、基因组及作图，遗传重组。

生统遗传学是用数理统计学方法来研究生物遗传变异规律的学科。根据研究的对象不同，又可分为数量遗传学和群体遗传学。前者研究生物体数量性状即由多基因控制的性状遗传规律，后者是研究基因频率在群体中的变化、群体的遗传结构和物种进化。

2.4 分子生物学

分子生物学是从分子水平研究核酸与蛋白质的结构与功能、遗传信息传递和调控，阐明生命本质的科学。

从19世纪后期到20世纪50年代初，确定了蛋白质是生命的主要物质基础，DNA是生物遗传的物质的载体，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。

从20世纪50年代初到70年代初，是现代分子生物学的建立和发展阶段，1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型为现代分子生物学诞生的里程碑，确立了核酸作为遗传信息分子的结构基础，提出了硷基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，为核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。

70年代后，基因工程技术出现，人类进入认识生命本质并开始改造生命的发展阶段。

分子生物学原来是生物化学的一部分，因其太重要了，20世纪中后期从生物化学中分离出来并与遗传学结合，独立出来成为单独的学科，是生物化学的发展和延续。涉及的部分内容比生物化学更细致深入，并从整体上考虑。

分子生物学从蛋白质、核酸、基因及基因组结构开始，以中心法则为主线，阐述生物大分子在信息传导、基因表达调控中的相互作用和机理。主要内容包括蛋白质、核酸、基因和基因组的结构、DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。基因工程技术的原理和应用等。

2.5 基因工程学

20世纪70年代，随着 DNA的内部结构和遗传机制逐渐呈现在人们眼前，生物学家不再仅仅满足于探索、揭示生物遗传的秘密，而是开始设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。这就像工程设计，按照人类的需要（设计）把这种生物的某个“基因”与那种生物的某个“基因”进行“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物的工程技术被称为“基因工程”。

基因工程包括如下几个主要的内容：①目的基因的合成或提起分离。②载体的构建。③将载体转移到受体细胞并增殖。④重组DNA分子的受体细胞克隆筛选。⑤将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。

3 课程间的逻辑关系，教学内容选择及课程顺序安排

从生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的定义，研究内容，发展历史动态可知，各学科的逻辑关系是：理解细胞结构及功能需要一定的生物化学基础，理解遗传物质的结构和功能需要一定的细胞生物学基础，而分子生物学是生物化学、遗传学交叉融合的产物，研究核酸和蛋白质分子结构和功能以及相互关系，而各个分子不能孤立发挥作用，必须依赖于一定的细胞结构，因此，生物化学是细胞生物学的基础；细胞生物学是遗传学和分子生物学的基础。基因工程是利用分子生物学的理论和实验技术进行转基因操作的部分独立出来的，因此分子生物学是基因工程学的基础。所以，高校应按生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程的顺序安排课程教学最为合适。

由以上可知，由于历史的原因，生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程学相互联系，交叉渗透，研究内容重复较多。因此，本研究根据其定义、逻辑关系及发展历史，同时为编写教材和教学的方便，建议生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学教学内容如下。

（1）生物化学主要教学内容主要有：蛋白质化学、核酸化学；酶学基础；糖代谢与生物氧化；脂类代谢；蛋白质的分解代谢等内容。而将DNA复制、转录、翻译、突变、修复及原核生物和真核生物基因表达调控留在分子生物学讲授。

（2）细胞生物学的教学内容主要有：细胞的基本结构；细胞生物学研究方法；细胞膜的结构与功能及物质跨膜运输；细胞质基质与细胞内膜系统；细胞通讯与信号传递；线粒体和叶绿体；细胞核与染色体；细胞骨架；细胞增殖及其调控；细胞分化、衰老与凋亡。

（3）遗传学的教学内容主要有：遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律；基因互作及其与环境的关系；基因定位与连锁遗传图；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；染色体畸变；数量性状的特征及其多基因假说；近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传；遗传重组。

（4）分子生物学的教学内容主要有：DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。

（5）基因工程学的主要教学内容有：基因工程技术的原理和应用等。

以上各门课的教学内容相对前述和我国现行教材的教学内容作了较大调整，例如；核酸和蛋白质的组成及结构只在生物化学中讲授，细胞信号传递只在细胞生物学中讲授，基因工程原理只在基因工程学中讲授，避免了课程内容的重复。

参考文献：

[1]沈振国.细胞生物学（第2版）[M].北京：中国农业出版社，2011.

[2]欧阳五庆.细胞生物学[M].北京：高等教育出版社，2010.

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[4]George M.Malacinski，David Freifelder.essentials of molecular biology（third edition）[M].北京：科学出版社，2003.

[5]Jeremy M.Berg，John L. Tymoczko，Lubert Stryer[J].Biochemistry，2002.

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[13]马建岗.基因工程学原理[M].西安：西安交通大学出版社，2001.

第6篇：分子生物学作用范文

竞赛命题的主要依据

1.国际生物学竞赛(IBO)的理论纲要（《生物学通报》，1994.10）。

2.《中学生奥林匹克竞赛·生物学》（高信曾主编，中央民族大学出版社）和《中学生物学奥林匹克竞赛辅导》（吴相钰、刘恩山等编译，湖南教育出版社）《高中生物学大纲》供试验用（国家教委基础教育司编订，人民教育出版）。

范围和要求

理论部分

第一部分

植物解剖、生理（重点是种子植物）和分类(20%)

一、种子植物形态解剖

（一）植物组织1.植物组织的概念和类型2.分生组织3.成熟组织4.组织系统5.维管组织和维管束

（二）种子和幼苗1.种子的结构和类型2.种子的萌发和幼苗的形成

（三）种子植物的营养器官1.根的结构（内皮层）2.茎的结构（维管束）3.叶的结构与气孔功能4.根、茎、叶的变态

（四）种子植物的繁殖器官1.花的结构2.种子和果实的形成

二、植物生理

（一）植物的水分代谢1.植物吸水的部位及方式2.植物细胞渗透吸水原理（水势）3.植物体内水分的散失4.外界条件对蒸腾作用的影响5.蒸腾作用原理在生产上的应用

（二）植物的矿质代谢1.植物必需的矿质元素及其主要生理作用2.根吸收矿质元素的过程3.植物根系吸收矿质元素的特点4.植物体内无机养料的同化5.矿质元素在植物体内的运输和利用

（三）植物的光合作用1.光合作用的概念及其重大意义2.光合作用的场所和光合色素3.光合作用的全过程（光系统Ⅰ和光系统Ⅱ）4.C[,3]和C[,4]植物的比较（光呼吸）5.绿色植物与光合细菌的光合作用的比较6.外界条件对光合作用的影响（饱和点、补偿点）7.光合作用的原理在农业生产中的应用

（四）植物体内物质的运输

（五）抗逆生理（抗旱、抗寒等）

（六）植物的呼吸作用1.呼吸作用的类型和过程2.植物体各部分的呼吸强度比较3.外界条件对呼吸作用的影响4.呼吸作用的生理意义5.呼吸作用的原理在农业生产中的应用6.呼吸作用与光合作用的关系

（七）植物生命活动的调节1.生长素类2.赤霉素类3.细胞分裂素类4.脱落酸5.乙烯

（八）植物开花的机理及其应用1.植物的花前成熟2.低温和花诱导3.光周期和花诱导4.春化和光周期理论在生产中的应用5.其他条件对植物开花的影响

（九）植物的生长、发育和生殖1.顶端分生组织和形成层2.无性生殖、有性生殖3.双受精作用、胚的发育和胚乳的发育4.种子植物、蕨类植物和苔藓的世代交替（生活史）

三、植物系统分类（了解到科、目、纲、亚门和门）

（一）藻类植物1.蓝藻门2.绿藻门3.红藻门4.褐藻门

（二）菌类植物1.细菌门2.粘菌门3.真菌门

（三）地衣植物

（四）苔藓植物1.概述2.苔纲3.藓纲

（五）蕨类植物1.概述2.石松亚门3.木贼亚门4.真蕨亚门5.蕨类植物的起源与演化6.蕨类植物的经济价值

（六）种子植物——裸子植物1.概述2.裸子植物分类3.苏铁纲4.银杏纲5.松柏纲6.裸子植物的起源与演化

（七）种子植物——被子植物1.概述2.双子叶植物纲和单子叶植物纲的10个重点科（十字花科、豆料、菊科、蔷薇科、锦葵科、茄科、葫芦科、芸香科、禾本科、百合科等的特征及花程式、花图式）3.被子植物的起源与系统发育

第二部分

动物分类、形态、解剖和生理(20%

)

一、动物分类、形态与解剖（重点是无脊椎动物）

（一）原生动物门1.主要特征2.草履虫3.分类（鞭毛纲、肉足纲、孢子纲、纤毛纲）

（二）多孔动物门1.主要特征2.海绵

（三）腔肠动物门1.主要特征2.水螅3.分类（水螅纲、钵水母纲、珊瑚纲）

（四）扁形动物门1.主要特征2.分类（涡虫纲、吸虫纲、绦虫纲）

（五）线形动物门1.主要特征2.分类（线虫纲、轮虫纲）

（六）环节动物门1.主要特征2.环毛蚓3.分类（多毛纲、寡毛纲、蛭纲）

（七）软体动物门1.主要特征2.无齿蚌3.分类（双神经纲、腹足纲、瓣鳃纲、头足纲）

第7篇：分子生物学作用范文

关键词：高分子材料可降解生物

我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，现将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。

一、生物可降解高分子材料概念及降解机理

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。

生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。

二、生物可降解高分子材料的类型

按来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。

2.1微生物生产型

通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ICI公司生产的“Biopol”产品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。

2.4掺合型

在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。

三、生物可降解高分子材料的开发

3.1生物可降解高分子材料开发的传统方法

传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。

3.1.2化学合成法

模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。

3.1.3微生物发酵法

许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。

3.2生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展，酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化一些特殊反应的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。

3.3酶促合成法与化学合成法结合使用

酶促合成法具有高的位置及立体选择性，而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料

四、生物可降解高分子材料的应用

目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。通常，对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法，但这几种方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物医用材料。目前，我国一年约生产3000多亿片片剂与控释胶囊剂，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片，而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。

参考文献：

第8篇：分子生物学作用范文

关键词：分子生物学；教学改革；经验介绍

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）31-0176-02

分子生物学主要研究DNA的复制、转录、蛋白质的翻译及其相关调控规律的学科，它是高等学校生物相关专业开设的核心课程之一。虽然分子生物学是近二十年才被写入高校生物类及相关专业本科及研究生培养大纲，但是分子生物学已成为生物类等很多专业的核心专业课程之一。分子生物学理论和实验结合最紧密的课程之一，不但是生物科学和其他生物技术专业的基础课，而且广泛应用于生命科学实验的各个领域。分子生物学这门课程内容繁杂，微观概念繁多，并且其理论体系演变发展很快，也对其课程教学带来了巨大的挑战。

笔者长期从事分子生物学课程的理论和实验技术的教学工作。在教学过程中，结合该课程微观概念繁多、抽象性强等特点，从教材的选用、内容、以及教学方法等几个方面进行了探索研究，并取得了一些成效。以下对教学改革的几点措施以及体会和认识进行具体的描述。

一、精心选择有关教材和参考书

教材是学生“学”和教师“教”的过程中的基本资料，市面上关于分子生物学的教材十分多。由于分子生物学所包涵的知识面十分广，在编写教材时有不同的侧重点，因此选用一本合适的教材十分重要。通常要求教材既能涵盖分子生物学基本概念与基础知识，同时又能反映学科的发展动态，体现学校的办学特色。分子生物学是我校较早实行双语教学的课程之一，根据学生的实际水平选择了科学出版社影印出版的英国经典分子生物学教材《Molecular Biology》（Turner）。本教材按主题，采用言简意赅的语言和简明清晰的图表，系统概括了分子生物学的核心内容、主要技术及前沿动态。而且，此教材有中文译本，可以帮助学生快速准确获得信息，十分适合作为双语课程的教材。

二、优化教学内容

由于目前大多数生物学课程，如遗传学、生物化学、细胞生物学等都进入了微观分子时代，因此均增加了蛋白质、核酸、基因表达调控等基础知识的讲解。这使得学生对开设在高年级的分子生物学有一些似曾相识的感觉。这虽然有助于学生对分子生物学的理解，但是也会使学生感觉好多内容是对前面的复习，出现厌学情绪。针对这种情况，我们邀请遗传学、生物化学、细胞生物学等可能涉及分子生物学内容课程的主要负责人，认真讨论，优化了各自的教学大纲，在保证课程内容完整性的前提下，尽量压缩分子生物学的相关内容。对于教学过程中，生物化学、遗传学和遗传学中必须出现的分子生物学内容，如蛋白质核酸的结构与组成，采用分组讨论的方式进行自学，调动学生的学习积极性，因势利导，使学生对所学知识能够更加理解，对所学知识的记忆和理解能够进一步加深，为以后对相关知识点的学习打下良好基础。与此同时，这既节约了教学时间，又不会再出现与遗传学和生物化学有相同内容的重复教学问题。这样，一方面对分子生物学的教学重点进行了明确，另一方面又突出了分子生物学的教学特点，即以遗传学和分子生物学为基础，保证了教学课程的系统性和完整性。

三、合理使用多媒体课件

分子生物学理论课教学内容多，而且抽象，因此学生很难熟练掌握和理解。另外，分子生物学又有着很强的技术性。其原理十分复杂、难度高，很难进行试验操作且成本很高，这样可以利用教学课件中的相关图像及动画来进行演示，提高学生的学习兴趣。教师还可根据学生的个性特点以及接受能力来选择合适的多媒体课件配合内容的讲解，文、声、图、像并茂的新闻课件能够从多个角度分层次地展现教学内容，使学生更加容易理解相关知识，从而提高教学质量。美观清晰的多媒体界面，逼真的动画模拟更加方便教师在教学过程中的使用。通过多媒体向学生提供信息，是对学生进行多种感官的综合刺激，在获取信息的过程中，学生通过听觉、视觉等多方面的并用，更加容易使学生在学习中进行想象和创新，提高学生的学习积极性和创新能力。

但是，在教学过程中使用多媒体时，应注意它只是一种教学手段，是为教师的教和学生的学服务的。教师不能一味地让学生时刻跟着多媒体，只是做一个多媒体的操作员。所以，在多媒体教学过程中，教师要把多媒体当一种教学辅助手段，同时要注意给学生思考和讨论的机会和时间，培养学生的创新思维，重视学生的主体地位。

四、剖析经典实验

分子生物学是所有生物学学科相关课程中，最注重实验研究的课程之一。目前，现代分子生物学的理论发展的过程，实际上是前人大量实验发现的科学阐述集合，比如转座子的发现、RNA干扰现象及其机制的发现等。这些设计巧妙的实验，有着严谨的论述，其中的一些研究方法如今仍然在分子生物学的研究中广泛应用，如RNA干扰。这些经典实验过程本身就是一个科学故事，在很大程度上提高学生对相关领域的兴趣，其实验设计可以启发学生寻找解决问题的方法，也可以帮助学生在专业课程的学习中了解研究方法，从而加深对相关理论知识的理解和掌握。

同时，分子生物学本身仍在不断地完善当中。相关的知识内容、发现和研究方式方法日新月异。如对非编码RNA的研究已经成为目前对分子生物学进行研究的特点。将用故事的相识对非编码RNA的研究历史进行讲述，进而采用启发的方式对学生进行引导，讨论在研究中对这一作用的应用。这样的起发过程，可以增加学生对现代生物学研究中理论与技术相互促进发展的理解，激励他们对已学知识的充分思考，建立基础研究与社会应用之间的联系，提高学生的创新能力和学习积极性。

五、利用科研实例剖析重点难点问题

分子生物学虽然理论很高深，但是它却被广泛应用于各种领域。特别值得一提的，如今各高校的教师有着较高的学历和丰富的科研经历，能够在教学过程中融入实际的科研案例。在教学中对书本知识进行传授的同时，为学生讲解讲授一些在实际工作中应用理论知识的实例，对学生知识的灵活运用能力的提高有很大帮助，可以为他们今后的工作和实践奠定基础。从课堂教学效果来说，有助于激发学生的学习积极性，并增强他们对重点知识的掌握理解。除此之外，也有助于提高学生对所学知识的应用能力，为以后的工作和实践奠定基础。

如可能的话，教师可以介绍自己研究团队的一些有趣的研究。比如笔者所在的团队，是搞泌乳调控机制的研究的。首先，向学生简单介绍研究泌乳调控机制的背景（泌乳对母亲和婴儿的重要作用）。我们在研究过程中发现一个小RNA对泌乳调控有重要作用，它可以影响乳蛋白的合成。进一步向学生介绍这个实验的设计思路，研究过程中所采用的试验方法。这种讲解，可以使学生对小RNA有深刻的印象，大大激发他们的科研兴趣。

六、实行双语教学

分子生物学，可以说是发展最快的生物学领域，因此分子生物学课程内容相应地也在迅速更新。大多数分子生物学的新发现，主要以英文论文形式发表在各种期刊杂志及其他媒体上。这要求教师不光要给学生讲授分子生物学的理论内容，同时还要培养学生通过英文杂志媒体了解、掌握分子生物学的前沿进展。双语教学在分子生物学教学过程中体现了很大的优势。我校分子生物学课程组自2004年起开始了双语教学的尝试，积累了一些经验。首先，在教材方面，我们选用了内容简洁的英国经典分子生物学教材《Molecular Biology》（Turner）。该教材涵盖了分子生物学绝大多数的基本知识点，且篇幅较短，特别适合本科生使用。第二，在教学方法方面，采用循序渐进、分步实施的办法。即开始是中英文对照，逐渐改为全英文，让学生逐步适应，减少因畏惧产生厌学。教学过程中，采用多媒体教学手段，教学课件中尽量多选用形象、精美的图片，将高深的抽象概念转变成直观的图像、动画，调动学生的学习积极性。注意搜集国外分子生物学视频，特别是一些标准英文配音的动画视频。这些动画视频形象地把一些分子生物学过程展示给同学，极大引起学生的兴趣。视频所配的标准英文介绍，可以帮助学生纠正一些专业词汇的正确读音，演示后，教师加以中文解释可进一步加深学生对相关知识的理解。

参考文献：

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[3]谢兆辉.小RNAs作用机制的研究进展[J].遗传，2009，31（12）：1205-1213.

第9篇：分子生物学作用范文

关键词：中药单体；高通量药物筛选；细胞膜色谱法

中图分类号：R282 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2014）08-0004-03

近年来，随着化学、生物学、药理学和药物分析学等现代技术的发展，多学科、多技术对中药的研发取得了长足进步，特别是大量中草药成分的分离、提纯、药效和药代研究，为其广泛用于临床治疗发挥了重要的作用。因此，中药单体的制备及研发已成为中药现展的潮流和热点。如何从大量中药成分中筛选出具有良好药理作用的单体药物是现代药物发展的重要方向。

随着分子生物学和细胞生物学的迅速发展，针对中药单体的研究有了新的认识，使高通量药物筛选进入了一个崭新的时代，同时也为新药的研发提供了新途径。高通量药物筛选是基于药物作用靶点，在分子、细胞水平对活性药物进行大规模的筛选。2005年人类基因图谱的出现，更加明确了对人类生命活动的认识，了解了更多的药物作用靶点，加快了高通量药物的筛查，以利于发现更多治疗疾病的中药单

基金项目：军队保健专项科研课题（13BJZ34）；陕西省社会发展项目（2012K19-05-02）

通讯作者：王晓明，E-mail：

体。兹就高通量中药单体筛查方法及相关应用阐述如下。

1 高通量中药单体筛选方法

近几年来新药研究迅速发展，摆脱了以往药物发现的低效率特性，产生了高效率、自动化的研发方法。高通量药物筛选即是针对生物分子作用靶点的自动化筛选方法，从中药单体库中寻找最匹配的生物活性化合物进行创新药物的研发。迄今，研究人员利用生物信息库、色谱技术、基因芯片结合计算机对中药单体进行了大规模的研究，取得了可喜的成果。

1.1 利用信息库计算机虚拟筛选中药单体

计算机药物虚拟筛选是一种高通量药物研发的新方法，该技术的应用对新药的发现有巨大的现实意义。计算机技术、分子药理学和分子生物学的迅猛发展极大地促进了该技术在药物开发中的广泛应用。虚拟筛选是基于中药单体数据库，从几十到上百万个分子中，筛选与疾病特定靶标分子相互作用的化合物或是符合定量构效关系（QSAR）模型的化合物，随后进行二次筛选确认化合物。虚拟筛选有配体小分子虚拟筛选（LBVS）和受体大分子结构筛选（SBVS）2种类型， LBVS是根据现有药物的结构、理化性质与活性关系的分析，建立定量构效关系或药效基团模型，预测筛选新化合物的活性。SBVS是基于分子对接的虚拟筛选，根据实验测定或同源模型构建受体生物大分子的三维结构，通过分子对接，确定小分子与受体的结合构象，评价其与受体的结合活性。目前临床已有计算机虚拟筛查的数据库[1]，该方法可大大降低药物研究的工作量，缩短周期，提高工作效率，节约科研经费。

1.2 利用生物亲和色谱法筛选中药单体

亲和色谱也称“亲和层析”，是一种利用固定相的高度结合特性来分离生物活性分子的分离方法，利用与固定相不同程度的亲和性分离提纯样品库中目标化合物。随着科技的迅速发展，色谱法在新药研发中起着举足轻重的作用。生物色谱技术是利用细胞膜或受体蛋白结合色谱技术对中药单体进行分离、定性、定量分析的筛选工具。目前常用的生物色谱技术是利用生物体系（酶、抗原、核酸、蛋白质等）与分离样品物理相互作用原理，实现生物样品组分的高纯度、高产率的分离，达到筛药的目的[2]。随着高效色谱的出现及多种学科发展（生物化学、分子生物学、生物工程、基因工程），色谱技术在中药单体筛选中显示出越来越重要的作用。

1.3 利用基因芯片筛选中药单体

基因芯片，即DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的新技术。通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。将生物大分子有序地固化于支持物的表面，随后与标记的生物样品相互作用，对作用信号进行高效、专一的检测分析，以此来断定样品作用靶点。基因芯片可高通量、高灵敏度地跟踪药物作用后细胞内数千个基因的变化。应用人类蛋白芯片和细胞芯片研究探索中药单体作用的靶标分子；通过提取、分离确定靶标分子，随后建立具有靶标分子的生物模验证作用的中药单体。利用DNA芯片技术研究摸索临床疑难病的病因靶点，通过何种信号分子作用引起该疾病，能更全面认识疑难病的作用机制，此外还能明确中药单体作用前后的细胞活性及基因表达情况。

随着科技的发展，出现了各种生物芯片，从基因水平到分子水平，再到细胞水平，为高效、准确进行中药单体筛选提供了更有用的工具。芯片技术为临床新药的发现提供了崭新的途径，能更清楚地认识药物作用的靶点，对新药研发具有跨时代的作用。

2 高通量中药单体筛选作用原理

筛选作用的原理是通过药物与生物体内特定靶点相互作用而产生。通过建立筛选模型，筛选出能与模型稳定结合的中药活性成分，然后进行药物功能学及毒性分析，验证药物的药效价值。中药单体主要通过与细胞表面受体和细胞内信号传导分子结合，经光电信号转化来反映药物作用的靶点。如膜受体筛选模型，依据受体-配体作用机制建立的模型，通过加样来寻找有作用的化合物，根据亲和力判断药物作用活性强弱。

细胞膜色谱法（CMC）是一种新的生物亲合色谱方法，实质上是一种新的具有生物活性的仿生色谱系统。CMC根据药物分子与细胞膜及膜受体（配体-靶体）间的动态相互作用特性，通过色谱图观察药物结合活性的方法，是继经典放射性配体方法之后一种新的受体药理学实验研究途径，已成功用于对中药复杂体系中物质基础的筛选研究。自1996年以来，研究人员已将高通量色谱分离制备技术和受体细胞膜色谱筛选技术用于中药复杂体系中药效物质筛选与研究之中[3-4]。根据基因组学，功能蛋白不仅是新药研发的作用靶点，还有可能成为治疗疾病的新型药物。高通量筛选功能蛋白也将成为一个研究焦点，具有重要意义。如通过样品与靶点的结合而筛选出有作用的化合物，评价其功能学作用；筛选对酶活性抑制作用的化合物，观察底物浓度、酶浓度变化时反应速率，判断抑制酶活性的中药单体化合物；针对整体细胞的观察才能反映药物的作用，依据加样后细胞数目、大小、活性分子检测更能说明化合物的应用价值[5-7]。

3 高通量中药单体筛选的双面性

3.1 优势

高通量药物筛选依靠数量巨大的化合物库，通过计算机大规模对化合物样品进行筛选，实现大量化合物样品的自动化筛选，为新药的研发提高效率，减低成本。药物分析学、细胞分子生物学及计算机学等学科的发展，为临床药物的研发提供了多种途径。高通量药物筛选降低了劳动力，且筛选模型可反复应用，也节省了资源。

3.2 缺陷

药物在体内要经过吸收、分布、代谢及排泄等过程。CMC筛查仅通过生物细胞膜寻找生物活性成分，仅能反映细胞的部分结合，而不能反映整个细胞的结合作用。该方法误筛率较高，无法进一步观察药物的对整个生物体的作用。高通量药物筛选主要从分子水平和细胞水平进行药物筛选，因其筛选未能反映生物整体表现，所以，筛选结果必须根据具体情况加以分析。

4 高通量中药单体筛选临床意义

多种中药单体筛选将对人类疾病的防治产生深远的影响。如针对威胁中老年生命健康的心血管疾病，高通量单体筛选的灯盏甲素和灯盏乙素可以扩张冠状动脉，增加心肌供血，降低血小板黏度，抑制血小板黏附和聚集；葛根含有的异黄酮化合物葛根素，具有扩张冠状动脉、对抗血管痉挛、增加冠脉血流量的作用。此外，知母皂苷A通过mRNA抑制血管内皮生长因子表达，激活半胱氨酸蛋白酶，从而达到抑制胰腺癌作用[8]；大黄素、黄连素通过调节p38MAPK信号通路，改善肾小球和肾间质炎性损伤，对慢性肾脏疾病起到一定的治疗作用[9-10]。

5 小结

随着科技的发展，高通量药物研究已成为我国新药研发的重要途径，加上我国拥有丰富的天然中草药资源，将为临床治疗提供纯度更高、活性更大和毒性更小的生物活性成分。近年来，随着基因技术和荧光技术的成熟，新药研发将进入一个迅猛发展的时代。目前，在新药研发、疾病治疗等方面，通过荧光检测技术高通量筛选中药单体已成为研究领域的热点。随着生物学、化学、色谱学等学科及重组受体、转基因动物、基因探针等技术的不断深入，中药活性成分及药理作用研究有了新的思路，药物筛选已成为发现新药的重要手段，这将使新药研发实现质的飞跃。

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