http://www.hxtb.org 化学通报2014年第77卷第7期 701· 像研究,在国际上产生了很大的影响,该工作发表物分子相关的问题,生物物理化学研究的文章越 不到一年时间,已经有近80家实验室索取荧光探来越多,导致了美国化学会于1997年将著名的物 针。杨毅等发明了 lighton系统,利用可见光来理化学专业杂志 Journal of Physical Chemistry》拆 控制特定基因的表达,实现了无创、高精度定时定分成A和B两个分卷,生物物理化学是B分卷的 位的基因表达调控,其在超高分辨率成像技术中主要内容。2000年,国际纯粹与应用化学联合会 将有广泛的应用 ( IUPAC)决定将其第I分会由原来的名称 蛋白质折叠是生物物理化学的一个基本问“ Physical Chemistry Division”更改为“ Physical ar 题,其中蛋白质变性的二态/非二态的判定在学术 Biophysical Chemistry Division”,彰显出IPAC对 界一直存在着争论。尉志武等提出了一种判断蛋生物物理化学和其发展前景的重视 白质变性二态/非二态性的“中止恒温法”,以便 当前,物理化学理论计算与实验手段的迅速 从实验上判定蛋白质的变性属于一种二态还是非发展,为理解生命现象的化学本质提供了优良的 二态过程。赵新生等将单分子探测与微流控条件,使生物物理化学学科的发展进入了黄金时 技术结合研究蛋白质的折叠,发现不同结构域的期。生物物理化学研究日新月异,最新的研究热 折叠动力学行为是不同的,他们还详细研究具点有:新的单细胞基因组(包括遗传和各类表观 有拓扑结的蛋白质的塌缩过程动力学,首次刻画遗传基因组)的深度测序技术;时空分辨力更强 了在去折叠态中结的大小和运动的。 的活体和实时超高分辨成像技术;利用先进技术 蛋白质的相互作用和反应机理是生物物理化(如单分子探测)研究生物分子反应与过程的动 学研究的重要课题。王任小等针对蛋白配体亲力学机理;新的面向生命科学的物理化学方法和 合性打分函数开展深入研究,建立了复合物亲合技术(如光遗传学技术)的发展;推动理论和模拟 性数据库 PDBbind-cn(hp://ww. pdbbind-en.方法应用到更实际和更复杂的体系中;等等 org/),发展了评估蛋白配体亲合性打分函数性 生物物理化学具有较强的学科交叉性,未来 能的方法体系,发展了新型蛋白配体亲合性发展的前沿可能有:(1)性价比更高的各种类型 的ⅹcore系列打分函数国,形成了一整套研究的单细胞基因组深度测序技术;(2)时空分辨力 体系,在国际上产生了广泛的影响。赵新生等在更强的活体和实时超高分辨成像技术;(3)各类 关于膜间质中细菌对外膜蛋白进行保护和质量控面向生命科学的物理化学方法和技术(如单分子 制机理的研究中,发挥物理化学思想和方法的优探测、光遗传学、核磁、质谱等)的发展;(4)生物 势,获得详尽的实验数据,在此基础上提出了动力体系相互作用的结构和热力学,例如药物和生物 学优势起关键作用的新模型,将传统的生物问题大分子间的相互识别;(5)生物分子反应与过程 研究推进到化学的层面;另外,在关于RNA的动力学机理研究;(6)新型生物材料的发明和 的尿嘧啶修饰的研究中,他们揭示了H/ ACA RNP性质研究;(⑦)生物现象和过程的理论和模拟 酶催化尿嘧啶修饰的动力学机制,发现需要对基研究 于结构信息提出的反应机理进行改进和完善。4国内研究方兴未艾、任重道远 高毅勤等在分子动力学模拟中提出的温度积分抽 样法,被公认为是最好的取样方法之一。近年来 在我国,国家自然科学基金委员会于2008年 他与多个实验研究组合作,利用分子模拟揭示蛋在自然科学基金申请指南的学科代码中正式在 白质折叠和反应、DNA构象变化以及生物大分子“物理化学”条目下设立了“生物物理化学”条目, 间相互作用的分子机制,取得了一系列创新成独立地支持相关的面上基金项目,并且每年都会 果33:。尉志武等在关于人分泌型磷脂酶遴选生物物理化学方向的重点项目。但相对而 与多种脂膜作用的研究中,提出了基于氨基酸残言,国内的生物物理化学仍滞后于国际的先进水 基作用概率的模块图示法,有望被用于其他蛋白平,研究队伍的规模尚小,总体处于跟踪的态势, 的分子动力学研究工作圆。 个别方向有了引领国际范围科学研究的能力,相 3学科新热点及未来前沿 关领域的中国科学家们任重而道远。随着国家经 费支持投入的增加,我国科学研究的前进速度令 随着越来越多的物理化学家关注与生命和生世人惊讶。相信在不远的将来,我国将会在更多 21994-2014ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net像研究，在国际上产生了很大的影响，该工作发表 不到一年时间，已经有近 80 家实验室索取荧光探 针。杨毅等发明了 lighton 系统［28］，利用可见光来 控制特定基因的表达，实现了无创、高精度定时定 位的基因表达调控，其在超高分辨率成像技术中 将有广泛的应用。 蛋白质折叠是生物物理化学的一个基本问 题，其中蛋白质变性的二态/非二态的判定在学术 界一直存在着争论。尉志武等提出了一种判断蛋 白质变性二态/非二态性的“中止-恒温法”，以便 从实验上判定蛋白质的变性属于一种二态还是非 二态过程［29］。赵新生等将单分子探测与微流控 技术结合研究蛋白质的折叠，发现不同结构域的 折叠动力学行为是不同的［30］，他们还详细研究具 有拓扑结的蛋白质的塌缩过程动力学，首次刻画 了在去折叠态中结的大小和运动［31］。 蛋白质的相互作用和反应机理是生物物理化 学研究的重要课题。王任小等针对蛋白-配体亲 合性打分函数开展深入研究，建立了复合物亲合 性数据库 PDBbind-CN( http: / /www． pdbbind-cn． org /) ，发展了评估蛋白-配体亲合性打分函数性 能的方法体系［32］，发展了新型蛋白-配体亲合性 的 X-Score 系列打分函数［33］，形成了一整套研究 体系，在国际上产生了广泛的影响。赵新生等在 关于膜间质中细菌对外膜蛋白进行保护和质量控 制机理的研究中，发挥物理化学思想和方法的优 势，获得详尽的实验数据，在此基础上提出了动力 学优势起关键作用的新模型，将传统的生物问题 研究推进到化学的层面［34，35］; 另外，在关于 ＲNA 的尿嘧啶修饰的研究中，他们揭示了 H /ACA ＲNP 酶催化尿嘧啶修饰的动力学机制，发现需要对基 于结构信息提出的反应机理进行改进和完善［36］。 高毅勤等在分子动力学模拟中提出的温度积分抽 样法，被公认为是最好的取样方法之一。近年来 他与多个实验研究组合作，利用分子模拟揭示蛋 白质折叠和反应、DNA 构象变化以及生物大分子 间相互作用的分子机制，取得了一系列创新成 果［17，31，35，37，38］。尉志武等在关于人分泌型磷脂酶 与多种脂膜作用的研究中，提出了基于氨基酸残 基作用概率的模块图示法，有望被用于其他蛋白 的分子动力学研究工作［39］。 3 学科新热点及未来前沿 随着越来越多的物理化学家关注与生命和生 物分子相关的问题，生物物理化学研究的文章越 来越多，导致了美国化学会于 1997 年将著名的物 理化学专业杂志《Journal of Physical Chemistry》拆 分成 A 和 B 两个分卷，生物物理化学是 B 分卷的 主要内容。2000 年，国际纯粹与应用化学联合会 ( IUPAC) 决 定 将 其 第 I 分会由原来的名称 “Physical Chemistry Division”更改为“Physical and Biophysical Chemistry Division”，彰显出 IUPAC 对 生物物理化学和其发展前景的重视。 当前，物理化学理论计算与实验手段的迅速 发展，为理解生命现象的化学本质提供了优良的 条件，使生物物理化学学科的发展进入了黄金时 期。生物物理化学研究日新月异，最新的研究热 点有: 新的单细胞基因组( 包括遗传和各类表观 遗传基因组) 的深度测序技术; 时空分辨力更强 的活体和实时超高分辨成像技术; 利用先进技术 ( 如单分子探测) 研究生物分子反应与过程的动 力学机理; 新的面向生命科学的物理化学方法和 技术( 如光遗传学技术) 的发展; 推动理论和模拟 方法应用到更实际和更复杂的体系中; 等等。 生物物理化学具有较强的学科交叉性，未来 发展的前沿可能有: ( 1) 性价比更高的各种类型 的单细胞基因组深度测序技术; ( 2) 时空分辨力 更强的活体和实时超高分辨成像技术; ( 3) 各类 面向生命科学的物理化学方法和技术( 如单分子 探测、光遗传学、核磁、质谱等) 的发展; ( 4) 生物 体系相互作用的结构和热力学，例如药物和生物 大分子间的相互识别; ( 5) 生物分子反应与过程 的动力学机理研究; ( 6) 新型生物材料的发明和 性质研究; ( 7) 生物现象和过程的理论和模拟 研究。 4 国内研究方兴未艾、任重道远 在我国，国家自然科学基金委员会于 2008 年 在自然科学基金申请指南的学科代码中正式在 “物理化学”条目下设立了“生物物理化学”条目， 独立地支持相关的面上基金项目，并且每年都会 遴选生物物理化学方向的重点项目。但相对而 言，国内的生物物理化学仍滞后于国际的先进水 平，研究队伍的规模尚小，总体处于跟踪的态势， 个别方向有了引领国际范围科学研究的能力，相 关领域的中国科学家们任重而道远。随着国家经 费支持投入的增加，我国科学研究的前进速度令 世人惊讶。相信在不远的将来，我国将会在更多 http: / /www． hxtb． org 化学通报 2014 年 第 77 卷 第 7 期 · 107 ·