化学生物学专业发展史
与这些相比，化学生物学以小分子为工具，通过干扰/调节正常过程来解决生物学问题或了解蛋白质的功能。从某种意义上说，用小分子来调控目标蛋白，类似于制药公司研发新药。然而，当所有公司的目标蛋白质迄今只有450种左右时，人类基因组计划却给我们带来了至少数万种目标蛋白质。最终目标是找到特定的调控因子或钥匙来解决所有蛋白质的奥秘，但这需要更系统和整体的方法，而不是传统的方法。化学生物学似乎是一个有希望的答案。系统化学生物学在上世纪90年代中期才诞生，部分原因是当时基础条件刚刚完善。代表性的技术进步包括机器人工程、高通和高灵敏度生物筛选、信息生物学、数据采集工具、组合化学和芯片技术，如DNA芯片。化学生物学通常被称为化学遗传学，它正在扩展到化学遗传学。与经典遗传学相比，舒尔茨博士不是在取代或超越基因表达，而是被用来抑制或激活翻译过程。
化学生物学、计算生物学和合成生物学在生物芯片技术、计算模型方法和基因网络设计方面构成了现代系统生物学和系统遗传学的重要技术基础。
前瞻性研究方法
总结
在正向方法中，首先定义目标生物现象，然后从许多应用分子中选择引起所寻求现象的分子。选定的分子可以连接到一些蛋白质上，并抑制/激活它们，导致重要的修饰，然后检查和研究连接到分子上的蛋白质。下面是一个使用正向方法寻找和开发肌肉基质蛋白的例子。
首先，为了获得足够多的化合物来触发期望的现象，通过组合化学合成方法制备嘌呤库。许多化合物可以与放射性研究引起的不同变异进行比较。该库的综合和应用在其他章节中详述。
分化的神经元和肌肉细胞很少增殖。所以一旦受伤，细胞长不好，很难恢复。这项研究的最初目的是寻找一种化合物来改变肌肉细胞的分化，达到再生的目的。分化的肌肉组织形成交织的管状结构。将数百种嘌呤化合物植入96孔圆板上的潜在肌肉组织中，发现了可以分离连接组织的化合物。这种化合物被命名为肌球蛋白(肌肉基质蛋白),因为它从肌管中分离嘌呤。事实上，肌基质蛋白不仅切断肌管来分离细胞，而且洗涤化合物和添加必要的营养物质来帮助增殖。更令人兴奋的是，如果增殖细胞开始分化，它们会再次制造肌肉管。换句话说，如果将这种化合物注射到组织中，可以期望一部分肌肉细胞再次生长和增殖，从而产生新的肌肉组织。
虽然找到能够诱导所需现象的化合物是最重要的第一步，但仔细检查与化合物反应的目标蛋白质，然后了解其活性和作用，才是真正的艰苦工作。如果很好地定义了所需的现象，则可以在短时间内显示是否存在活性化合物的研究结果。
在肌基质蛋白的情况下，当细胞结构发生快速变化时，预计细胞结构的构建会受到蛋白质的攻击，可以使用带有荧光标记的抗体来观察细胞图像。然后是染色的肌球蛋白，是体细胞的重要组成部分。绿色的是肌球蛋白，蓝色的是细胞核。
肌基质蛋白治疗前后差异明显。在肌基质蛋白处理前，细胞是均匀连接的，但处理后，可以看到细胞相互分离。但是，不确定肌球蛋白是否是靶蛋白。一些骨蛋白被染色，但结果相似。然而，当使用微管蛋白对微管进行染色时，获得了有趣的数据。同样，绿色是微管蛋白，蓝色是细胞核。
在用肌球蛋白处理之前，与前面的照片类似，细胞与微管紧密连接，但用肌球蛋白处理的细胞显示微管断裂。因此，一般推测肌基质蛋白直接或间接攻击微管蛋白或微管。微管是包含a和b微管蛋白组合的管状结构，它们参与支持细胞结构和染色体运动。
微管蛋白具有GTP结合位点，它也是一种GTP酶，在制造微管的过程中水解GTP产生GDP。微管包含生长+末端和消除-末端。在细胞分裂中，染色体转移需要形成和破坏控制良好的微管。天然物质(长春生物碱、胆碱)破坏微管或阻止微管蛋白的合成，并干扰正常细胞的分裂。Ch正向法和反向法是无籽西瓜中使用的物质。另一方面，紫杉醇过度稳定微管并阻止它们的动态变化，并且还被用作抗癌药物，因为它停止正常的细胞分裂。为了使微管正常工作，微管相关蛋白(MAP)也非常重要。因此，尚不清楚肌肉基质蛋白是否直接作用于微管蛋白或其他图谱。为了测试这一点，从细胞骨架中提取纯微管蛋白，在特殊溶剂中制造微管。当微管插入后，管状结构明显消失。因此，证实了肌基质蛋白直接作用于微管蛋白或微管。
根据以往的经验，已经证明微管蛋白在体外是被肌基质蛋白攻击的，但是在体内呢？为了找到与生物活性分子结合的蛋白质，在活性分子的亲和基质中使用普通大小的固体树脂，然后捞出蛋白质。肌肉基质蛋白用分子连接，再用固体树脂连接，做成钓鱼线。然后在细胞质混合物中浸泡一段时间，将蛋白质与树脂连接并进行分析。然而，由于肌肉基质蛋白和蛋白质合成的活性现在被中止，这项工作并不容易。这是化学生物学方法中众所周知的问题。
在肌肉基质蛋白的情况下，生物素，称为链霉亲和素，如果不使用连接分子与树脂连接，它会与蛋白质(具有强活性官能团的亲核分子)强烈结合。这种方法的优点是引入了亲和分子，可以简单地插入活细胞中与目标蛋白形成键，而不是研磨细胞和混合蛋白。如果目标蛋白与分子结合，化学活性基团会通过共价键与蛋白的亲核部分结合，因此链霉素蛋白质组可以通过生物素与目标蛋白结合。实验证明微管蛋白在体内与亲和分子结合。
综上所述，筛选系统发现的肌基质蛋白使得分化肌细胞再生成为可能，并且已经证明是微管蛋白导致了这种现象。与经典遗传学相比，人们可以掌握目标基因，甚至得到控制目标蛋白活性的小分子开关。这种肌肉基质蛋白经过实验可以作为一种新的候选药物。
逆向研究方法综述
反向法是用化学物质攻击目标蛋白，先进行分类，然后通过观察插入相关化学物质的结果，就可以分析目标蛋白的体外功能。下面是这种方法的一个例子:purvalanol的开发和应用。
细胞分裂是蛋白质具有多种完整功能的和谐表现。CDK(细胞周期蛋白依赖性激酶)是每个细胞周期和CDK分裂中控制开关的蛋白质，其中CDK2参与G1到S，CDK参与G2到M..一些发现其特定功能的研究非常活跃，并且正在取得进展。因此，在这项研究中，我们决定寻找能够抑制CDK1或CDK2功能的化合物。
正向法制备的嘌呤文库用于筛选纯CDK1和CDK2上的酶抑制剂。嘌呤用于使嘌呤通过辅酶与ATP竞争结合位点。为了加快筛选过程，用放射性标记的ATP和组蛋白在96个圆片上激活酶，然后测量由硝酸纤维素滤纸过滤的蛋白质向组蛋白转移磷酸基团过程中的全部放射性。从奥洛莫辛(IC507mM)开始，经过几次重复，我们得到了大约1000次活化的purvalanol系列化合物。这些化合物在相同程度上抑制CDK1和CDK2。这是因为两种酶都是通过非常相似的途径建立的，它们的ATP结合位点也是相似的。
如果CDK1和2被抑制会怎么样？因为众所周知的事实，这些酶在有丝分裂的每一步都起着重要的作用。研究的第一步是观察易于观察有丝分裂的蛙卵提取物的作用。在这个实验中，注射激素以诱导更多的排卵，并从卵子中提取必要的物质。当从青蛙精子中提取的DNA被植入时，卵细胞错误地将其识别为受精并模仿细胞分裂。细胞分裂可以通过控制中期Ca的量来停止。卵细胞对这个实验非常有用，因为它们含有大量蛋白质。为了让画面清晰，细胞核DNA染成蓝色，微管蛋白染成红色。在正常阶段，DNA折叠形成染色体并对齐。然后微管与之相连，分成两边。但是，如果在这个阶段加入purvalanol，DNA不会完全折叠，微管不会找到它们的连接位点。这应该是攻击G2到m的步骤，可以说CDK1的抑制作用比CDK2强。另外，如果同时加入肌基质蛋白，DNA根本不折叠，微管结构完全消失。这可能是M期接着G2期的微管受到攻击。
为了找出哪种蛋白质与purvalanol形成键，使用琼脂树脂亲和柱来捕获未知蛋白质。体内微管蛋白通常在亲和柱中获得，由于柱中其他碱性物质的存在，甚至会获得一些对目标蛋白没有任何选择性的蛋白。为了分离这些不想要的蛋白质，使用了由类似purvalanol的非亲和物质制成的相对亲和柱。在柱处理后过滤培养的卵提取物。亲和柱(Pur-97基质)在施用purvalanol (A)之前和之后显示非常相似的结果，但是正常有丝分裂的步骤出现在相对亲和柱(B)中。结果表明，亲和柱只吸附重要蛋白，参与正常有丝分裂，在过滤步骤中与卵提取液分离。因此，一个可行的测试是重新注入被认为已经被去除的蛋白质，以检查是否再次发生正常的有丝分裂。由于已经发现purvalanol抑制CDK1或CDK2，当在情况(a)中使用每种酶时，CDK没有显示任何变化，但是CDK1清楚地显示了无序的有丝分裂步骤。这个结果清楚地解释了CDK1是状态(A)的不足因子。
另一方面，过滤被柱(a)和(b)吸附的蛋白质，用阴离子去污剂十二烷基磺酸钠(SDS)处理，然后用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离。被两个柱吸附的蛋白质被忽略。考虑到它们随机附着在柱上或通常与嘌呤结构结合，只有被亲和柱吸附的蛋白质被确认为CDK1。
还处理了白血病细胞U937，以便检测肌球蛋白和purvalanol对除卵提取物之外的其它活细胞的作用。蓝色是染色的DNA，绿色是染色的微管。这个小盒子是一个分裂细胞。普通中期相容肌基质蛋白分子中，着丝粒分裂到细胞两侧，DNA折叠中的微管排列在中间。微管将它们连接起来，然后将它们拉到细胞的两端。肌基质蛋白对未分裂的细胞没有影响，但它通过将微管破坏成离散的结构来影响分裂的细胞。同时，用purvalanol处理的细胞显示出未收缩的DNA和已经分裂成两个但没有到达指定位置的着丝粒。这是G2-M期暂停的结果。此外，细胞变得比正常细胞大。这是因为尽管细胞周期停止，但细胞仍然进行蛋白质合成和代谢。