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CADD 计算机辅助药物设计

1、药物设计:是指基于对疾病靶标或已知活性化合物的结构、性质、及其相互作用等先验知识的理解和归纳总结,然后像设计飞机和导弹一样,有目的的设计出具有特殊疗效的药物分子。

2、有经验的药物化学家在合成药物分子之前,通常采用构效关系的定性分析以及一些经验规则,来设计要合成的分子结构,此为传统药物设计,或者叫经验型或常规药物设计。

3、由于药物设计研究的对象时看不见,摸不着的分子,以及大量与分子有关的化学和生物信息学,并与人体生命健康息息相关,因此药物设计的过程非常复杂,非人工可独立胜任,通常借助计算机等现代高科技辅助手段,此即计算机药物辅助设计。

4、靶标:是指导致疾病或与疾病产生密切相关的生物大分子,包括蛋白质(酶、受体、离子通道),核酸(DNA,RNA)5、相应地药物一般指能与靶标专一结合的,加强或阻止靶标进行正常生理活动的有机小分子,可分为酶活化剂和抑制剂,受体激动剂和拮抗剂,通道开启剂和阻断剂等等。

6、先导化合物:是指具有一定药理活性的,可通过结构改造来优化其药理特性而可能导致药物发现的特殊化合物。

7、先导化合物的来源主要由天然产物(植物、动物、微生物、海洋生物)提取,偶然发现,随机筛选,老药新用等,如治疗疟疾的青蒿素是我国科学家从青蒿中提取出来的,著名抗生素青霉素是在细菌培养实验中偶然发现的等等。

8、传统先导化合物的发现主要靠运气,而现代先导化合物的发现则趋向于采用理性方法,即以疾病和靶标知识为基础而进行的。

9、药物与靶标之间的相互识别和结合主要通过非共价键进行,如静电相互作用、氢键相互作用、疏水相互作用等。

两者之间不但需要化学性质互补,而且需要几何形状互补,才能产生这些相互作用。

刚性结合:镜匙模式柔性结合:诱导契合10、计算机辅助药物设计的策略视对药物作用的生物大分子靶标的结构知识掌握多少而定。

一、如已有实验测定的靶标结构,最好是靶标—配体复合物结构,则可基于大分子结构进行直接药物设计。

二、如靶标实验结构未知,但一级氨基酸序列已知,并且同源蛋白实验结构已知,则首先采用同源蛋白模建方法预测靶标的三维结构,然后基于预测的结构进行直接的药物设计。

三、如对靶标结构所知甚少,但有一系列活性类似物可以利用,则可采用基于配体结构和活性数据进行间接药物设计。

11、如既有受体结构知识又有配体结构活性知识,则可将直接药物设计和间接药物设计结合起来应用。

12、药物设计方法包括基于配体药物设计和基于受体药物设计两种。

其中基于配体药物设计有QSAR和药物团模型。

基于受体药物设计有分子对接和从头设计。

药物团模型和分子对接又组成了虚拟筛选。

13、新药:是指新研制的,临床上具有治疗作用的,目前尚没有的药物品种,已生产的药品改变剂型,改变给药途径,增加新的适应症或研制新的复方制剂,也按新药管理。

14、完全创新药物(NCE)临床上尚没有的新药。

具有新的作用靶点、全新化学结构,和独特的作用机制。

15、再创药物(Me-too药物)根据已有的药物信息,研制出具有显著特点的新型药物。

特点:药理优势(药效和毒副作用)和药代特点(适合临床)。

药物新颖性(能获得知识产权保护)16、改变药物应用形式的创新药物:剂型、适应症、多化合物的复方制剂。

17、后基因组时代药物发现流程:功能基团研究——靶标发现——靶标确证——先导化合物的发现——先导化合物优化——临床前研究——临床研究18、分子模拟与药物设计软件:量子化学计算:Gaussian系列、Gamess,Jaguar,MOPAC分子力学和分子动力学计算:CHARMM AMBER GROMOS。

分子对接和打分评价:DOCK Autodock GOLD。

药效团模建:Catalyst DISCO。

同源蛋白模建:Modeller Composer.19、化学分子与生物大分子:药物通常为化学小分子,对某些暂没有发现特效小分子药物的疾病,肽类、拟肽物、核苷类似物、甚至蛋白质也可能使药物,一般所说药物如无说明均指化学小分子。

20、药物在体内要与特定的靶标即生物大分子进行相互作用,才能产生药效。

这些靶标可能是蛋白质、糖类、核酸、脂类这四大生命基本物质,也可能是他们的复合物。

蛋白质包括酶、受体、离子通道等。

是药物作用的主要靶标。

药物与靶标之间的相互作用是药物设计的分子基础。

21、一个化学小分子通常包括三个层次的含义:一、分子三维结构本身(包含手性)二、分子单独存在时所表现出的物理化学性质。

三、分子在生物体内与生物大分子相互作用所产生出的生物学效应,如生物活性或毒性。

22、通常采用不同的分子描述符来表征分子的结构特征和物化性质。

分子描述主要可分为四类:一、分子结构特征、如原子类型、氢键供体或受体数目、芳香环中心及数目、分子可旋转键数目、电性基团分布与数目。

二、物理化学参数。

如分子量、油水分配系数、疏水参数、立体参数、电性效应参数等。

三、分子拓扑指数。

反应分子拓扑结构信息,如分子连接性指数。

四、量子化学指数,指采用量子化学方法对分子结构进行优化计算而得到的一系列参数。

23、手性分子概念:有对映异构体的分子称为手性分子,或称分子具有手性。

手性药物:含有手性中心的药物。

药物对映异构体作用差异:I类:两个异构体的药效相同或相近,不用拆分。

II类:一个为主,另一个治疗作用弱甚至没有。

III类;一个为主,另一个有毒或者副作用。

IIII类;两个异构体有完全不同的治疗作用。

V类;两个异构体的作用具有互补性,适合外消旋给药。

II、III、IV都需要进行拆分。

24、手性药物的制备有:一、手性定向合成。

二、外消旋体拆分25、蛋白质:蛋白质存在于所有的生物细胞中,是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。

蛋白质是生命活动的物质基础,它参与了几乎所有的生命活动过程。

它的基本组成单位是氨基酸。

26、氨基酸是蛋白质水解的最终产物,是组成蛋白质的基本单位,从蛋白质水解出来的氨基酸有二十多种,除脯氨酸外都具有以下几个特点:一、与羧基相邻的a-碳原子上都有一个氨基,因而成为a-氨基酸。

二、除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的a-碳原子都为不对称碳原子,所以A.氨基酸都具有旋光性。

B 每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体异构体。

目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。

27、多肽:一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键,所形成的化合物称为肽。

有两个氨基酸组成的肽称为二肽,有多个氨基酸组成的肽称为多肽,组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。

氨基酸的顺序是从N端的氨基酸残基开始,以C端氨基酸残基为终点的排列顺序。

28、肽键:肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羧基具有明显的共轭作用。

组成肽键的原子处于同一平面。

肽键中的C-N键具有部分双键性质,不能自由旋转,在大多数情况下,以反式结构存在。

29、多糖结构:多糖是由多个单糖缩去多个分子的水而形成的长链状结构的糖苷。

一、淀粉(分为直链淀粉和支链淀粉)二、纤维素三、几丁质(壳多糖)四、杂多糖30、a-螺旋:a-螺旋中肽平面的键长和键角一定,肽键的原子排列呈反式构型,相邻的肽平面构成两面角。

一、多肽中的各个肽平面围绕同一轴旋转,形成螺旋结构,螺旋一周,含3.6个氨基酸残基。

二、每个肽链的N_H键和第四个肽链的羰基形成氢键,氢键的方向与螺旋长轴基本平行,肽链中的全部肽键都可以形成氢键,以稳固螺旋结构。

31、折叠:折叠呈折叠状,有两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列,通过链间的氢键交联而形成的。

一、在折叠中,a碳原子总是处于折叠的角上,氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直,两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。

二、折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的,也可以在同一肽链的不同部分之间形成。

几乎所有肽键都参与链内氢键的交联,氢键与链的长轴接近垂直。

三、折叠有两种类型。

一种为平行式,即所有肽链的N端都在同一边,另一种为反平行式,即相邻两条肽链的方向相反。

32、维系蛋白质分子的一级结构:肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构;氢键维系蛋白质分子的三级结构:疏水相互作用力,氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构:范德华力、盐键33、多糖:糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物。

糖类物质可以根据其水解情况分为:单糖、二糖、寡糖和多糖。

在生物体内,糖类物质主要以多糖、杂多糖、糖脂、脂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖等形式存在。

34、核酸:核酸是一类重要的生物大分子,担负着生命信息的储存与传递,核酸是遗传物质的载体。

核酸是现代生物化学、分子生物学的重要研究领域,是基因工程操作的核心分子。

35、核酸分为两大类:脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)。

DNA存在于细胞核和线粒体内,携带遗传信息,决定细胞和个体的基因型。

RNA存在与细胞质和细胞核内,参与细胞内DNA遗传信息的表达。

36、核酸的基本化学组成:核酸的基本组成单位是核苷酸,而核苷酸则由碱基,戊糖和磷酸三种成分连接而成。

37、戊糖:组成核酸的戊糖有两种。

DNA所含的糖为-D-2脱氧核糖;RNA所含的糖则为-D核糖。

38、碱基;嘌呤:腺嘌呤和鸟嘌呤。

嘧啶:胞嘧啶、尿嘧啶、和胸腺嘧啶39、核苷:戊糖+碱基磷酸基团位于核糖的5‘碳原子上,而碱基与核糖的连接位置是1‘糖与碱基之间的C_N键,称为C-N糖苷键40、DNA的一级结构:脱氧核糖核酸的排列顺序,有因为不同的DNA分子之间它们含有相同的脱氧戊糖,和磷酸只有碱基不同,因此DNA的一级结构有可以用碱基排列顺序表示。

连接键:3‘,5‘-磷酸二酯键,磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架,碱基形成侧链。

多核苷酸连均有5’末端和3‘末端。

DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式,生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。

41、药物作用的分子药理学基础:结构特异性药物发挥药效的本质是:药物和受体的有效结合,包括两者在空间上的互补,电荷分布上的相匹配,通过各种键力的作用使两者相互结合,形成复合物,进而引起受体生物大分子构象的改变,触发机体微环境产生与药效有关的一系列生物化学反应,因而产生生理效应。

42、受体的概念:狭义的受体是指细胞膜上的具有弹性的内嵌蛋白质,这种蛋白质的极性基团几乎都分布在蛋白质分子的外表部分。

主要为G蛋白偶联受体也包括核受体和部分离子通道。

广义的受体则泛指大分子靶标。

43、药物受体作用的化学本质:结构特异性药物与受体的相互作用可用下士来表示:D+R=DR-E 即:药物与受体有效结合,空间结构上的互补和电性上的匹配,形成复合物DR,产生药理效应E。

药物与受体有效结合的结合力是-化学键。

44、量子化学:指运用量子力学原理和方法从电子层面来研究化学中的基本问题,如化学键的本质,分子的物理性质,以及分子间相互作用等。

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