基于受體的藥物設(shè)計(jì)課件

基于受體的藥物設(shè)計(jì)課件第1頁(yè)/共70頁(yè)2思考題簡(jiǎn)述分子對(duì)接方法的原理及主要應(yīng)用；全新藥物設(shè)計(jì)的基本步驟包括哪些？第2頁(yè)/共70頁(yè)3第四節(jié)基于受體的藥物設(shè)計(jì)方法之一

--分子對(duì)接(MolecularDocking)第3頁(yè)/共70頁(yè)4基于受體結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)——直接法給定一個(gè)藥物受體或受體的結(jié)合位點(diǎn)找出能夠與位點(diǎn)結(jié)合改變受體作用的化合物第4頁(yè)/共70頁(yè)全新藥物設(shè)計(jì)的基本流程5第5頁(yè)/共70頁(yè)6受體三維結(jié)構(gòu)結(jié)合位點(diǎn)三維結(jié)構(gòu)搜索合成全新藥物設(shè)計(jì)活性測(cè)試結(jié)構(gòu)優(yōu)化小分子數(shù)據(jù)庫(kù)先導(dǎo)化合物候選藥物基于受體結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)思路流程圖對(duì)接第6頁(yè)/共70頁(yè)所謂分子對(duì)接主要研究分子間（即配體和受體）相互作用，預(yù)測(cè)并計(jì)算結(jié)合模式和親和力的一種理論模擬方法。分子對(duì)接就是受體和底物之間通過(guò)能量匹配和幾何匹配而互相識(shí)別的過(guò)程。分子對(duì)接是一種廣泛應(yīng)用的研究分子間相互作用的分子模擬方法，其本質(zhì)是找到已知結(jié)構(gòu)的分子之間合理的結(jié)合構(gòu)象，其過(guò)程涉及分子之間的空間匹配和能量匹配。分子對(duì)接方法已經(jīng)有幾十年歷史，利用分子對(duì)接方法研究蛋白-配體作用模式在基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用于全新藥物設(shè)計(jì)、虛擬篩選、虛擬組合庫(kù)設(shè)計(jì)等。分子對(duì)接方法的基本原理第7頁(yè)/共70頁(yè)分子對(duì)接中兩大關(guān)鍵問(wèn)題是分子間的空間匹配和能量匹配。(1)空間匹配是分子間發(fā)生相互作用的基礎(chǔ)，進(jìn)行分子對(duì)接計(jì)算時(shí)，首先在受體的表面凹槽產(chǎn)生一系列假定的結(jié)合位點(diǎn)，將配體分子放入該位點(diǎn)中，如果兩者之間滿足分子的空間匹配原則，則可以結(jié)合；如果不能滿足則選擇其他位點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合。(2)能量匹配是分子間保持穩(wěn)定結(jié)合的基礎(chǔ)。當(dāng)配體分子進(jìn)入結(jié)合位點(diǎn)時(shí)，通過(guò)一定的程序計(jì)算它們之間的可能的結(jié)合模式和結(jié)合能，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)打分函數(shù)評(píng)判配體－受體的結(jié)合程度。第8頁(yè)/共70頁(yè)9

分子對(duì)接的最初思想起源于19世紀(jì)Fisher提出的受體學(xué)說(shuō)，F(xiàn)isher認(rèn)為，藥物與體內(nèi)的蛋白質(zhì)大分子即受體會(huì)發(fā)生類似鑰匙與鎖的識(shí)別關(guān)系，稱為“鎖鑰模型”，這種識(shí)別關(guān)系主要依賴兩者的空間匹配。即受體與配體的相互識(shí)別首要條件是空間結(jié)構(gòu)的匹配。

配體受體復(fù)合物受體－配體的鎖和鑰匙模型

第9頁(yè)/共70頁(yè)10隨著受體學(xué)說(shuō)的發(fā)展，人們對(duì)生理活性分子與生物分子的相互作用有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，從基于空間匹配的剛性模型逐漸發(fā)展成為基于空間匹配和能量匹配的柔性模型。第10頁(yè)/共70頁(yè)11藥物與受體的結(jié)合強(qiáng)度取決于結(jié)合的自由能變化G結(jié)合

=H結(jié)合

-TS結(jié)合

=-RTlnKi大部分的分子對(duì)接法忽略了全部的熵效應(yīng)，而在焓效應(yīng)也只考慮配體與受體的相互作用能，即：Einteraction=Evdw+Eelectrostatic+Eh-bond第11頁(yè)/共70頁(yè)12分子對(duì)接方法的分類分子對(duì)接方法根據(jù)不同的簡(jiǎn)化程度大致可以分為三類：（1）剛性對(duì)接在對(duì)接過(guò)程中研究體系的構(gòu)象不發(fā)生變化；（2）半柔性對(duì)接在對(duì)接過(guò)程中考慮配體的柔性；（3）柔性對(duì)接既考慮配體結(jié)構(gòu)的柔性又考慮受體的柔性。第12頁(yè)/共70頁(yè)13（一）剛性的分子對(duì)接方法

這種方法是最初的分子對(duì)接的方法，在對(duì)接中，小分子和蛋白質(zhì)兩種都保持剛性?；谧畲髨F(tuán)搜索的方法（Clique-SearchBasedApproaches）

對(duì)接兩個(gè)剛性分子可以理解為分子在空間的匹配問(wèn)題，這種匹配可以是一種形狀上的互補(bǔ)或相互作用，如氫鍵受體與氫鍵給體的互補(bǔ)。搜索在三維空間中有效的條件下的最大匹配。第13頁(yè)/共70頁(yè)14受體的活性位點(diǎn)

配體有效匹配的距離圖集

受體－配體的示意圖，字母代表特征部分如氫鍵等，相應(yīng)的有效匹配的圖集如右，三個(gè)環(huán)形頂點(diǎn)組織的三角形為這個(gè)圖集的一個(gè)最大團(tuán)(clique)

第14頁(yè)/共70頁(yè)15Dock對(duì)接程序中剛性對(duì)接的算法就是基于這種思想Dock利用球集來(lái)表示受體活性位點(diǎn)和配體的形狀第15頁(yè)/共70頁(yè)16

一系列的球集填充在受體活性位點(diǎn)的表面，這些球集代表能被配體占據(jù)的體積。配體可以用球集表示或者用自己的原子表示，在Dock程序中，四個(gè)有效匹配的對(duì)應(yīng)點(diǎn)被考慮，先考慮配體中第一個(gè)球集與活性位點(diǎn)的球集的匹配，第二個(gè)點(diǎn)則滿足?d≤ε，其中?d為第二個(gè)匹配點(diǎn)中配體和受體的球心與第一個(gè)點(diǎn)球心的距離，第三個(gè)點(diǎn)又必需滿足與前兩個(gè)球心的距離限制，以上過(guò)程一直進(jìn)行到找不到更多匹配點(diǎn)為止。第16頁(yè)/共70頁(yè)17（2）基于poseclustering的方法

這種方法是一種基于模式識(shí)別的方法。

在LUDI模型中，如圖所示，對(duì)每一個(gè)作用基團(tuán)，定義作用中心和作用表面。受體的作用表面近似地用離散的點(diǎn)表示，和對(duì)應(yīng)的配體的中心目標(biāo)點(diǎn)相匹配。三個(gè)氫鍵受體的作用表面

Poseclustering算法中的作用點(diǎn)

第17頁(yè)/共70頁(yè)18（二）柔性對(duì)接中的構(gòu)象產(chǎn)生方法（1）構(gòu)象的系綜方法

Flexibase用來(lái)儲(chǔ)存小分子庫(kù)中每個(gè)分子的一系列不同構(gòu)象，用距離幾何和能量最小化的方法產(chǎn)生構(gòu)象，每個(gè)分子根據(jù)rmsd的差異選擇25個(gè)系列構(gòu)象。第18頁(yè)/共70頁(yè)19（2）片段的方法片段的方法是處理小分子柔性的最通用的方法，配體分割成一些小的片斷，這些片斷可以認(rèn)為是剛性構(gòu)象或一個(gè)小的構(gòu)象系綜。一般，有兩種方法來(lái)處理:第一種方法是把一個(gè)片段放入受體的作用位點(diǎn)，然后加上余下的片段，這種方法稱為連續(xù)構(gòu)建“incrementalconstruction”.第二種方法把所有或一部分片段獨(dú)立地放入受體的作用位點(diǎn)，再重新連接至構(gòu)成一個(gè)完整的配體分子，這種策略稱為“放置&加”

“place&join”

。FlexXDock程序第19頁(yè)/共70頁(yè)

第一個(gè)連續(xù)構(gòu)建的算法是Kuntz發(fā)展的Dock程序。首先，一個(gè)單獨(dú)的錨碎片通過(guò)手工選擇對(duì)接進(jìn)受體的活性結(jié)合位點(diǎn)，并且考慮了氫鍵的作用。這個(gè)錨的優(yōu)勢(shì)位置主要包含有大量匹配氫鍵對(duì)、高打分值和低相似性。接著，在當(dāng)前錨位置加上一個(gè)碎片后，優(yōu)化的方法用來(lái)減少立體的張力和改善氫鍵的幾何構(gòu)型。用回溯算法（backtrackingalgorithm）來(lái)搜索整個(gè)配體在結(jié)合位點(diǎn)的非重疊放置空間。最后的位置通過(guò)過(guò)濾，優(yōu)化和基于力場(chǎng)的方法來(lái)打分評(píng)價(jià)。

FlexX也是一個(gè)基于連續(xù)構(gòu)建算法的對(duì)接程序。第20頁(yè)/共70頁(yè)21（3）遺傳算法遺傳算法開(kāi)始應(yīng)用到分子對(duì)接技術(shù)中：第一步，找出一個(gè)稱為染色體的線性表示符，描述構(gòu)型的所有自由度，找到這個(gè)染色體描述符是算法中最困難的一步。第二步，確定一個(gè)一個(gè)類似如打分函數(shù)的目標(biāo)函數(shù)。著名的GOLD，Autodock軟件包括了這種算法。第21頁(yè)/共70頁(yè)22（4）基于分子模擬的方法模擬退火的方法，Autodock程序包含了這種方法分子動(dòng)力學(xué)的方法

MonteCarlo模擬分子動(dòng)力學(xué)模擬

第22頁(yè)/共70頁(yè)23評(píng)價(jià)：打分函數(shù)

每一個(gè)對(duì)接的算法都會(huì)采用平衡了時(shí)效和精確度的簡(jiǎn)單自由能預(yù)測(cè)方法，現(xiàn)在的打分函數(shù)主要包括三種：基于分子力場(chǎng)的方法、基于經(jīng)驗(yàn)的回歸參數(shù)的方法、基于知識(shí)的打分函數(shù)。第23頁(yè)/共70頁(yè)24（1）基于力場(chǎng)的方法

只考慮熱焓對(duì)能量的貢獻(xiàn)，不考慮熵的影響，一般情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)力場(chǎng)的非鍵作用能如真空靜電和范德華作用能作為打分函數(shù)，如DOCK程序中采用AMBER的能量函數(shù)：第24頁(yè)/共70頁(yè)25（2）基于經(jīng)驗(yàn)的打分函數(shù)

基于經(jīng)驗(yàn)的打分函數(shù)用多元回歸的方法擬合各種物理參數(shù)對(duì)結(jié)合自由能的貢獻(xiàn)，如FlexX程序中采用這種函數(shù)。所采用的方程包括，配體旋轉(zhuǎn)鍵的個(gè)數(shù)、氫鍵、離子鍵、疏水和芳香環(huán)的堆積作用以及親水作用。這種方法能快速直接地估算結(jié)合自由能。

第25頁(yè)/共70頁(yè)26（3）基于知識(shí)的打分函數(shù)

采用統(tǒng)計(jì)的方法，通過(guò)考察原子與原子之間相互接觸的頻率或距離來(lái)推測(cè)基團(tuán)相互作用的有利或者不利。最初應(yīng)用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，在對(duì)接中，打分函數(shù)用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法得到蛋白質(zhì)－配體的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，用分子間距離的平均能的加和為函數(shù)來(lái)計(jì)算結(jié)合自由能。

基于知識(shí)的打分函數(shù)是一種比較有前途的方法。第26頁(yè)/共70頁(yè)27對(duì)接軟件

文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)的或者沒(méi)報(bào)道過(guò)的分子對(duì)接軟件有很多，很多最初都是由實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，免費(fèi)發(fā)布。當(dāng)軟件很完善，沒(méi)有什么缺陷時(shí)，可能會(huì)被專門(mén)的商業(yè)軟件公司購(gòu)買(mǎi)，就變成了某個(gè)大型軟件包中的模塊。

其實(shí)不止分子對(duì)接軟件，其他還有藥效團(tuán)軟件、定量構(gòu)效關(guān)系軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)篩選軟件等，都是這樣的發(fā)展歷程。不過(guò)，其中還是有一些實(shí)驗(yàn)室，在商品化大潮的影響下屹立不倒，依舊免費(fèi)給我們提供免費(fèi)的強(qiáng)大的軟件，甚至是源代碼（sourcecode）。第27頁(yè)/共70頁(yè)281、AutoDock

據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示，autodock是引用文獻(xiàn)最多的軟件（Sousa,Fernandes&Ramos(2006)Protein-LigandDocking:CurrentStatusandFutureChallengesProteins,65:15-26）。

AutoDock向外提供源代碼，只要下載協(xié)議單（licenseagreement），簽名后傳真發(fā)回，就可以獲得下載鏈接和帳號(hào)信息。目前最新版本是4.2，速度很。單個(gè)CPU一天可以做40,000個(gè)剛性對(duì)接?？梢钥紤]蛋白質(zhì)側(cè)鏈的柔性。

官方主頁(yè)：/第28頁(yè)/共70頁(yè)2、DOCK。DOCK也是以源代碼發(fā)布，對(duì)學(xué)術(shù)用戶免費(fèi)?？梢韵蚬俜桨l(fā)郵件申請(qǐng)，他們會(huì)返回一個(gè)下載鏈接和帳號(hào)，可以使用5次。

官方主頁(yè)：/

3、3D-DOCK。

免費(fèi)以源代碼發(fā)布，分為三個(gè)部分：FTDock,RPScore，MultiDock。

官方主頁(yè)：http://www.bmm.icnet.uk/docking/

29第29頁(yè)/共70頁(yè)4、FRED

是Openeye軟件包中的一個(gè)模塊。Openeye軟件包對(duì)學(xué)術(shù)用戶免費(fèi)1年，普通用戶可以申請(qǐng)2個(gè)月的試用期。只要在線申請(qǐng)就可以，不需要下載申請(qǐng)表打印簽字發(fā)傳真。不過(guò)FRED速度超快，在各種平臺(tái)都可運(yùn)行。Openeye軟件包中除了分子對(duì)接軟件，還有數(shù)據(jù)庫(kù)篩選軟件，分子格式轉(zhuǎn)化軟件（Babel），圖形可視化軟件（Vida），溶劑化工具等。

申請(qǐng)?jiān)囉冒妫?forms/eval_request.php

官方主頁(yè)：

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5、Surflex，Surflex對(duì)學(xué)術(shù)用戶免費(fèi)，最初國(guó)內(nèi)的同行都說(shuō)這個(gè)軟件最難申請(qǐng)，沒(méi)有申請(qǐng)成功的。

30第30頁(yè)/共70頁(yè)6、FlexX是另一個(gè)運(yùn)算速度超快的分子對(duì)接軟件，收費(fèi)。不過(guò)可以申請(qǐng)6周的試用版，速度很快。有獨(dú)立運(yùn)行版本，也有Sybyl軟件包(TriposCo.Ltd.)中的一個(gè)模塊。

官方主頁(yè)：www.biosolveit.de/FlexX/

7、Glide。收費(fèi)軟件，是Maestro軟件包中的一個(gè)模塊。運(yùn)算速度也很快。8、GOLD。收費(fèi)軟件，精度很好。以前可以申請(qǐng)2個(gè)月的試用版。9、ICM。ICM-pro是很大型的軟件包，收費(fèi)，功能很強(qiáng)大，據(jù)說(shuō)精度也很高。不過(guò)ICM-Browser是免費(fèi)的，可以下載。下載鏈接/icm_browser.html

官方主頁(yè)：/index.html

31第31頁(yè)/共70頁(yè)10、MVD。是最新出的軟件，據(jù)官方數(shù)據(jù)表明是對(duì)接精度最好的軟件，甚至要超過(guò)了Glide、Surflex、FlexX等軟件。提供一個(gè)月的試用期。不過(guò)運(yùn)行速度很慢，按默認(rèn)設(shè)置，對(duì)接一個(gè)分子需要10分鐘。

從這里申請(qǐng)下載（在線申請(qǐng)，不需要下載表格打印簽名發(fā)傳真）：

/mvd-trial.php

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/32第32頁(yè)/共70頁(yè)33名稱 構(gòu)象搜索方法 結(jié)合評(píng)價(jià)方法速度FlexX(Sybyl) 片段生長(zhǎng)法 半經(jīng)驗(yàn)自由能 快 LigandFit(Cerius2) 蒙地卡羅模擬半經(jīng)驗(yàn)自由能 快 Glide(薛定諤軟件) 系統(tǒng)搜索 半經(jīng)驗(yàn)自由能 一般 Gold 遺傳算法 半經(jīng)驗(yàn)自由能 快 Affinity（InsightII)蒙地卡羅/MM/MD分子力場(chǎng) 慢 AutoDock 遺傳算法 半經(jīng)驗(yàn)自由能 一般

Dock 片段生長(zhǎng)法 分子力場(chǎng) 快 ICM-Dock 隨機(jī)全局優(yōu)化半經(jīng)驗(yàn)自由能 快Fred(openeye) 系統(tǒng)搜索 半經(jīng)驗(yàn)自由能 快 第33頁(yè)/共70頁(yè)34對(duì)接方法的應(yīng)用估算配體和受體之間的結(jié)合能力虛擬篩選先導(dǎo)化合物的優(yōu)化組合庫(kù)設(shè)計(jì)全新藥物設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)蛋白配體復(fù)合物理解配體和受體的結(jié)合模式第34頁(yè)/共70頁(yè)35分子對(duì)接計(jì)算的注意點(diǎn)小分子問(wèn)題

起始構(gòu)象對(duì)對(duì)接結(jié)果有一定影響對(duì)接時(shí)應(yīng)以代謝物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)分子進(jìn)行加電荷和加氫處理蛋白質(zhì)問(wèn)題

如何選擇合理的蛋白質(zhì)活性位點(diǎn)對(duì)接問(wèn)題搜索結(jié)合模式的正確性、對(duì)接的效率、評(píng)分的正確性采用多個(gè)軟件進(jìn)行評(píng)價(jià)，減少結(jié)合模式搜索誤差定量指標(biāo)，需要結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)進(jìn)一步評(píng)價(jià)第35頁(yè)/共70頁(yè)分子對(duì)接用于虛擬篩選的具體流程第36頁(yè)/共70頁(yè)第一步，受體模型的建立：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備是虛擬篩選的重要一步。虛擬篩選的蛋白靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)可以從PDB庫(kù)中直接下載使用：/pdb/index.html也可以通過(guò)和家族中同源蛋白的序列、結(jié)構(gòu)信息比較，同源模建而得。1）大分子結(jié)構(gòu)獲取虛擬篩選的實(shí)現(xiàn)步驟第37頁(yè)/共70頁(yè)2）接著是結(jié)合位點(diǎn)的描述，選擇合適的配體結(jié)合口袋對(duì)分子對(duì)接至關(guān)重要一種是直接從配體－受體復(fù)合物結(jié)構(gòu)中抽出；選擇口袋有兩種方式：如果沒(méi)有復(fù)合物結(jié)構(gòu)，則需要根據(jù)生物功能如結(jié)合、突變等實(shí)驗(yàn)信息來(lái)手動(dòng)選擇結(jié)合部位。第38頁(yè)/共70頁(yè)第二步，建立小分子數(shù)據(jù)庫(kù)二維結(jié)構(gòu)用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換程序如CORINA、CONCORD實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。建好的三維結(jié)構(gòu)加氫加電荷后，便可以用于對(duì)接程序。第39頁(yè)/共70頁(yè)第三步，對(duì)接和打分，這一步是虛擬篩選的核心步驟。對(duì)接操作就是把每個(gè)小分子放到受體蛋白的配體結(jié)合位點(diǎn)，優(yōu)化配體構(gòu)像和位置，使之與受體有最佳的結(jié)合作用，給最佳結(jié)合構(gòu)象打分，對(duì)所有化合物根據(jù)打分排序，然后從化合物庫(kù)中挑出打分最高的小分子。第40頁(yè)/共70頁(yè)第四步命中化合物的后處理通過(guò)計(jì)算分子的類藥性質(zhì)ADME/T(吸收absorption、器官分布distribution、體內(nèi)代謝metabolism、排泄excretion和毒性toxicity)性質(zhì)的估算，排除那些不具有類藥性質(zhì)的分子?？梢岳靡恍┙?jīng)驗(yàn)規(guī)則如“五規(guī)則”等，快速排除那些不適合進(jìn)一步藥物開(kāi)發(fā)的分子。第41頁(yè)/共70頁(yè)通過(guò)以上四步處理，大部分分子從化合物庫(kù)中剔除，形成一個(gè)合理大小的化合物庫(kù)，僅對(duì)這些適合成藥的化合物或購(gòu)買(mǎi)、或合成、或分離得到，然后再進(jìn)行實(shí)際的生物測(cè)試。第42頁(yè)/共70頁(yè)43（一）配體對(duì)CDK2，CDK4激酶選擇性的研究細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶（cyclin-dependentkinases,CDKs）是一類Ser/Thr蛋白激酶，直接參與調(diào)控細(xì)胞分裂周期，顧名思義，CDK只在周期蛋白Cyclin活化下才能工作.現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了13種CDK蛋白激酶和25種周期蛋白Cyclin，但它們具體的生物功能還不十分明了。其中CDK2、CDK5、CDK6已經(jīng)解析出晶體結(jié)構(gòu)，但CDKs的一級(jí)序列存在高的同源性，它們之間一級(jí)序列的高同源性暗示了三維結(jié)構(gòu)的相似性。CDK1、CDK2、CDK4、CDK6是基于CDKs結(jié)構(gòu)化學(xué)治療癌癥的主要靶標(biāo)。至今為止，文獻(xiàn)報(bào)告的CDKs抑制劑有多種。第43頁(yè)/共70頁(yè)44NU6102(6-cyclohexylmethyl-2-(4’-sulfamoylanilino)purine)是第一個(gè)基于活化狀態(tài)的CDK2-cyclinA復(fù)合物結(jié)構(gòu)的高效的小分子抑制劑。實(shí)驗(yàn)表明NU6102對(duì)CDK2和CDK4有著不同的選擇活性，對(duì)CDK2有一個(gè)較高的親和力Ki=6nM，但是對(duì)CDK4的親和力比較低Ki=1600nM，為了解釋這種選擇性差異的起源。

小分子NU6102的結(jié)構(gòu)

CDK2－NU6102的作用模式圖

第44頁(yè)/共70頁(yè)45解決思路：采用同源模建、分子對(duì)接、分子動(dòng)力學(xué)模擬和自由能計(jì)算來(lái)闡明配體和激酶的作用機(jī)理。

由于CDK4的三維結(jié)構(gòu)還沒(méi)有解析出來(lái)，所以我們通過(guò)序列聯(lián)配、同源模建的方法得到CDK4的結(jié)構(gòu)，在通過(guò)分子對(duì)接的方法得到NU6102－CDK4的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。第45頁(yè)/共70頁(yè)46CDK2和CDK4的序列聯(lián)配，序列同源性45.6%

第46頁(yè)/共70頁(yè)47通過(guò)分子對(duì)接得到CDK4－NU6102的作用模式

通過(guò)CDK4－NU6102復(fù)合物和CDK2－NU6102復(fù)合物結(jié)構(gòu)對(duì)比，可以很清楚地看到造成NU6102親和力差別的主要原因是在CDK2－NU6102復(fù)合物中，Asp86位起了一個(gè)很重要的識(shí)別作用，它與配體的磺胺基形成了兩個(gè)穩(wěn)定的氫鍵，并且通過(guò)能量分解的方法也可以得到導(dǎo)致配體活性差異主要識(shí)別基團(tuán)在磺胺基

第47頁(yè)/共70頁(yè)48第五節(jié)基于受體的藥物設(shè)計(jì)方法之二

--全新藥物設(shè)計(jì)全新藥物設(shè)計(jì)（denovodrugdesign）就是根據(jù)靶標(biāo)分子結(jié)合位點(diǎn)的幾何特征和化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)出與其相匹配的具有全新結(jié)構(gòu)的化合物。第48頁(yè)/共70頁(yè)49確定活性部位結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生匹配的配體分子預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)化合物的活性候選化學(xué)物的合成和活性測(cè)試全新藥物設(shè)計(jì)的一般過(guò)程

第49頁(yè)/共70頁(yè)50具體步驟：（一）確定活性位點(diǎn)

根據(jù)靶標(biāo)的三維結(jié)構(gòu)以及受體－配體的作用特征，合理定義受體活性結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特征，如疏水場(chǎng)分布、氫鍵作用位點(diǎn)、靜電場(chǎng)分布、立體結(jié)構(gòu)等特征，這些特征除了從受體的結(jié)構(gòu)或生化實(shí)驗(yàn)中得到外，也可以用一些計(jì)算的方法得到如COMFA模型、藥效團(tuán)模型、分子對(duì)接模型等等。如果只知道靶點(diǎn)的三維結(jié)構(gòu)，而不知道配體與靶點(diǎn)作用的結(jié)合位點(diǎn)，可根據(jù)靶點(diǎn)蛋白的互補(bǔ)與小分子配體的互補(bǔ)原則確定結(jié)合位點(diǎn)。常用的是活性位點(diǎn)分析法（activesiteanalysis,ASA）。第50頁(yè)/共70頁(yè)51活性位點(diǎn)分析法（activesiteanalysis,ASA）

ASA方法主要預(yù)測(cè)與生物大分子有較好結(jié)合的原子或基團(tuán)，用來(lái)分析的探針?lè)肿涌赡苁且恍┖?jiǎn)單的分子或碎片，例如水或苯環(huán)，結(jié)果可找到這些分子或碎片在活性部位中的可能結(jié)合位置。這一方法在全新藥物設(shè)計(jì)方法中十分重要，并且是一個(gè)成功的全新藥物設(shè)計(jì)的重要組成部分。第51頁(yè)/共70頁(yè)52如圖顯示了怎樣將一些典型分子碎片放置在受體活性部位中的合適位置上。OH

=O疏水區(qū)氫鍵給體區(qū)第52頁(yè)/共70頁(yè)53評(píng)價(jià)選擇的碎片和靶標(biāo)蛋白活性位點(diǎn)結(jié)合好壞的方法有好幾種：

基于能量計(jì)算的方法，用分子力場(chǎng)的方法，計(jì)算碎片與受體大分子的作用能，這種方法計(jì)算量大，計(jì)算依賴于力場(chǎng)參數(shù)，并且在能量計(jì)算中，溶劑的作用十分重要?，F(xiàn)在發(fā)展了一些經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法來(lái)克服這些缺點(diǎn)，這些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)是建立在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，雖然其物理意義不是十分明確，但比較實(shí)用，并且計(jì)算速度比能量計(jì)算方法快。第53頁(yè)/共70頁(yè)54基于ASA方法有關(guān)的軟件：Grid

Grid，是Goodford等發(fā)展的評(píng)價(jià)小的有機(jī)分子片段和受體相互作用的方法。其基本的原理將受體生物大分子的活性部位劃分為有規(guī)則的網(wǎng)格點(diǎn)，將探針?lè)肿臃胖迷谶@些網(wǎng)格點(diǎn)上，用分子力場(chǎng)的方法計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)上各種探針?lè)肿优c受體活性位點(diǎn)原子的相互作用能，得出一系列能量值，負(fù)的能量值代表探針與蛋白分子間的作用區(qū)域。根據(jù)探針的不同，可確定作用屬于哪一類型。第54頁(yè)/共70頁(yè)55ASA方法能獲得不同碎片與受體結(jié)合的最佳位置，并且通過(guò)能量評(píng)價(jià)可以發(fā)現(xiàn)不同碎片與受體結(jié)合的取向，為以后的配體分子的產(chǎn)生打下了基礎(chǔ)，再者運(yùn)用不同的碎片作為探針，大大擴(kuò)大了分子設(shè)計(jì)的范圍，可以提供多個(gè)候選分子參考合成。優(yōu)點(diǎn)：第55頁(yè)/共70頁(yè)56（二）產(chǎn)生合適的配體分子

根據(jù)活性位點(diǎn)的特征，產(chǎn)生相應(yīng)的相匹配的配體小分子片段，用連接基團(tuán)將小分子片段連接成完整的分子。

第56頁(yè)/共70頁(yè)直接藥物設(shè)計(jì)全新藥物設(shè)計(jì)模板定位法原子生長(zhǎng)法分子碎片法動(dòng)力學(xué)算法基于靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)搜尋對(duì)接第57頁(yè)/共70頁(yè)（1）自動(dòng)模板定位法

Automatedmoleculartemplate-directeddrugdesign模板定位法是指在受體活性部位用模板構(gòu)建出一個(gè)形狀互補(bǔ)的圖形骨架，然后再根據(jù)其他性質(zhì)如靜電、疏水和氫鍵性質(zhì)，把骨架圖形轉(zhuǎn)化為一個(gè)具體分子。第58頁(yè)/共70頁(yè)a.建立模版庫(kù)

模板庫(kù)為三維圖形，其頂點(diǎn)表示原子，邊表示鍵。模板可分為環(huán)狀模板和非環(huán)狀模板。

b.放置一個(gè)模版

首先選擇一個(gè)合適形狀的模板，將模板的頂點(diǎn)置于靶點(diǎn)中心，模板圍繞頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)而選擇合適位置。

c.模版連接

在初始模板的基礎(chǔ)上，加入新的模板來(lái)構(gòu)建骨架，骨架朝剩余靶點(diǎn)的位置生長(zhǎng)。得到滿足所有立體條件的空間骨架，裁去與靶點(diǎn)發(fā)生碰撞的部分，d.新化合物生成

用適當(dāng)?shù)脑雍突瘜W(xué)鍵取代模板中的頂點(diǎn)和邊，以產(chǎn)生所需要的靜電、疏水和氫鍵相互作用。自動(dòng)模板法步驟第59頁(yè)/共70頁(yè)60第60頁(yè)/共70頁(yè)（2）原子生長(zhǎng)法（atombuild）原子生長(zhǎng)法是指在受體活性部位根據(jù)靜電、疏水和氫鍵相互作用，逐個(gè)添加原子，最終生長(zhǎng)出與受體活性部位性質(zhì)、形狀互補(bǔ)的分子。其初始結(jié)構(gòu)可以是一個(gè)種子原子（受體上容易形成氫鍵的原子），也可以是一個(gè)初始基團(tuán)。生長(zhǎng)方式可以是隨機(jī)生長(zhǎng)和系統(tǒng)生長(zhǎng)。

隨機(jī)生長(zhǎng)可根據(jù)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象進(jìn)行取樣，提高效率。系統(tǒng)生長(zhǎng)則能產(chǎn)生所有可能的結(jié)構(gòu)，但因此產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)，難以后期處理。61第61頁(yè)/共70頁(yè)62（3）碎片連接法（linked-fragmentapproach）

碎片連接法就是將與受體活性位點(diǎn)有較好作用的基團(tuán)用連接基團(tuán)連接起來(lái)，這一基本思想就是組成整個(gè)分子的各部分，它們本身能與受體有很好的結(jié)合，對(duì)整個(gè)分子與受體的結(jié)合都有貢獻(xiàn)。首先要有儲(chǔ)存各種碎片的碎片庫(kù)和各種連接子的連接子庫(kù)。第62頁(yè)/共70頁(yè)63這種方法可以很快地把位于活性口袋中的候選片段進(jìn)行連接得到完整的配體分子，碎片與受體活性部位的結(jié)合方式可以用多種方法得到，碎片間的連接方式也有多種，同時(shí)也可以設(shè)計(jì)柔性骨架，考慮碎片和骨架的柔性。但設(shè)計(jì)的分子可能比較復(fù)雜，難以合成。代表軟件有HOOK，CAVEAT，SPLICE等。第63頁(yè)/共70頁(yè)64（4）碎片生長(zhǎng)法(fragmentbuild)

逐步生長(zhǎng)法以一個(gè)片段為起點(diǎn)，逐步生長(zhǎng)得到一個(gè)完整的配體分子的方法。

如果以不同的