结构分子生物学的关键技术之分子对接技术

分子生物学可在分子水平上研究生命现象和生命本质的科学,一些分子生物学服务机构提供的的分子生物学技术是生命科学研究中较为先进和前沿的技术。分子对接是结构分子生物学中的关键技术,近年来在计算机辅助药物设计中发挥着越来越重要的作用。分子对接技术是一种基于计算机的分析,可应用数学、生物和计算机模型来预测小分子对特定受体亲和力。

分子对接技术可以根据化学结构预测新化学实体(NCEs)或药物的结合亲和力。在创新药物研究领域,将计算机技术,优化方法与药物设计三者融合而成的计算机辅助药物设计技术发挥着重要的作用。药物分子对接方法研究是计算机辅助药物分子设计的重要环节和步骤。

分子对接是指通过计算机模拟将小分子(配体)放置于大分子靶点(受体)的结合位点,根据空间构象和相互作用在结合位点内不断定位并寻找最佳匹配状态。新药的发现常常需要耗费大量的人力和物力,是一个极具挑战的过程。分子对接常用于药物筛选,研究发现结构不同的靶点和配体的对接能是不同的。这是因为,靶点的结构不同,改变了多种影响对接过程的因素,从而导致对接结果发生改变。研究显示,虽然靶点结构不同,靶点与各配体之间对接能的大小顺序相同。

随着科学技术的发展,越来越多的蛋白质晶体结构得到解析,给利用用分子对接技术进行化合物筛选提供了大量靶点。通过分子对接技术进行模拟分析可以得出候选化合物与蛋白的对接结果及其功能区域的相互作用关系,从而预测药物的作用靶点,为探索化合物的作用机制奠定了基础,也为以该先导化合物开发新型药物提供了理论基础。

计算机辅助药物设计技术以其经济、快速、高效的优势在药物研发中的作用越来越大。美迪西的结构生物实验室配备有分子克隆室及基于蛋白质晶体学的药物发现与筛选平台,支持基于结构基础的药物开发,从新靶点的确认到最终的结构确认。美迪西结构生物学平台是中国较早建立的结构生物平台之一,已被上海市政府认定为重要新药研发平台。

分子对接作为计算机辅助药物设计的关键技术,已经药物研发中的一种重要的方法。分子对接技术主要有以下3类:

(1)刚性对接:

靶点分子和配体分子在对接过程中构象不变,只有分子的空间位置和姿态发生变化。该方法计算简略,计算速度快,适合于机构比较大的大分子之间的对接计算,计算结果不够精确。

(2)半柔性对接:

半柔性对接是药物筛选过程中常用的一种方法,在对接过程中,靶点分子构象不变,配体分子构象在一定范围内发生变化。该方法适合于大分子和小分子化合物之间的对接计算。其计算量较小,速度较快。

(3)柔性对接

靶点分子和配体分子在对接时构象均可发生变化。该对接方法计算量大,计算精确,速度慢,适合于精确研究分子间的识别情况。有报道称将配体和受体视为柔性结构得到的对接结果更为准确。

总之在药物研发领域,分子对接技术应用广泛。一方面,分子对接技术可以预测蛋白与蛋白之间的结合方式,探索两个蛋白结合的三维结构。另一方面,分子对接还可以用于对大型化合物的虚拟筛选,通过对对接结果进行排序,可以筛选出具有最优亲和力的小分子化合物,并且还可以提出配体如何抑制目的蛋白的假设,这对于化合物的优化非常有价值。