Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Теоретическая и вычислительная химия ↓


Компьютерное проектирование лекарств


Компьютерное проектирование лекарств — это важный компонент теоретической и вычислительной химии, который занимается созданием и оптимизацией новых фармацевтических соединений с использованием компьютерных технологий. Этот инновационный подход объединяет принципы химии, биологии и информатики для ускорения процесса разработки лекарств, значительно снижая как временные, так и финансовые затраты по сравнению с традиционными экспериментальными методами. Давайте рассмотрим эту увлекательную область более подробно, следуя структурированному объяснению.

Введение в проектирование лекарств

Прежде чем углубляться в компьютерное проектирование лекарств, важно понять, что такое проектирование лекарств. Проектирование лекарств включает в себя обнаружение новых потенциальных препаратов на основе знаний о биологических мишенях, обычно белках, участвующих в патогенезе заболеваний.

Мишень (Белок) ➜ Путь заболевания ➜ Проектирование лекарств

Кратко говоря, цель проектирования лекарств заключается в выявлении малых молекул или биопрепаратов, способных модулировать активность белковой мишени, тем самым нарушая процесс заболевания.

Роль вычислительных методов

Традиционно проектирование лекарств в значительной степени основывалось на методе проб и ошибок в лабораторных экспериментах. Однако с развитием вычислительных методов исследователи могут моделировать и предсказывать поведение молекул, значительно ускоряя процесс идентификации потенциальных кандидатов на лекарственные средства.

Ключевые методы в компьютерном проектировании лекарств

1. Молекулярный докинг

Молекулярный докинг — это метод, который моделирует взаимодействие между малой молекулой (лигандом) и целевым белком. Он предсказывает предпочтительную ориентацию лиганда при связывании с белком, что позволяет исследователям оценить сродство и специфичность связывания.

Поверхность белка Лиганд

На рисунке выше показан лиганд (красного цвета), пристыковывающийся к поверхности белка.

2. Количественная структура-активность (QSAR)

QSAR — это метод, использующий статистические модели для предсказания активности новых химических соединений на основе их химической структуры. Он основан на идее, что подобные структуры имеют подобную активность.

Химическая структура ➜ QSAR модель ➜ Предсказание активности

3. Молекулярная динамика (MD) симуляции

MD симуляции применяются для изучения физических движений атомов и молекул во времени. Этот метод предоставляет информацию о гибкости и конформационных изменениях как белка, так и лиганда, что важно для понимания взаимодействий при связывании.

Траектория

Синяя линия показывает возможные траектории молекулы во времени в процессе симуляции.

4. Фармакофорное моделирование

Фармакофоры представляют собой основные характеристики молекулы, необходимые для фармакологической активности. Этот метод позволяет выявить общие закономерности и характеристики в активных соединениях, помогая разрабатывать новые молекулы, сохраняющие ключевые свойства.

Активное соединение ➜ Общие характеристики ➜ Фармакофорная модель

Процесс компьютерного проектирования лекарств

Процесс компьютерного проектирования лекарств обычно включает несколько основных этапов:

Шаг 1: Определение мишени

Первый шаг включает определение биологической мишени, которая обычно ассоциируется с заболеванием. Этот этап требует глубокого понимания биологии и механизма заболевания.

Шаг 2: Выбор структуры

После выбора мишени исследователи собирают информацию о ее структуре. Для получения структуры белка обычно применяются высоко разрешающие методы такие как рентгеновская кристаллография или ЯМР.

Шаг 3: Виртуальный скрининг

На этапе виртуального скрининга большая библиотека соединений проверяется на предмет связывания с целевым белком во избежание потенциальных лигандов. Для оценки взаимодействий при связывании применяются методы компьютерного докинга и другие.

Шаг 4: Оптимизация гид-лигов

Выявленные на этапе виртуального скрининга гид-лиганы проходят оптимизацию для улучшения их сродства к связыванию, специфичности и фармакокинетических характеристик.

Гид-лиганы ➜ Оптимизация ➜ Улучшенные кандидаты на лекарственные средства

Шаг 5: Предсказание ADMET

ADMET расшифровывается как абсорбция, распределение, метаболизм, выведение и токсичность. Это важные свойства для оценки пригодности соединения в качестве лекарства, которые можно предсказать с помощью вычислительных моделей.

Кейс-исследование: Проектирование лекарства, ингибирующего протеазу ВИЧ

Для иллюстрации процесса компьютерного проектирования лекарств рассмотрим разработку препарата, ингибирующего фермент протеазы ВИЧ, который необходим для репликации вируса.

1. Определение протеазы ВИЧ в качестве мишени

Фермент протеазы ВИЧ был идентифицирован в качестве мишени, поскольку он играет важную роль в обработке белков вируса, необходимых для созревания вируса.

2. Определение структуры протеазы ВИЧ

Трехмерная структура протеазы ВИЧ определяется с использованием методов структурной биологии, предоставляя основу для разработки лекарств.

3. Виртуальный скрининг в библиотеке соединений

Проводится виртуальный скрининг с использованием молекулярного докинга для выявления соединений, которые могут связываться и ингибировать фермент протеазы ВИЧ.

4. Оптимизация гид-лигов

Гид-лиганы, полученные из виртуального скрининга, проходят оптимизацию, где их структуры модифицируются для улучшения эффективности и фармакокинетических свойств.

5. Оценка ADMET

Проводится предсказание ADMET для оценки пригодности оптимизированных соединений в качестве лекарств, что направляет дальнейшие модификации или отборы.

Преимущества компьютерного проектирования лекарств

Компьютерное проектирование лекарств предлагает несколько преимуществ:

  • Экономически эффективно: Оно снижает стоимость разработки лекарств, быстро исключая неудачные кандидаты.
  • Экономия времени: Ускоряет процесс обнаружения, быстро проверяя большие библиотеки соединений.
  • Большая точность: Обеспечивает детальное понимание молекулярных взаимодействий, повышая селективность и специфичность.

Проблемы в компьютерном проектировании лекарств

Несмотря на преимущества, компьютерное проектирование лекарств сталкивается с проблемами, которые необходимо решать:

  • Ограничения моделей: Вычислительные модели могут не всегда точно предсказывать биологическую активность из-за упрощений.
  • Качество данных: Надежные структурные и биологические данные необходимы для точных предсказаний.
  • Вычислительные ресурсы: Симуляции и крупномасштабные скрининги часто требуют высокой вычислительной мощности.

Будущие направления

Будущее компьютерного проектирования лекарств обещающее, с развитием машинного обучения, облачных вычислений и квантовых вычислений, которые призваны революционизировать эту область. Интеграция с аналитикой больших данных и искусственным интеллектом, как ожидается, увеличит точность и скорость процессов разработки лекарств.

В итоге, компьютерное проектирование лекарств является краеугольным камнем современной теоретической и вычислительной химии. Оно служит мостом между биологическими знаниями и химическими инновациями, помогая исследователям разрабатывать новые методы лечения эффективно и результативно. С развитием технологий наши возможности разрабатывать жизненно важные лекарства, направленные на решение целого ряда проблем со здоровьем по всему миру, также будут расти.


Докторант → 5.3


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (5.2)
Методы квантовой химии
Следующий (5.4) →
Машинное обучение в химии

Комментарии 



Компьютерное проектирование лекарств

https://www.chemistryelite.com/phd/5.3?ceal=ru