开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
一、研究背景:
药物的相互作用主要发生于药物在人体内的吸收、分布、代谢和排泄等过程,其中代谢性相互作用尤为重要,约占40%。细胞色素P450(CYP450)酶系是重要的药物I相代谢酶,由一群基因超家族编码的酶蛋白组成,主要分布于内质网和线粒体内膜上,参与催化包括药物、环境化合物在内多种外源性物质的氧化和还原代谢。目前已知75%以上的药物分子需要通过CYP450酶系进行体内代谢。这类酶存在单核苷酸多态性,对同一药物作用于不同人群存在代谢差异,药物的药效、不良反应和毒性作用很大程度上取决于参与该药物代谢的CYP450酶亚型。因此,研究CYP450介导的代谢反应对药物设计,临床个性化治疗及合理用药具有重要意义。
近年来,随着计算技术的飞速发展,高通量分子对接逐渐成为药物代谢分析的一种重要手段。通过计算机模拟的分子对接运算,不仅可以完成传统实验手段无法实现的研究,节省研究成本,还能够快速准确地在微观尺度上描述药物分子与酶蛋白间的相互作用,从而有效缩短药物的研发周期。
二、研究目的:
为了辅助药物设计,实现个性化治疗,避免药物的不良反应及毒性作用,必须要了解药物代谢酶(CYP450)的结构,活性位点及其所代谢的药物分子结构,进而分析二者之间的相互作用和代谢机制。通过生物信息学技术,建立常用药物小分子库,将已知药物小分子对接到酶蛋白的活性位点中,再经过一定时间的分子动力学模拟优化,得到药物分子与酶蛋白相互作用的模型,根据数据分析并阐述其代谢机制,这些研究结果对药物的设计及开展个性化治疗具有重要指导价值。
三、研究方法:
- 汇总CYP450酶系相关蛋白
在美国国家生物技术信息中心(National Center of Biotechnology Information,NCBI)的Protein库中搜索CYP450在PDB上有蛋白质三级结构的酶蛋白。汇总整理出相应的PDB序列号、名称并下载相应的PDB文件。
- 查找常用药物分子建立小分子库
通过文献查询以及相关书籍阅读,汇总整理出与CYP450酶系相关的常用药物名称。再通过CORINA(https://www.mn-am.com/online_demos/corina_demo)画出其三维结构图,保存为Mol格式。
- 进行计算机模拟的药物小分子对接酶蛋白
构建受体与配体的分子结构并进行优化,采用ZDOCK软件进行基于空间结构的CYP450酶蛋白与药物分子刚性对接,RDOCK等软件进行基于分子片段的柔性对接,再用Amber等软件进行对接结构的分子动力学结合能优化,得到结合能的打分与评价,在原子微观尺度上探索药物小分子与酶蛋白的相互作用。
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