文档介绍：生物信息学在药物设计中的应用
摘要:生物信息学作为一门综合计算机科学、信息技术和数学理论开发新的算法和统计方法的学科,对生物实验数据进行分析从而确定数据中所隐含的生物学意义,并开发新的数据分析工具以实现对各种信息的获取和管理的交叉学科。本文主要阐明了生物信息学在基因疾病的诊断、蛋白质结构预测、基于结构的药物设计、药物合成和制药工业中都起着极其重要的作用。生物信息学的应用大大加快了药物的开发进程。

生物信息学的对象是生物信息, 这些信息的实体就是目前己经发展的各种生物学数据库, 网络的不同结点上。从网络上收集整理得到了一些主要数据库的网络地址, 这些库有许多是原始的数据库, 如 EMBL, GenBank,SWIS-SPROT, PDB等, 有些是从其它库衍生出来的数据库, 比如 SCOP, CATH,FSSP, HSSP, BLOCKS, PRINT 等。这些生物学数据库都可以单独查询, 为用户提供核苷酸序列信息, 蛋白质序列, 蛋白质结构, 药物分子结构等信息。在实际应用时, 往往需要把这些库联合使用。不同数据库数据模型和所采用的数据库管理系统不同, 这就为数据库的集成增加了困难。解决这个问题的一种较好的方法是在某台服务器上建立这些单个数据库的镜像库, 首先在物理上把它们集成在一起, 然后把库与库之间的相关信息用超文本连接起来, 再开发一个集成的信息服务系统, 为用户提供更为方便、实用的查询服务。
2. 基因疾病的诊断
正常的基因突变后, 往往会导致许多疾病的产生。若能从基因的角度理解许多病理现象, 对于我们开发研究新药无疑具有重要的意义。通过分子生物学的实验技术, 许多基因的序列和功能已被阐明。通过比较序列库中的序列同源性, 可以得到序列之间的进化关系, 建立基因序列结构和功能的关系。正常基因和病变基因的序列差异比较, 为许多疾病的基因疗法提供了有价值的指导信息。一旦确定了导致病变的基因后, 我们就有可能结合有关蛋白质-蛋白质相互作用、酶催化动力学、以及配基与受体的相互作用等实验数据和理论方法, 建立和模拟在正常和病理状态下, 基因转录产物在体内的代谢过程和在不同环节的作用模型。通过示踪模拟,可以帮助我们确定药物作用的最佳环节和作用对象, 为药物分子的设计提供一些线索。由此看出, 生物信息学在确定药物作用靶标的过程中起着很重要的作用。

对蛋白质序列库和结构库的统计分析表明, 不同的氨基酸局部序列形成特定的二级结构的倾向性是不同的。据此, 人们发展了许多预测蛋白质二级结构的理论方法,同样, 蛋白质的三维结构也与其序列有紧密的关系。如果两个蛋白由同一种蛋白质分化而来, 它们之间就具有相似或相近的空间结构和功能, 序列同源性也比较高。因此, 若知道某一结构未知的蛋白序列, 我们就可以通过序列比较, 从结构库中搜索出与之序列同源性很高的其它蛋白的三维结构, 并根据这些结构用同源蛋白模建的方法预测其三维结构。
目前,很多大分子衍生数据库不断涌现。由于这些衍生库对原始的数据进行更专业化的分类和整理, 特别便于用户的查询, 我们以SCOP 数据库为例作一介绍。SCOP 是一个结构分类数据库, 它按照蛋白质之间结构相似性, 按类、折叠家族、超家族、家族等层次来组织蛋白质结构数据。当用户输入