南方医科大学本科专业教学大纲
计算机辅助药物设计
Computer Aided Design of Drug
适用专业：生物信息学专业
执笔人：黄静
审定人：李彬
学院负责人：陈武凡
南方医科大学
二○○六年十二月
课程编码：B030036
一、课程简介
计算机辅助药物设计是一门新兴学科，也是适合培养生物信息专业学生创新思维和独立性的一门专业课程。本课程共72学时，4学分。课程主要介绍了药物作用的基本理论，计算机辅助药物设计的背景与原理、基本概念和方法、数据库系统、理论计算基础等，并结合典型实例重点讲解计算机辅助药物设计的基本传统方法与新方法。本课程的目的是通过教学使学生了解新药研究和开发的程序，熟悉新药（先导化合物）发现途径，掌握药物设计的意义、理论和基本研究方法，了解学科的发展方向，掌握运用计算机进行合理的药物设计的理论和知识。
Computer aided design of drug is a new subject developed in recent years. It is a special course for under-graduated students of bioinformatics. This course has 72 class hours and 4 credit in total. The basic theory of interactions between drugs, the background and basic concept of computer aided design of drug are introduced systematically. And the traditional or new methods for computer aided design of drug are also introduced in details by explaining many examples of drug design. Students trained with the course will know about the process for new drug design, the method for new drug discovery, and learn the knowledge of drug design with computer.
二、教学内容与要求
第一章 药物研究及计算机辅助药物分子设计
【教学内容】
第一节 药物研究的历史和现状
第二节 现代药物研究的特点
1 分子生物学、基因组学、蛋白质组学
2 组合化学
3 高通量筛选
4 与药物研究相关的信息科学和技术
第三节 计算机辅助药物设计概述
【教学要求】
1、 了解现代药物研究的四大技术支柱；
2、 了解计算机辅助药物设计方法的分类；
3、 掌握计算机辅助药物设计的最新发展动态。
第二章 计算化学中的最优化方法
【教学内容】
第一节 最优化问题概述
第二节 数值最优化方法
1 最优化算法基本结构
2 无约束问题最优化算法
第三节 非数值最优化方法
1 模拟退火
2 遗传算法
3 神经网络
【教学要求】
1、 掌握计算化学中优化方法的数学预备知识；
2、 了解计算复杂性；
3、 掌握几种基本的非数值优化方法。
第三章 药物设计基本概念和理论基础
【教学内容】
第一节 构象分析方法
1 小分子构象分析
2 蛋白质结构预测
第二节 分子动力学
1 粒子受力的求算
2 非键相互作用能的处理
3 约束条件动力学
4 恒温和恒压分子动力学
5 分子动力学轨迹分析
第三节 溶剂效应
1 显示溶剂模型
2 连续介质模型
【教学要求】
1、 掌握小分子构象分析中的系统搜索方法、片断连接方法、随机搜索方法、距离几何方法、分子动力学方法，以及基于遗传算法的构想分析方法；
2、 掌握同源建模及Modeler方法；了解蛋白质模建的反相折叠及从头折叠方法；
3、 了解影响粒子受力的各项因素；
4、 掌握非键作用能的截断及FMM等处理方法；
第四章 药物设计基本方法
【教学内容】
第一节 结合自由能计算
1 自由能计算方法简介
2 自由能微扰和热力学积分方法
3 基于主方程的作用能计算方法
4 基于经验方程的作用能计算方法
5 LIE方法
第二节 定量构效关系方法研究
1 二维定量构效关系方法
2 建立定量构效关系模型的统计方法
3 三维定量构效关系
第三节 药效团模型方法
1 药效团模型的表达
2 药效团模型的识别
3 基于药效团模型的数据库搜索
4 药效团识别系统
5 药效团模型方法应用
第四节 分子对接方法
1 分子对接的原理
2 几种代表性分子对接方法
3 分子对接在药物设计中的应用
第五节 虚拟筛选
第六节 从头设计方法
1 方法分类
2 几种代表性的从头设计方法
3 从头设计方法在药物设计中的应用
【教学要求】
1、掌握基于主方程的作用能计算方法、基于经验方程的作用能计算方法，以及 LIE方法
2、掌握QSAR的应用；
3、了解几种药效识别系统的性能及比较；
4、掌握分子对接方法和从头设计方法。
第五章 分子三维结构数据库
【教学内容】
1 三维结构数据库
2 分子结构的拓扑表达和结构转化
3 数据库搜索技术
4 重要的三维结构搜索系统
【教学要求】
1、了解分子结构的拓扑表达及分子三维结构的转化；
2、掌握子结构匹配、相似性搜索等基本的数据库搜索技术。
第六章 计算机辅助药物设计应用实例
【教学内容】
1 HIV蛋白酶抑制剂的设计
2 抗流感病毒药物设计
3 抗寄生虫药物设计
4 als抑制剂研究
5 组织蛋白酶抑制剂设计
6 抗sars病毒药物设计
【教学要求】
通过各药物设计实例强化对药物设计的相关方法的理解。
三、基本实践技能（操作）项目与要求
1、学会使用生物信息数据和软件，会分析药物的生物和化学信息网络资源理论；
2、掌握药物的化学结构以及药物发现的途径与过程；
3、对药物作用的生物化学、细胞和分子生物学基础、药物作用的分子药物学基础、药物的化学结构与生物活性的关系（SAR）、定量构效关系（QSAR）进行深入的理解；
4、掌握药物设计的基本概念和理论基础；
5、学会数据统计分析、三维定量构效关系（3D-QSAR）的求解方法；
6、了解最新的国内外研究成果。
四、教材与教学资源
教材与参考书籍
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叶德泳
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计算机辅助药物设计导论
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科学技术出版社
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2004
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徐筱杰，侯廷军，乔学斌，章威
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计算机辅助药物分子设计
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化学工业出版社
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2004
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HJ Smith Ed: Smith and Williams
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Introduction to the Principles of Drug Design and Action
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1998
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ME Wollf Ed: Burger,s
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Medicinal Chemistry and Drug Discovery
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2003
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五、考核
考核种类：闭卷考试。
考试时间：120分钟
成绩评定：平时成绩（作业,上机报告）占总成绩30%；期终考试占总成绩70%
六、教学时数分配
理论课学时分配
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章节
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理论课内容（中英文对照）
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讲课
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第一章
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药物研究及计算机辅助药物分子设计
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6
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第二章
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计算化学中的最优化方法
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12
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第三章
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药物设计基本概念和理论基础
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12
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第四章
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药物设计基本方法
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16
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第五章
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分子三维结构数据库
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10
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第六章
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计算机辅助药物设计应用实例
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16
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理论总学时数
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72
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七、课程实施要求及相关说明
【教学组织、方法要求】
本课程教学内容充实新颖，知识结构合理，能够反映出本学科领域最新的科研成果。
教学过程中以学生为主体，以教师为主导，以“基于问题教学为主”。在讲授药物设计的基本理论后，结合各种药物设计的应用实例帮助学生更深入的了解和掌握计算机辅助药物设计的基本理论和方法。
【学习方法要求】
学生要学好这门课程需要掌握数学、化学、生命科学和计算机等基础课程。在学习过程中，学生应注重与实践相结合来完成学习任务。
