專利名稱：生理活性化合物的創(chuàng)制方法
專利說(shuō)明生理活性化合物的創(chuàng)制方法 本發(fā)明涉及利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)制對(duì)藥物和農(nóng)藥有用的生理活性化合物的方法[背景技術(shù)]為了創(chuàng)制高用途的藥物和農(nóng)藥，必須有已證實(shí)具有所希望的生理活性且可作為進(jìn)行各種化學(xué)修飾點(diǎn)的先導(dǎo)化合物。但是以前并不知道創(chuàng)制先導(dǎo)化合物的理論方法，一般將有機(jī)體內(nèi)存在的激素及神經(jīng)遞質(zhì)等生理活性物質(zhì)或隨機(jī)篩選所得到的具有期望生理活性的化合物作為先導(dǎo)化合物。
另一方面，許多生物大分子的立體結(jié)構(gòu)已用X射線晶體衍射分析法闡明，酶抑制劑等低分子化合物(配基)和生物大分子的復(fù)合物的立體結(jié)構(gòu)也有許多報(bào)道。從其結(jié)果可發(fā)現(xiàn)一條自然規(guī)則，為了使某化合物具有生理活性，它必須契合目標(biāo)生物大分子的配基結(jié)合域且能穩(wěn)定地結(jié)合。基于這些認(rèn)識(shí)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)生物大分子配基結(jié)合區(qū)和某化合物結(jié)合的可能性及結(jié)合的強(qiáng)弱進(jìn)行計(jì)算就可判斷該化合物和生物大分子結(jié)合后能否發(fā)揮生理活性，即是否具有作為配基起作用的可能性，這作為先導(dǎo)化合物和生理活性化合物理論上的創(chuàng)制方法備受注目。
作為利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)制生理活性化合物的方法，已知有對(duì)與生物大分子配基結(jié)合域以最適狀態(tài)(例如產(chǎn)生最大氫鍵結(jié)合的狀態(tài))結(jié)合的化合物進(jìn)行計(jì)算的自動(dòng)構(gòu)建方法(結(jié)構(gòu)自動(dòng)構(gòu)建法)以及從現(xiàn)存數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的化合物群中挑選出滿足發(fā)揮生理活性必要條件的化合物的方法(數(shù)據(jù)庫(kù)法)。
作為結(jié)構(gòu)自動(dòng)構(gòu)建法，例如有西端等的方法(Nishibata，Y.andItai，A.，Tetrahedron，47，pp.8985-8990，1991；Nishibata，Y.and Itai，A.，J.Med.Chem.，36，pp.2921-2928，1993)。結(jié)構(gòu)自動(dòng)構(gòu)建法的優(yōu)點(diǎn)在于不管化合物是已知還是未知，都能廣泛地提示滿足具有生理活性所需的必要條件的結(jié)構(gòu)。
作為數(shù)據(jù)庫(kù)法，已知有利用與生物大分子結(jié)合的已知藥物的結(jié)構(gòu)信息，對(duì)該藥物和化合物間官能團(tuán)及其三維位置關(guān)系等是否一致進(jìn)行判斷從而篩選出化合物的方法。(例如利用ISIS-3DMDL InformationSystems，Inc.；UNITYTrips，Inc.；Chem-XChemical Design，Ltd.等程序的方法)。此方法的特征在于在不能利用目標(biāo)生物大分子的立體結(jié)構(gòu)信息的情況下也適用，具有很高的通用性。
此外，在能夠利用生物大分子配基結(jié)合域的三維座標(biāo)時(shí)，可利用不受假設(shè)和先入之見影響的可信度高的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索法。即本發(fā)明者們開發(fā)了自動(dòng)推測(cè)生物大分子和配基分子間最穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)的方法(程序“ADAM”、PCT國(guó)際公開WO 93/20525；Yamada，M.et al.，J.Mol.Biol.，243，pp.310-326，1994)，并應(yīng)用此方法，完成了從三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出可與目標(biāo)生物大分子配基結(jié)合域穩(wěn)定結(jié)合的配基化合物的方法(程序“ADAM&EVE”、PCT國(guó)際公開WO 96/13785；第24屆構(gòu)效關(guān)系研討會(huì)，Mizutani，M.et al.，演講題目序號(hào)14-S20，1996)。此方法具有不僅僅考慮結(jié)合形式和構(gòu)象的自由度，而且在連續(xù)空間使彎曲角最適化，并根據(jù)復(fù)合體的能量穩(wěn)定性從數(shù)據(jù)庫(kù)中高速檢索所期望配基化合物的優(yōu)點(diǎn)。
此外，能夠利用確定或推斷和目標(biāo)生物大分子結(jié)合的配基結(jié)構(gòu)的基本分子骨架時(shí)，可以利用應(yīng)用拓?fù)鋵W(xué)的高速數(shù)據(jù)庫(kù)檢索法(程序“EUREKA”，PCT/JP96/03325)。此方法基于基本分子骨架和生物大分子的結(jié)合形式及構(gòu)象，能夠從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出和該生物大分子配基結(jié)合域有結(jié)合可能的衍生物或結(jié)構(gòu)類似分子(擬似物)。
上述數(shù)據(jù)庫(kù)檢索法可以將收錄任何化合物群的數(shù)據(jù)庫(kù)作為對(duì)象，但在以能夠得到的(市售的或公司里有的)化合物的數(shù)據(jù)庫(kù)為對(duì)象時(shí)，具有不用合成滿足條件的化合物1就能很容易地評(píng)價(jià)生理活性的優(yōu)點(diǎn)。利用只收錄有現(xiàn)有(已報(bào)道)化合物的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，不合成化合物1而想直接入手也許是不可能的，但至少還有知道其化合物的存在可能、其合成方法和物理化學(xué)性質(zhì)等許多優(yōu)點(diǎn)。
但是這種能得到的化合物和現(xiàn)有化合物的數(shù)據(jù)庫(kù)中所含的結(jié)構(gòu)只是理論上可能存在的天文數(shù)字的結(jié)構(gòu)的一小部分，又因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)有偏向性且在可能存在的結(jié)構(gòu)中的分布(稀疏)，所以它常常一開始就不含有具有最大生理活性的最適化學(xué)結(jié)構(gòu)的化合物。如果利用這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)，被選中的化合物固然有活性，但也有可能因其活性較弱而作為先導(dǎo)物本來(lái)應(yīng)該有望的化合物被忽略掉，而且因被選中的化合物的結(jié)構(gòu)和最適結(jié)構(gòu)相差很大，而存在需要花大量勞力和時(shí)間進(jìn)行改良的問(wèn)題。
此外，某結(jié)構(gòu)作為先導(dǎo)物已知或用隨機(jī)篩選或上述方法發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)物的情況下，為了提高期望生理活性至最大而進(jìn)行的化學(xué)修飾方面的研究就要試錯(cuò)性地合成許多衍生物和類似化合物，需要花費(fèi)大量的勞動(dòng)力和時(shí)間。
另一方面，作為高效開發(fā)藥物的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)官能團(tuán)的種類和位置的可能性及多個(gè)結(jié)構(gòu)單位的聯(lián)系的可能性等進(jìn)行網(wǎng)羅式組合的化合物群進(jìn)行多種同時(shí)合成或多種同時(shí)篩選的方法備受注目(組合化學(xué)法)。例如，對(duì)基本分子骨架上存在的多個(gè)可修飾部位和多個(gè)取代基的組合，或者肽這樣由兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)單位形成的化合物中結(jié)構(gòu)單位的種類和結(jié)合順序變換而成的化合物組合進(jìn)行研究。多流程同時(shí)操作一起合成這些化合物，更進(jìn)一步對(duì)全部化合物同時(shí)進(jìn)行生理活性試驗(yàn)(Gollop，M.A.et al.，J.Med.Chem.，37，pp.1233-1251，1994；Burgess，K.et al.，J.Med.Chem.，37，pp.2985-2987，1994)。根據(jù)這種方法，可以從研究出的組合中很容易地選出具有該基本分子骨架且生理活性最強(qiáng)的化合物，因此此方法具有先導(dǎo)物創(chuàng)制和生理活性最適化過(guò)程同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn)。本發(fā)明的目的在于提供高效地創(chuàng)制生理活性化合物的方法，并提供利用計(jì)算機(jī)解決上述問(wèn)題的方法。具體的說(shuō)本發(fā)明的目的就是從根據(jù)對(duì)基本分子骨架添加的官能團(tuán)的種類和位置的可能性或多個(gè)結(jié)構(gòu)單位的種類和結(jié)合順序的可能性進(jìn)行組合式收集而研究出的化合物群中進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，從而篩選出具最適化學(xué)結(jié)構(gòu)而有期望生理活性的化合物。
本發(fā)明者們努力開發(fā)不用進(jìn)行大規(guī)模試錯(cuò)就能直接得到對(duì)所望生理活性盡量有利的最適化學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，結(jié)果將采用上述組合化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建法和本發(fā)明者們開發(fā)出的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索法進(jìn)行綜合，從而達(dá)到了本發(fā)明的目的。即用計(jì)算機(jī)建立收集有各種基本分子骨架的可修飾部位和取代基的組合或多個(gè)結(jié)構(gòu)單位的組合的化合物群的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，并用此數(shù)據(jù)庫(kù)按以上述數(shù)據(jù)庫(kù)法進(jìn)行檢索，從而能夠高效地進(jìn)行生理活性化合物的創(chuàng)制。采用這種方法，因能夠以包含以前根據(jù)化學(xué)合成的組合化學(xué)法決不可能達(dá)到的巨大數(shù)量的化合物的數(shù)據(jù)庫(kù)為對(duì)象進(jìn)行檢索，所以一次檢索就選出具最大生理活性化合物成為可能。本發(fā)明正是基于這種認(rèn)識(shí)而完成。
也就是說(shuō)，本發(fā)明為應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生理活性化合物創(chuàng)制的方法，它提供了包含下述工序的方法(1)建立化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的工序，該數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄網(wǎng)羅從基本分子骨架上存在的可修飾部位選出的一個(gè)或兩個(gè)以上取代部位和可利用取代基之間全部組合的分子結(jié)構(gòu)； (2)從該化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中挑選出滿足發(fā)揮生理活性必要條件的分子結(jié)構(gòu)的工序。本說(shuō)明書的用語(yǔ)“生理活性化合物的創(chuàng)制”包括新先導(dǎo)化合物的創(chuàng)制、新先導(dǎo)化合物的創(chuàng)制和創(chuàng)制出的先導(dǎo)化合物的最優(yōu)化、利用已知先導(dǎo)化合物分子骨架來(lái)優(yōu)化新先導(dǎo)化合物等，具有生理活性化合物的創(chuàng)制及最優(yōu)化等概念，所以應(yīng)作最廣義的解釋。
上述(1)工序中，作為基本分子骨架，可以用任何可進(jìn)行取代基的交換、追加、去除等結(jié)構(gòu)修飾的分子結(jié)構(gòu)，用能證實(shí)或推測(cè)具有所期望生理活性的配基基本結(jié)構(gòu)的全部或一部分，或者合成或合成性結(jié)構(gòu)修飾不困難的分子結(jié)構(gòu)。作為可證實(shí)具有所期望生物活性的已知配基的基本結(jié)構(gòu)，例如有苯二氮骨架和苯巴比妥酸骨架等。作為推測(cè)具有所期望生理活性的配基結(jié)構(gòu)，例如有根據(jù)“LEGEND”和“ADAM&EVE”等方法制造和選擇出的分子結(jié)構(gòu)。作為合成及合成性結(jié)構(gòu)修飾較容易的分子骨架可舉例，例如具有可能修飾部位的一個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)構(gòu)單位和一個(gè)或兩個(gè)以上的連接部件相互連接而成的分子骨架。在這種情況下，可以從一個(gè)或兩個(gè)以上種類的結(jié)構(gòu)單位和連接部件組合成一個(gè)或兩個(gè)以上的分子骨架中適當(dāng)選擇出一些作為基本分子骨架。
此外，本發(fā)明其它的形式還包括被使用于利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索法的生理活性化合物創(chuàng)制方法的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，收錄有從基本分子骨架上存在的可修飾部位中選出一個(gè)或兩個(gè)以上的取代部位和可利用的取代基間的全組合而成的分子結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以及存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)介質(zhì)。用于作出此數(shù)據(jù)庫(kù)中含有的分子結(jié)構(gòu)的基本分子骨架只要可進(jìn)行取代基交換、追加、去除等結(jié)構(gòu)修飾的分子結(jié)構(gòu)就均可使用，具體的說(shuō)可以用上述所說(shuō)明的結(jié)構(gòu)。

圖1表示作為從化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中挑選出具生理活性配基候補(bǔ)化合物的方法使用程序ADAM&EVE時(shí)的流程圖。圖中S表示步驟。本發(fā)明方法的第一道工序，就是從基本分子骨架上存在的可修飾部位選出1個(gè)或2個(gè)以上的取代部位和可利用的取代基用計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)羅式組合，將全部構(gòu)建的允許其基本分子骨架的分子結(jié)構(gòu)收錄入化合物數(shù)據(jù)庫(kù)。在必要情況下，可預(yù)先設(shè)定組合的條件，在此條件下進(jìn)行所允許的全部組合，構(gòu)建出分子結(jié)構(gòu)，從而有效地利用計(jì)算機(jī)資源。本發(fā)明方法的特征在于以此工序所得的網(wǎng)羅式的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)為對(duì)象，篩選出滿足實(shí)現(xiàn)生理活性必要條件的分子結(jié)構(gòu)(第二道工序)。
數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)建例如可按以下工序進(jìn)行(A)為了構(gòu)建分子結(jié)構(gòu)，從現(xiàn)存分子骨架及其類似分子骨架中選出或組合出1個(gè)或2個(gè)以上的基本分子骨架。
(B)為了引入取代基，在每個(gè)基本分子骨架中，從該基本分子骨架上存在的1個(gè)或2個(gè)以上的可修飾部位中選出1個(gè)或2個(gè)以上的取代部位；(C)確定可利用的取代基，根據(jù)需要也確定要引入的每個(gè)取代基的最大個(gè)數(shù)，并對(duì)取代部位和取代基進(jìn)行相應(yīng)的搭配。
(D)收集上述工序(B)選擇出的全部取代部位和上述工序(C)確定的全部取代基所有可能的組合，但是，上述工序(C)中任意條件已被設(shè)定的情況下收集其范圍內(nèi)所有可能的組合，構(gòu)建出化合物的分子結(jié)構(gòu)。
工序(A)中，作為基本分子骨架可以從具有所期望的生物活性的已知的配基基本結(jié)構(gòu)，例如苯二氮骨架、巴比妥酸骨架、尿素骨架、吩噻嗪骨架、丁酰苯骨架、黃嘌呤骨架、苯乙胺骨架、嗎啡骨架、前列腺素骨架、甾體骨架、青霉素骨架、頭孢菌素骨架、喹啉酮羧酸骨架、四環(huán)素骨架、以及其類似分子骨架，例如同系物等作為醫(yī)藥和農(nóng)藥的分子骨架，從業(yè)人員已經(jīng)可以利用的骨架中選擇出適當(dāng)?shù)墓羌堋Ａ硗?，工?A)中，可以組合基本分子骨架自骨。作為這種方法可以采用對(duì)具有可修飾部位的1個(gè)或2個(gè)以上結(jié)構(gòu)單位和1個(gè)或2個(gè)以上連接部件進(jìn)行網(wǎng)羅式組合的方法。例如基本分子結(jié)構(gòu)的建立可按以下工序進(jìn)行。例如，分子骨架的構(gòu)建可按以下工序進(jìn)行。
(E)從可利用的結(jié)構(gòu)單位中選出1個(gè)或2個(gè)以上的結(jié)構(gòu)單位。
(F)關(guān)于各結(jié)構(gòu)單位，根據(jù)需要附加1分子結(jié)構(gòu)中的使用次數(shù)限制，是否允許相鄰的結(jié)合、是否只在未端使用等使用條件。
(G)從可利用的連接部件中選出1個(gè)或2個(gè)以上的連接部件。
(H)設(shè)定應(yīng)結(jié)合的結(jié)構(gòu)單位數(shù)目的上限及下限。
對(duì)上述工序(E)和工序(G)選擇出的全部結(jié)構(gòu)單位和連接部件收集所有可能的組合，構(gòu)建出1個(gè)或2個(gè)以上的基本分子骨架(但是，在上述工序(F)中對(duì)結(jié)構(gòu)單位的1個(gè)或2個(gè)以上的使用條件進(jìn)行設(shè)定的情況下，收集其范圍內(nèi)所有的可能的組合)。
以前，利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)法進(jìn)行生理活性化合物創(chuàng)制的方法中所用數(shù)據(jù)庫(kù)只限于已有的可利用的數(shù)據(jù)庫(kù)，還沒(méi)有象上面一樣人工構(gòu)建化合物數(shù)據(jù)庫(kù)而用于數(shù)據(jù)庫(kù)法的檢索中的實(shí)例。所以，本發(fā)明的上述化合物數(shù)據(jù)庫(kù)是新型的。存儲(chǔ)化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)介質(zhì)只要能夠確實(shí)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息而且在必要時(shí)能讀出信息即可，并沒(méi)有特殊的限定。例如，研究者可采用磁帶、硬盤、軟盤或CD-ROM等從業(yè)者可利用的存儲(chǔ)介質(zhì)。
此外，化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建方法并不只限于上述所說(shuō)的，只要是收集了從基本分子骨架的可修飾部位選出的取代部位和指定的取代基的所有組合的，不管以什么方法構(gòu)建的都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。上述化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建方法只是作為示例，以便于理解，根據(jù)目的可以作適當(dāng)?shù)母淖兒托揎?，這一點(diǎn)研究者是容易理解的。
本發(fā)明方法的第二道工序，是從上述化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出滿足發(fā)揮生理活性所必要條件的化合物。此步驟也用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，作為它的算法，只要是可以作為滿足發(fā)揮生理活性所必要條件的化合物的篩選方法使用就都可以應(yīng)用。
作為化合物的篩選方法，例如可以根據(jù)已知具有所期望生理活性的藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，選擇此藥物中存在的官能團(tuán)中認(rèn)為發(fā)揮生理活性所必須的基團(tuán)，并將此藥物基本分子骨架和選擇的官能團(tuán)的三維位置關(guān)系同化合物數(shù)據(jù)中分子結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行重合，從而判斷藥物和該分子結(jié)構(gòu)的類似性。作為此種重合判斷法，研究者例如可利用ISIS-3D(MDL Information System，Inc.)、UNITY(Tripos，Inc.)、Chem-X(Chemical Design，Ltd.)等程序。
此外，作為其它的篩選方法，在可以利用目標(biāo)生物大分子配基結(jié)合域三維座標(biāo)的情況下，用“ADAM&EVE”程序，根據(jù)該配基結(jié)合域和分子結(jié)構(gòu)的相互作用(例如氫鍵、靜電相互作用、范德華力相互作用等)，篩選出可與生物大分子結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)。此方法在特愿平6-267688號(hào)說(shuō)明書中詳細(xì)記載，研究者參考此說(shuō)明書可以很容易利用此方法。依照程序“ADAM&EVE”的分子結(jié)構(gòu)的篩選可按以下所述進(jìn)行。
對(duì)于上述化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中分子結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo)，準(zhǔn)備氫鍵性分類序號(hào)、分子力學(xué)計(jì)算用信息及構(gòu)象構(gòu)建用信息等。氫鍵性分類序號(hào)為對(duì)形成氫鍵結(jié)合的原子團(tuán)所用的識(shí)別用序號(hào)，被分別給予這些原子團(tuán)中直接氫鍵結(jié)合所涉及的不同原子。根據(jù)賦有序號(hào)原子團(tuán)的幾何學(xué)結(jié)構(gòu)及氫鍵結(jié)合的性質(zhì)等特征，并可以立即得出成為其結(jié)合對(duì)象的氫鍵性原子(虛擬原子)的位置。
分子力學(xué)計(jì)算用信息是為了用分子力學(xué)對(duì)分子內(nèi)、分子間的相互作用的能量進(jìn)行計(jì)算而給予各原子的序號(hào)和電子狀態(tài)等，包括原子序號(hào)和原子電荷等。構(gòu)象構(gòu)建用信息是為了系統(tǒng)地構(gòu)建使可旋轉(zhuǎn)的結(jié)合的結(jié)合彎曲角變化的不同構(gòu)象而應(yīng)用的其彎曲角的初值、終值以及旋轉(zhuǎn)多少度的增加值等，此信息包含一個(gè)結(jié)合中構(gòu)成彎曲角的四個(gè)原子的輸入順序序號(hào)和彎曲各個(gè)角初值、終值及旋轉(zhuǎn)角等。
另一方面，根據(jù)目標(biāo)生物大分子的三維座標(biāo)準(zhǔn)備配基結(jié)合域的物理化學(xué)信息和虛擬原子。配基結(jié)合域的物理化學(xué)性質(zhì)說(shuō)的是能結(jié)合配基的生物大分子的凹入?yún)^(qū)域內(nèi)部中生物大分子的全體原子勢(shì)能的影響，是包含配體結(jié)合域內(nèi)三維晶格陣點(diǎn)的氫鍵性(氫接受性和氫給與性)、此三維晶格陣點(diǎn)中設(shè)置探針原子時(shí)，生物大分子和探針原子之間相互的范德華力相互作用能和靜電相互作用能的概念。虛擬原子設(shè)定在作為生物大分子中氫鍵性官能團(tuán)的氫鍵結(jié)合對(duì)象的雜原子的位置上。
接著，基于對(duì)上述化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中分子結(jié)構(gòu)三維座標(biāo)而準(zhǔn)備的氫鍵性分類序號(hào)，分子力學(xué)計(jì)算用信息及構(gòu)象構(gòu)建用信息、還有上述配基結(jié)合域的物理化學(xué)信息，一邊變化試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象一邊構(gòu)建生物大分子與此分子對(duì)接而成的復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，從而評(píng)價(jià)生物大分子和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)間的相互作用，尋找最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。分子對(duì)接是包含尋找配基化合物分子與某生物大分子復(fù)合體的形成和/或兩者的穩(wěn)定復(fù)合體結(jié)構(gòu)的概念，一般來(lái)說(shuō)可應(yīng)用用分子模型的方法，用計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的模擬法、或自動(dòng)對(duì)接法等來(lái)進(jìn)行。生物大分子和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)形成的復(fù)合體的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的研究可按以下方法進(jìn)行。
(1)組合式地收集虛擬原子和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵性雜原子的對(duì)應(yīng)配對(duì)，網(wǎng)羅生物大分子-分子結(jié)構(gòu)間的有利結(jié)合形式。
(2)系統(tǒng)地變化試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象的同時(shí)比較虛擬原子的距離和氫鍵性異原子間的距離，從而推測(cè)生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)間可能的氫鍵結(jié)合形式和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的構(gòu)象。
(3)在工序(2)中所得的每個(gè)氫鍵結(jié)合形式和構(gòu)象中基于試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵性雜原子和虛擬原子的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)全部原子的坐標(biāo)變換成生物大分子的坐標(biāo)系，從而得到生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。
接上述工序(2)，也可以按以下步驟進(jìn)行研究。按照這些步驟可以生成的構(gòu)象數(shù)減少而仍能選擇適當(dāng)?shù)膹?fù)合物結(jié)構(gòu)，得到高精度的穩(wěn)定復(fù)合體。
(3)保持工序(2)中所得的氫鍵結(jié)合形式，使虛擬原子和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵性雜原子的位置一致化，從而最適化試驗(yàn)分子的構(gòu)象，接著，除去分子內(nèi)能較高的試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。
(4)對(duì)于工序(3)保留的每個(gè)構(gòu)象，基于試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵性雜原子和虛擬原子的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)全部原子的坐標(biāo)變換成生物大分子的坐標(biāo)系，從而得到生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。
(5)從工序(4)中所得的氫鍵性部分的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中除去試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性部分分子內(nèi)能和生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性部分分子間相互作用能較高的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，接著，對(duì)余下的復(fù)合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的最適化。
(6)對(duì)于工序(5)所得的每個(gè)復(fù)合物結(jié)構(gòu)，得到含發(fā)生了試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)非氫鍵性部分的構(gòu)象的新型的試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)全體的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。
(7)從工序(6)中所得的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，除去試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)全體的分子內(nèi)能和生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的分子間相互作用能較高的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，接著，對(duì)余下的復(fù)合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的最適化。
此外，當(dāng)生物大分子的結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)很復(fù)雜時(shí)，為了更高速地研究生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定復(fù)合體結(jié)構(gòu)，例如可利用以下方法。
(1)組合式地收集虛擬原子和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的部分結(jié)構(gòu)中的氫鍵性雜原子間的對(duì)應(yīng)配對(duì)，網(wǎng)羅生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)間的有利結(jié)合形式。
(2)系統(tǒng)地變化試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象的同時(shí)比較虛擬原子間的距離和氫鍵性雜原子間的距離，從而推測(cè)生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)間的氫鍵結(jié)合形式及試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的部分結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。
(3)基于工序(2)所得的氫鍵結(jié)合形式和構(gòu)象，除去試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的部分結(jié)構(gòu)不可能中產(chǎn)生的氫鍵結(jié)合形式的虛擬原子和氫鍵性雜原子的組合。組合式地收集虛擬原子和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)全體的氫鍵性雜原子的對(duì)應(yīng)配對(duì)，網(wǎng)羅生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)間的有利結(jié)合形式。
(4)系統(tǒng)地變化試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象的同時(shí)比較虛擬原子間的距離和氫鍵性雜原子間的距離，從而推測(cè)生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)間的可能氫鍵結(jié)合形式及試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的構(gòu)象。
(5)在工序(4)中所得的每個(gè)氫鍵結(jié)合形式和構(gòu)象中，基于試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵性雜原子和虛擬原子的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)全部原子的坐標(biāo)變換成生物大分子的坐標(biāo)系，從而得到生物大分子-試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。
在上述各種方法中，氫鍵性官能團(tuán)是包含能夠參與氫鍵結(jié)合的官能團(tuán)及原子的概念，氫鍵性雜原子為試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)中存在的構(gòu)成氫鍵性官能團(tuán)的雜原子。氫鍵性部分為試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的部分結(jié)構(gòu)中含和虛擬原子對(duì)應(yīng)配對(duì)的氫鍵性雜原子的結(jié)構(gòu)，非氫鍵性部分為氫鍵性部分以外的結(jié)構(gòu)部分。
此外，作為利用目標(biāo)生物大分子配基結(jié)合部位立體結(jié)構(gòu)的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索程序，可以用“EUREKA”(PCT/JP96/03325號(hào)說(shuō)明書公開的生理活性化合物的設(shè)計(jì)方法，作為本說(shuō)明書的公開含有上述說(shuō)明書的公開)。程序“EUREKA”是0根據(jù)確定或推測(cè)能夠與生物大分子結(jié)合的配基的結(jié)構(gòu)和與生物大分子的結(jié)合形式，能夠從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出與該生物大分子有結(jié)合可能的化合物的方法。本發(fā)明方法中利用“EUREKA”時(shí)，在具有構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)所用的基本骨架結(jié)構(gòu)或其類似結(jié)構(gòu)的化合物和目標(biāo)生物大分子的結(jié)合形式為已知或能夠推測(cè)的情況下，可以將該化合物的全部或一部分結(jié)構(gòu)作為查詢結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢索。
進(jìn)行根據(jù)此方法的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索時(shí)，把查詢結(jié)構(gòu)與生物大分子的結(jié)合形式和構(gòu)象作為檢索對(duì)象的化合物(試驗(yàn)分子)中不變的參量來(lái)對(duì)待，只變化查詢結(jié)構(gòu)中不存在而試驗(yàn)分子中存在的取代基的構(gòu)象的同時(shí)判定能否和該生物大分子形成穩(wěn)定的復(fù)合物。符合標(biāo)準(zhǔn)可以和上述程序″ADAM&EVE″作同樣的設(shè)定。根據(jù)程序″EUREKA″的檢索方法，由于不必探究查詢結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)化合物結(jié)構(gòu)之間共同部分的結(jié)合形式和構(gòu)象自由度，所以有能夠高速進(jìn)行檢索的優(yōu)點(diǎn)。這種檢索方法對(duì)于分子骨架中富有多樣性的化合物群的數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索不一定很適合，但是對(duì)于基于少數(shù)的基本分子骨架只變化官能團(tuán)的種類與位置而構(gòu)建的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索卻非常合適。
對(duì)于根據(jù)上述方法尋找出的最穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)，根據(jù)生物大分子和試驗(yàn)分子結(jié)構(gòu)的相互作用能量值，對(duì)是否選擇此分子結(jié)構(gòu)作為候選化合物進(jìn)行判斷，接著，對(duì)于化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的全部分子結(jié)構(gòu)反復(fù)進(jìn)行最穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)的尋找和是否選擇作為候選化合物的判斷，從而能夠從化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出可能與目標(biāo)生物大分子結(jié)合的配基候選化合物。下面，就第二道工序中用程序″ADAM&EVE″的本發(fā)明的優(yōu)選形式，以實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
首先，為了構(gòu)建化合物數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇1個(gè)或2個(gè)以上的基本分子骨架作為要構(gòu)建分子結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。作為基本分子骨架，可以利用已知的具有所期望生理活性的藥物和農(nóng)藥的分子骨架。例如可以利用苯二氮骨架、巴比妥酸骨架、尿素骨架、吩噻嗪骨架、丁酰苯骨架、黃嘌呤骨架、苯乙胺骨架、嗎啡骨架、前列腺素骨架、甾體骨架、青霉素骨架、頭孢菌素骨架、喹啉酸羧酸骨架、四環(huán)素骨架等，但并不僅限于上面所述的，可以用任何研究者所知道藥物和農(nóng)藥的分子骨架。在這其中，優(yōu)選應(yīng)用可以利用三維座標(biāo)等結(jié)構(gòu)信息的分子骨架作為基本分子骨架。
接著，在工序(B)中，對(duì)于各個(gè)基本分子骨架，從其上存在的1個(gè)或2個(gè)以上的可修飾部位中選出1個(gè)或2個(gè)以上的取代部位引入取代基。例如以下述式(1)所示的苯二氮骨架為例進(jìn)行說(shuō)明，七元環(huán)的二氮環(huán)中，(在忽略4位氮原子可生成N-氧基的情況下)有6個(gè)可能的修飾部位(R1～R6)，和二氮環(huán)縮合的苯環(huán)上有4個(gè)可能的修飾部位(R7～R10)。所以，苯二氮骨格上全部有10個(gè)可修飾部位，想在這些可修飾部位都引入取代基時(shí)，作為取代部位可全部選中R1～R10。例如，不想在R7、R9和R10引入取代基時(shí)，可以選擇R1～R6和R8作為取代部位。沒(méi)有選擇的R7、R9和R10根據(jù)需要可以用氫原子。
此外，式(1)所示的苯二氮骨架中R6為取代或非取代苯基時(shí)，基本分子骨架為式(II)所示的骨架，可以從R1～R5、R7～R10以及R11～R15等可修飾部位中選擇1個(gè)或2個(gè)以上的取代部位引入取代基。
此外，對(duì)苯二氮環(huán)的構(gòu)成原子作種種選擇時(shí)以及上述式(I)所示的骨架中選擇苯基取代烷基作為R6時(shí)，就可能構(gòu)建出如式(III)所示的基本分子骨架的組合。例如，X從CR2R3、NR2、O或S中，Y從CR4R5、NR4、O或S中選擇，而且Z從C1～6的亞烷基、NR16、O、S中選擇而進(jìn)行組合，就可構(gòu)建出各種基本分子骨架的組合。
在這之后是進(jìn)行可利用取代基的確定，作為取代基，例如有碳數(shù)1至12的烷基、碳數(shù)1至12的烷氧基、苯基、吡啶基、羧基、烷基酯基、羥基、羰基(酮基)、鹵素原子、氨基、氨甲?；?、羥烷基、硝基、磺酸基等。不過(guò)取代基并不僅限于此，可以指定任何種類的取代基。
例如，可利用的取代基指定為″碳數(shù)1至12的烷基″時(shí)，可預(yù)先構(gòu)建所有滿足碳數(shù)12以下條件的烷基(直鏈、支鏈、環(huán)狀及其組合)，將它們作為取代基組進(jìn)行收錄。此外，例如取代基指定為吡啶基時(shí)，可望利用所含取代部位為鄰位、間位、對(duì)位任一種的取代基組。
上述工序中，根據(jù)需要，可以確定各取代基(或取代基組)引入的最大個(gè)數(shù)。作為這樣確定的例子，例如有所構(gòu)建的分子骨架引入的羥基總數(shù)在3個(gè)以下的確定；或者例如有所構(gòu)建的分子骨架引入的苯基總數(shù)在2個(gè)以下、氨基在4個(gè)以下、和/或碳數(shù)1至12的烷基在3個(gè)以下的確定。
此外，根據(jù)需要，可以對(duì)特定取代部位和特定的取代基(或取代基組)進(jìn)行各種對(duì)應(yīng)配對(duì)。例如，上述(1)式的苯二氮骨架中選擇R1、R5和R7作為取代部位時(shí)，可以進(jìn)行R7只選擇鹵素原子(含氟、氯、溴和碘的取代基組)取代的對(duì)應(yīng)配對(duì)。還有，確定含有氧基(O＝)等2價(jià)以上的取代基時(shí)，可以對(duì)此取代基的可取代部位預(yù)先進(jìn)行對(duì)應(yīng)組合。例如，上述苯二氮骨架中，作為氧基的可取代部位，有R2與R3和R4與R5兩種可能的對(duì)應(yīng)組合。此外，如果要利用氧基也可以預(yù)備分子骨架中含氧基的其它基本分子骨架。
作為其它的組合式構(gòu)建基本分子骨架的例子，可按以下的組合進(jìn)行。
首先，應(yīng)用4個(gè)結(jié)構(gòu)單位(A～D)和連接該結(jié)構(gòu)單位的3個(gè)連接部件(X～Z)，對(duì)結(jié)構(gòu)單位和連接部件進(jìn)行組合，構(gòu)建出分子結(jié)構(gòu)。接著選擇各個(gè)分子骨架上存在的結(jié)構(gòu)單位的可利用的1個(gè)或2個(gè)以上的單位(上圖中，R20～R23結(jié)合的間次苯基、R24～R27結(jié)合的對(duì)次苯基、R28～R29結(jié)合的亞甲基，R30～R33結(jié)合的環(huán)己二烯基等)以及連接部件上可能利用的結(jié)合基團(tuán)(上述圖中的酰胺基、尿素基等)。在這之后，收集該結(jié)構(gòu)單位和結(jié)合基團(tuán)的全部組合，構(gòu)建基本分子骨架。
接著，對(duì)于選擇的全部取代部位和確定的全部取代基(或取代基組)，收集全部可能的組合，構(gòu)建出數(shù)量相當(dāng)于組合總數(shù)的分子結(jié)構(gòu)。對(duì)于取代基組來(lái)說(shuō)，對(duì)取代基組所含的全部元素有必要構(gòu)建出所有取代部位與其的組合。設(shè)定了取代基(或取代基組)數(shù)的上限時(shí)，和/或設(shè)定了取代基(或取代基組)和取代部位的對(duì)應(yīng)配對(duì)時(shí)，在其范圍內(nèi)收集所有可能的組合。
對(duì)所構(gòu)建的分子結(jié)構(gòu)的數(shù)量沒(méi)有特殊的限制，但是為了使根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)法的檢索能夠高效率高精度地進(jìn)行，例如優(yōu)選構(gòu)建數(shù)萬(wàn)至百萬(wàn)的分子結(jié)構(gòu)。還有，利用取代基(或取代基組)的代表構(gòu)建出數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)的分子結(jié)構(gòu)，用含此的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行第二道工序(篩選工序)，選出對(duì)生理活性產(chǎn)生必要的取代基(或取代基組)，然后進(jìn)一步構(gòu)建含有這些取代基(或取代基組)網(wǎng)羅式組合的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而能夠進(jìn)行第二道工序。含有此種反復(fù)操作的方法包含在本發(fā)明的范圍中。
作為第二道工序的篩選方法，為了使用程序″ADAM&EVE″(特愿平6-267688號(hào))將構(gòu)建出的分子結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)信息收錄入化合物數(shù)據(jù)庫(kù)(S1)。在能夠利用基本分子骨架三維坐標(biāo)信息時(shí)，可以基于此三維信息算出所構(gòu)建的分子結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo)，但是在不能利用三維坐標(biāo)信息時(shí)，例如可以用CONCORD(TRIPOS Associates Inc.)；CONVERTER(BIOSYM/MSI Inc.)；和CORINA(Sadowshi，J.andCasteiger，J.，Chem.Rev.，93，pp.2567-2581，1993)等方法算出三維坐標(biāo)。關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的原子座標(biāo)表示的立體結(jié)構(gòu)，如果原子間的結(jié)合距離，結(jié)合角等的幾何學(xué)量正確，基本上構(gòu)象就不成問(wèn)題，但是為盡量正確地算出構(gòu)成分子各個(gè)原子的電荷，優(yōu)選在某種程度上單獨(dú)地輸入給出穩(wěn)定立體結(jié)構(gòu)的原子座標(biāo)。
下面，依照程序ADAM&EVE(特愿平6-267688號(hào)說(shuō)明書中記載的方法)，即以是否和目標(biāo)生物大分子的配基結(jié)合域結(jié)合作為發(fā)揮生理活性的條件，具體地說(shuō)明從化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選與目標(biāo)生物大分子的配基結(jié)合域可結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)的方法。圖1中的S表示各個(gè)步驟，ADAM表示國(guó)際公開WO93/20525號(hào)說(shuō)明書(國(guó)際
公開日1993年10月14日)公開的生物大分子—配基分子的穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)的尋找方法。此外，本說(shuō)明書的公開也包含PCT國(guó)際公開WO93/20525號(hào)和特愿平6-267688號(hào)說(shuō)明書的公開。
首先，對(duì)化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的分子結(jié)構(gòu)構(gòu)建ADAM方法的三維數(shù)據(jù)庫(kù)(S1)。分子結(jié)構(gòu)的三維座標(biāo)可以利用用力學(xué)計(jì)算將二維座標(biāo)變換而成的三維座標(biāo)，或者根據(jù)具有基本分子骨架的化合物的結(jié)晶數(shù)據(jù)庫(kù)和能量計(jì)算的模式所構(gòu)建所得的立體結(jié)構(gòu)而得的坐標(biāo)。關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的原子坐標(biāo)表示的立體結(jié)構(gòu)，如果原子間的結(jié)合距離，結(jié)合角等幾何學(xué)量正確，基本上構(gòu)象就不成為問(wèn)題，但是為盡量正確地算出構(gòu)成分子的各個(gè)原子的電荷，優(yōu)選在某種程度上單獨(dú)地輸入給出穩(wěn)定立體結(jié)構(gòu)的原子坐標(biāo)。
輸入分子結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo)后，在必要的情況下添加氫原子，并進(jìn)一步自動(dòng)添加各原子的原子類型序號(hào)、氫鍵性雜原子的氫鍵性分類序號(hào)，各原子的原子電荷、鍵旋轉(zhuǎn)的形式(哪個(gè)鍵旋轉(zhuǎn)、或從幾度開始旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)到幾度)等，構(gòu)建出三維數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成分子結(jié)構(gòu)的各原子的原子類型序號(hào)例如可以用Weiner等(Weiner，S.J，et al.，J.Am.Chem.Soc.，106，1984，pp.765-784)用的編號(hào)方法。
分子結(jié)構(gòu)中存在的氫鍵性雜原子的氫鍵性分類序號(hào)可按下述表1進(jìn)行添加(表中左邊的數(shù)字表示氫鍵性分類序號(hào))，構(gòu)成分子的各個(gè)原子的電荷可以以例如用Gasteiger法、MOPAC程序中的MNDO法、AMI法的分子軌道法算出。關(guān)于鍵旋轉(zhuǎn)的形式，優(yōu)選指定能使單鍵以60～120°的一定的旋轉(zhuǎn)角系統(tǒng)地旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)形式。
表11 伯胺的SP2的N2 伯胺的SP3的N3 銨離子的SP3的N4 酰胺的SP2的N5 仲胺的SP3的N6 芳香族的N7 質(zhì)子化芳香族的N8 叔胺的N9 質(zhì)子化叔胺的N10 C-O鍵的可旋轉(zhuǎn)羥基的O11 醚的O12 羰基的O13 碳螯合物陰離子的O14 羧酸的O15 磷酸鹽的O16 水分子的O17 巰基的S18 硫醚的S19 氫位置固定的羥基的O接著將構(gòu)成生物大分子的原子的序號(hào)和原子坐標(biāo)(但是除去氫原子的原子坐標(biāo))輸入(S2)。生物大分子的原子坐標(biāo)可以用以X射線晶體衍射分析和NMR分析所得的立體結(jié)構(gòu)信息、從蛋白質(zhì)結(jié)晶數(shù)據(jù)庫(kù)等得到的信息，或基于這些信息構(gòu)建的生物大分子模型的原子坐標(biāo)等。生物大分子的原子坐標(biāo)優(yōu)選用三維坐標(biāo)系表示。此外，把與生物大分子結(jié)合的在結(jié)構(gòu)和功能上有重要作用的輔因子看作是生物大分子的一部分，與該輔因子呈結(jié)合狀態(tài)的生物大分子的原子坐標(biāo)的輸入可在以后的步驟進(jìn)行。作為此種輔因子，例如有輔酶、水分子、或金屬離子。
接上述的步驟，算出構(gòu)成生物大分子中存在的氨基酸殘基的氫原子的原子坐標(biāo)(S3)。一般來(lái)說(shuō)，用X射線晶體衍射分析和NMR分析等實(shí)驗(yàn)方法求出生物大分子的氫原子位置比較困難，而且從蛋白質(zhì)結(jié)晶數(shù)據(jù)庫(kù)不能得到涉及氫原子的信息。因此，必須根據(jù)生物大分子中存在的氨基酸殘基的結(jié)構(gòu)，算出構(gòu)成該氨基酸殘基的氫原子的原子坐標(biāo)。為了與可能旋轉(zhuǎn)的氨基酸殘基結(jié)合，對(duì)于不能決定單一原子坐標(biāo)的氫原子，優(yōu)選假定存在于反式位而算出原子坐標(biāo)。
在這之后，往構(gòu)成生物大分子中存在的氨基酸殘基的原子中添加電荷(S4)。對(duì)于構(gòu)成生物大分子中存在的氫鍵性官能團(tuán)的雜原子添加氫鍵性分類序號(hào)(S5)。作為電荷的值，可以用各氨基酸算出的文獻(xiàn)值，例如Weiner的值(Weiner，S.J.et al.，J.Am.Chem.Soc.，106，1984，pp.765-784)。氫鍵性分類序號(hào)可以按上述的表1添加。
接下來(lái)，確定配基結(jié)合域(S6)。作為配基結(jié)合域，可以選擇含生物大分子任意部位的區(qū)域，優(yōu)選長(zhǎng)方體的區(qū)域。根據(jù)不同目的可以選擇生物大分子配基結(jié)合“口袋”及其周圍的部位，根據(jù)需要也可以選擇含生物大分子中含效應(yīng)物等其他分子結(jié)合部位的區(qū)域。還有，配基結(jié)合“口袋”是指存在于生物大分子凹入的分子表面的底物和阻斷劑等配基分子結(jié)合的內(nèi)穴。對(duì)于配基結(jié)合域范圍的確定，例如可以利用程序GREEN(Tomioka，N.et al.，Journal of computer-AidedMolecular Design，1，1987，pp.197-210)功能的一部分。
在S6確定的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生出三維晶格陣點(diǎn)，進(jìn)行各三維晶格陣點(diǎn)中序號(hào)的賦于和晶格陣點(diǎn)信息的算出(S7)。三維晶格陣點(diǎn)是指生物大分子配基結(jié)合域內(nèi)每隔一定間隔產(chǎn)生的三維晶格上的點(diǎn)，晶格陣點(diǎn)信息是包含各三維晶格陣點(diǎn)上具有的或假定的作為探針的原子算出的生物大分子和探針原子間范德華相互作用能和靜電相互作用能，以及氫鍵性等的配基結(jié)合域局部的物理化學(xué)信息的概念。利用此三維晶格陣點(diǎn)的晶格陣點(diǎn)信息，可以使后面步驟中進(jìn)行的生物大分子和化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中的分子結(jié)構(gòu)和分子間相互作用能的近似計(jì)算高速化，而且可以合理地決定后面步驟中設(shè)定的虛擬原子的位置。其結(jié)果是能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的對(duì)接模型進(jìn)行網(wǎng)羅式地探究。
三維晶格陣點(diǎn)可以以0.3-2.0埃，優(yōu)選0.3-0.5埃的一定間隔在S6確定的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生。作為探針原子，優(yōu)選采用化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的分子結(jié)構(gòu)所含的所有原子種類。各三維晶格陣點(diǎn)上配置的各個(gè)探針原子和生物大分子間的范德華相互作用能可以以用經(jīng)驗(yàn)勢(shì)能函數(shù)的通常方法算出。作為經(jīng)驗(yàn)勢(shì)能函數(shù)，可以用下式表示的Lennard-Jonestype函數(shù)。Gvdw,i=Σj(A/rij12-B/rij6)]]>式中i為表示探針原子位置的序號(hào)，i表示生物大分子原子的序號(hào)，A和B表示決定最小勢(shì)能的位置和大小程度的參數(shù)；rij表示第i個(gè)配置的探針原子和生物大分子第j個(gè)原子間的距離。作為A和B的參數(shù)，例如可以用Weiner等的值(Weiner，S.J.et al.，J.Am.Chem.Soc.，106，1984，pp.765-784)。
分子結(jié)構(gòu)在此三維晶格陣點(diǎn)上配置時(shí)的分子結(jié)構(gòu)-生物大分子間的范德華相互作用能可以從下式(式中m為分子結(jié)構(gòu)中原子的序號(hào)，n為分子結(jié)構(gòu)中原子的數(shù)量，mo為與第m個(gè)原子距離最近的三維格陣點(diǎn)的序號(hào))算出。Evdw=Σm=1NGvdw,mo]]>各三維晶格陣點(diǎn)上配置的各探針原子和生物大分子間的靜電相互作用能可以用下式(式中i、j和rij和前述定義一樣，j表示生物大分子第j個(gè)原子的電荷，k表示能量單位變換的常數(shù)，ε表示介電常數(shù))算出。上述介電常數(shù)可以用一定的值，但更優(yōu)選用Warshel等建議的依賴于rij的值(Warshel，A.，J.Phys.Chem.，83，1979，pp.1640-1652)。Gelc,i=ΣjKqj/ϵrij]]>分子結(jié)構(gòu)在此三維晶格陣點(diǎn)上配置時(shí)的分子結(jié)構(gòu)-生物大分子間的靜電相互作用能可以從下式(式中m、n、和mo與上述有相同意義)算出。Eelc=Σm=1NqmGelc,mo]]>接著給出表示三維晶格陣點(diǎn)氫鍵性的信息(氫鍵性晶格陣點(diǎn)信息)。此信息表示在三維晶格陣點(diǎn)中配置氫供與原子或氫接受原子里的哪個(gè)使之與生物大分子的氫鍵性官能團(tuán)形成氫鍵，或在三維晶格陣點(diǎn)上配置哪一個(gè)原子才能使此原子和生物大分子的氫鍵性官能團(tuán)形成氫鍵或不能形成氫鍵。例如對(duì)氫接受性的三維晶格陣點(diǎn)給予1的序號(hào)，氫供與性的三維晶格陣點(diǎn)給予2的序號(hào)，具兩種性質(zhì)的三維晶格陣點(diǎn)給予3的序號(hào)，沒(méi)有氫鍵性的三維晶格陣點(diǎn)給予0的序號(hào)，從而表示三維晶格陣點(diǎn)的氫鍵性。
三維晶格陣點(diǎn)的氫鍵性可以按以下方法求出。如果某三維晶格陣點(diǎn)P和生物大分子存在的某氫供與原子D間的距離DP為形成氫鍵的距離(例如2.5～3.1埃)，而且，三維晶格陣點(diǎn)P、氫H以及氫供與原子D構(gòu)成的角∠DHP為形成氫鍵的角度(例如30°以上)，則判定此三維晶格陣點(diǎn)為氫接受性。同樣，如果某三維晶格陣點(diǎn)P和生物大分子中存在的某氫接受原子A間的距離P A為形成氫鍵的距離，而且，三維晶格陣點(diǎn)P、孤對(duì)電子L以及氫接受原子A形成的角∠ALP為形成氫鍵的角度，則判定此三維晶格陣點(diǎn)為氫供與性。還有，在某三維晶格陣點(diǎn)既沒(méi)有氫接受性也沒(méi)有氫供與性時(shí)，作為沒(méi)有氫鍵性對(duì)待。
在這之后，從生物大分子中存在的氫鍵性官能團(tuán)內(nèi)S6確定的區(qū)域內(nèi)存在的氫鍵性官能團(tuán)中，選擇出預(yù)計(jì)和分子結(jié)構(gòu)形成氫鍵的氫鍵性官能團(tuán)(S8)。在有許多氫鍵性官能團(tuán)存在時(shí)，可以根據(jù)其重要程度進(jìn)行選擇。更進(jìn)一步，基于S7中算出的三維晶格陣點(diǎn)的晶格陣點(diǎn)信息，設(shè)定對(duì)應(yīng)S8中選擇的各氫鍵性官能團(tuán)的虛擬原子(S9)。
在此步驟中，根據(jù)S7中算出的三維晶格陣點(diǎn)，決定了與S8中選擇的各氫鍵性官能團(tuán)形成氫鍵的區(qū)域(氫鍵性區(qū)域)之后，往構(gòu)成含適當(dāng)數(shù)量(例如5～20個(gè))三維晶格陣點(diǎn)的氫鍵性區(qū)域的三維晶格陣點(diǎn)的中心配置虛擬原子。虛擬原子配置在該氫鍵性區(qū)域內(nèi)其他原子的范德華半徑外。氫鍵性區(qū)域?yàn)橛梢蝗壕哂型瑯拥臍滏I性而且相鄰的三維晶格陣點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域。要注意有時(shí)1個(gè)氫鍵性官能團(tuán)設(shè)定2個(gè)以上虛擬原子的情況，與此相反，也有1個(gè)虛擬原子都不設(shè)定的情況。設(shè)定的虛擬原子數(shù)較多時(shí)只留下認(rèn)為對(duì)配基結(jié)合域的洞穴的深度很重要的虛擬原子，應(yīng)摻入10個(gè)以下，優(yōu)選5～10個(gè)。還有，對(duì)于虛擬原子，設(shè)定與此中心配置了該虛擬原子的三維晶格陣點(diǎn)相同的氫鍵性。
接著，選擇出一個(gè)化合物數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的分子結(jié)構(gòu)(S10)，從S1中構(gòu)建的ADAM方法的數(shù)據(jù)庫(kù)讀入選擇的分子結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo)、氫鍵性分類序號(hào)，分子力學(xué)計(jì)算用的信息以及構(gòu)象構(gòu)建用的信息(S11)。在這之后，建立虛擬原子和分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性雜原子間的氫鍵結(jié)合對(duì)應(yīng)關(guān)系(S12)。如果虛擬原子數(shù)為m個(gè)，分子結(jié)構(gòu)中存在的氫鍵性雜原子數(shù)為n個(gè)，則形成i個(gè)氫鍵的對(duì)應(yīng)組合的數(shù)量N(i)為mPiXnCi(式中P表示排列，C表示組合)個(gè)。優(yōu)選全部選擇虛擬原子和分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性雜原子的所有可能組合。
在這之后，對(duì)于滿足1min≤i≤1max條件的所有i，反復(fù)進(jìn)行S12～S29的步驟。其結(jié)果是在虛擬原子和分子結(jié)構(gòu)中存在的氫鍵性雜原子之間全部選擇了Σi=1min1maxN(i)]]>個(gè)的組合。按這種操作，可以選擇生物大分子和分子結(jié)構(gòu)所形成的氫鍵的全部組合，從而能夠系統(tǒng)地高效地研究生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的結(jié)合形式。1min優(yōu)選采用虛擬原子和氫鍵性雜原子數(shù)量中較小的數(shù)，1max優(yōu)選采用虛擬原子和氫鍵性雜原子數(shù)量中較大的數(shù)。
如對(duì)上述工序進(jìn)行具體的說(shuō)明，就是在S12中建立對(duì)應(yīng)關(guān)系后，選擇出虛擬原子和分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性雜原子的一個(gè)組合(S13)。此時(shí)，不選擇虛擬原子的氫鍵性和分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性雜原子的氫鍵性不一致的組合。接著，對(duì)于S13選擇的組合中所含的虛擬原子，算出各虛擬原子間的距離(S14)。但，如果虛擬原子數(shù)及分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性雜原子數(shù)均為1時(shí)，不進(jìn)行S14～S21的步驟直接到S22的步驟，接著不進(jìn)行S23～S25的步驟直接到S26的步驟。此外，如果虛擬原子數(shù)或分子結(jié)構(gòu)中存在的氫鍵性雜原子數(shù)任一者為1個(gè)時(shí)，不進(jìn)行S14～S21的步驟，直接到S22的步驟。
接著，分割分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性部分和非氫鍵性部分(S15)，對(duì)于S15中分割的分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的彎曲旋轉(zhuǎn)，選擇可能的鍵及其旋轉(zhuǎn)形式(S16)。在這之后，使S16選擇的鍵按照S1中構(gòu)建的ADAM方法三維數(shù)據(jù)庫(kù)輸入的鍵旋轉(zhuǎn)形式旋轉(zhuǎn)，從而依次生成分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象(S17)。于是，每個(gè)生成的構(gòu)象重復(fù)后面S18～S29的步驟。
這些步驟的詳細(xì)情況如下所述。對(duì)于S17生成的構(gòu)象，算出含S13選擇的組合的分子結(jié)構(gòu)中各氫鍵性雜原子的原子間距離(S18)。將S14所得虛擬原子的原子間距離和S18所得對(duì)應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性雜原子的原子間距離的差的平方和即F值在一定范圍以上的氫鍵組合和構(gòu)象去掉(S19)。即F=Σjn(n-1)2(rli-rdi)2]]>時(shí)，除去Ka≤F≤Ka’的氫鍵組合以外的那些(式中n表示氫鍵的數(shù)目，rdi表示第i個(gè)虛擬原子間距離，rli表示分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性雜原子的第i個(gè)原子間距離，Ka表示F的下限，Ka’表示F的上限)。作為上述Ka，優(yōu)選0.6～0.8，作為Ka’，優(yōu)選1.2～1.4。按照這些步驟，可以高效地收集生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的氫鍵結(jié)合形式以及配基分子的構(gòu)象可能性。
在這之后，對(duì)于S19中保留的氫鍵組合和構(gòu)象，最適化使上述F值最小的分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的構(gòu)象(S20)。按照此步驟，能使生物大分子和分子結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的氫鍵，從而修正分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。將分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分中存在的能夠彎曲旋轉(zhuǎn)的鍵的彎曲角作為變量，用Fletcher-Powell法(Fletcher，R.，Powell，M.J.D.，Computer.J.，6，1968，p.163)使上述函數(shù)F的值最小化，從而能夠最適化分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的構(gòu)象。
接下來(lái)，算出S20步驟最適化的分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的分子內(nèi)能，并將該分子內(nèi)能值在一定值以上的構(gòu)象去除(S21)。例如，利用AMBER4.0的分子力學(xué)計(jì)算分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的分子內(nèi)能時(shí)，該分子內(nèi)能在100千卡/摩爾的構(gòu)象最好去除。在這之后，為了使具有到上述S21為止的步驟所得構(gòu)象的分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性雜原子的坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)的虛擬原子的坐標(biāo)一致，將分子結(jié)構(gòu)的原子坐標(biāo)變換成生物大分子的坐標(biāo)(S22)。這個(gè)步驟中可以用Kabsh的最小二乘法(Kabsh，W.，Acta Cryst.，A32，1976，p.922；Kabsh，W.，ActaCryst.，A34，1978，p.827)。按照此操作，可以同時(shí)粗略地推測(cè)可能的氫鍵結(jié)合形式和分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的構(gòu)象。
接上述步驟，算出生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的分子間相互作用能(范德華相互作用能及靜電相互作用能的和)以及分子結(jié)構(gòu)的氫鍵結(jié)合部分的分子內(nèi)能(S23)。生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的分子間相互作用能Einter可以用距分子結(jié)構(gòu)中各原子k最近的三維晶格陣點(diǎn)的晶格陣點(diǎn)信息范德華相互作用能Gvdw(k)以及靜電相互作用能Gelc(k)，從下式(式中qk表示原子k的電荷)算出。Einter=ΣK{Gvdw(k)+Gelc(k)·qK}]]>此外，分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的分子內(nèi)能Eintra可以按照已知的方法算出。例如Eintra可以用AMBER4.0等公開的力學(xué)，以下式算出。[式中Vn表示對(duì)應(yīng)構(gòu)成彎曲角的4個(gè)原子的原子類型所給予的常數(shù)，n為表示對(duì)應(yīng)彎曲角旋轉(zhuǎn)的勢(shì)能對(duì)稱性的常數(shù)，Φ表示彎曲角，r表示對(duì)應(yīng)彎曲角旋轉(zhuǎn)的勢(shì)能相位(對(duì)應(yīng)構(gòu)成彎曲角的4個(gè)原子的原子類型所給予的)，Aij和Bij表示對(duì)應(yīng)分子結(jié)構(gòu)中第i個(gè)和第j個(gè)原子的原子類型對(duì)而設(shè)定的常數(shù)，Rij表示第i個(gè)和第j個(gè)原子間的距離，qj表示分子結(jié)構(gòu)中第j個(gè)原子的電荷，qi表示分子結(jié)構(gòu)中第個(gè)原子的電荷，ε表示介電常數(shù)]Eintra=ΣDihedralsΣnVn/2{1+cos(nφ-γ)}]]>+Σi<j(Aij/Rij12-Bij/Rij6)+Σi<j(qiqj/ϵRij)]]>將S23算出的分子間相互作用能和分子內(nèi)能的和在一定值以上的分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象去除(S24)。例如優(yōu)選去除上述能量和在每100分子量10千卡/摩爾以上的構(gòu)象。在這之后，將具有S24保留的構(gòu)象的分子結(jié)構(gòu)氫鍵性部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行最適化。通過(guò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)最適化計(jì)算將分子結(jié)構(gòu)氫鍵性部分的彎曲角、分子結(jié)構(gòu)的位置和方向最適化，從而可以最適化分子結(jié)構(gòu)氫鍵性部分的結(jié)構(gòu)。
例如使從下式Etotal＝Einter+Eintra+Whb·Nhb·Chb[式中Einter和Eintra意義和前述相同，Whb表示重量，Nhb表示氫鍵數(shù)目，Chb表示1個(gè)氫鍵的穩(wěn)定化能(例如2.5千卡/摩爾)]算出的總能量Etotal最小化，可以用Powell法(Press，W.H.，F(xiàn)lannery，B.P.，Teukolsky，S.A.，Vitterling，W.T.，Numerical Recipesin C，Cambridge University Press，Cambridge，1989)等最適化分子結(jié)構(gòu)氫鍵性部分的結(jié)構(gòu)。
接著，使分子結(jié)構(gòu)非氫鍵性部分的可以旋轉(zhuǎn)的鍵按照S1構(gòu)建的ADAM方法三維數(shù)據(jù)庫(kù)輸入的鍵旋轉(zhuǎn)形式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，依次產(chǎn)生分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象(S26)，對(duì)每個(gè)產(chǎn)生的構(gòu)象重復(fù)后面S27～S29的步驟。具體地說(shuō)，就是算出生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的分子間相互作用能以及分子結(jié)構(gòu)的分子內(nèi)能(S27)，將S27算出的分子間相互作用能和分子內(nèi)能的和在一定值以上的分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)象去除(S28)。在這之后，將具有S28保留構(gòu)象的全部分子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行最適化(S29)。算出到S29步驟所得的生物大分子-分子結(jié)構(gòu)復(fù)合物結(jié)構(gòu)的能量，選擇該能量最小的最穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)(S30)。
分子間相互作用能和分子內(nèi)能可以按和S23同樣的方法算出(但是S23中是只對(duì)分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分進(jìn)行計(jì)算，而S27中則必需對(duì)分子結(jié)構(gòu)全體進(jìn)行計(jì)算)。此外，作為上述能量的和的上限，優(yōu)選每100分子量10千卡/摩爾。按此步驟可以得到生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定復(fù)合物以及分子結(jié)構(gòu)的活性構(gòu)象。分子結(jié)構(gòu)的最適化可以按S25步驟中相同方法進(jìn)行(但是，S25中只對(duì)分子結(jié)構(gòu)的氫鍵性部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行最適化，而S29中則必須對(duì)分子結(jié)構(gòu)全體進(jìn)行結(jié)構(gòu)的最適化。)S30所得的最穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，根據(jù)生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的分子間相互作用能和分子結(jié)構(gòu)的分子內(nèi)能的值、氫鍵數(shù)目、以及環(huán)的數(shù)目等標(biāo)準(zhǔn)的全部或幾個(gè)，對(duì)是否選擇該分子結(jié)構(gòu)作為配基候選分子結(jié)構(gòu)作出判斷(S31)。作為分子間相互作用能，比如有靜電相互作用能、范德華相互作用能、氫鍵結(jié)合能以及它們的和。例如，優(yōu)選靜電相互作用能和范德華相互作用能的和在每100分子量2千卡/摩爾以下的分子結(jié)構(gòu)作為配基候選分子結(jié)構(gòu)。在這之后，判斷是否選擇了所有的分子結(jié)構(gòu)(S32)，如沒(méi)有選擇全部的分子結(jié)構(gòu)時(shí)返回步驟S10，重復(fù)S10～S31的步驟，選擇了全部的分子結(jié)構(gòu)時(shí)，接著進(jìn)行S33的步驟。
從S31選擇的配基候選分子結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行向更有希望的配基候選分子結(jié)構(gòu)的摻入(S33)。在此摻入之前先輸出配基候選分子結(jié)構(gòu)的信息(例如生物大分子和分子結(jié)構(gòu)的分子間相互作用能和分子結(jié)構(gòu)的分子內(nèi)能的值、氫鍵數(shù)目以及環(huán)的數(shù)目等)，如果決定了摻入的標(biāo)準(zhǔn)則很方便。例如最好是以生物大分子和配基候選分子結(jié)構(gòu)之間形成的氫鍵數(shù)目、生物大分子和配基候選分子結(jié)構(gòu)的分子間相互作用能的值以及原子數(shù)等作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行上述的摻入。
作為分子間相互作用能，有靜電相互作用能、范德華相互作用能以及它們的和。例如，優(yōu)選將靜電相互作用能和范德華相互作用能的和在每100分子量8千卡/摩爾以下的分子結(jié)構(gòu)作為有希望的配基候選分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行摻入。氫鍵數(shù)目根據(jù)生物大分子的種類可以設(shè)定任意的數(shù)，例如2以上，但優(yōu)選設(shè)定3以上。原子數(shù)可以設(shè)定任意數(shù)，例如20個(gè)以上，但優(yōu)選設(shè)定20～40的范圍。
生物大分子中構(gòu)建了很多虛擬原子時(shí)，或者分子結(jié)構(gòu)具有很大的構(gòu)象自由度或很多的雜原子時(shí)，在S9步驟中輸入涉及分子結(jié)構(gòu)的信息后，對(duì)分子結(jié)構(gòu)的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行S13至S15的步驟，并保存關(guān)于在此部分結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不可能的氫鍵結(jié)合形式的虛擬原子和分子結(jié)構(gòu)中氫鍵性雜原子的組合，以及不能和虛擬原子形成氫鍵的分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵性雜原子的信息。分子結(jié)構(gòu)的部分結(jié)構(gòu)可以不受任何結(jié)構(gòu)上的制約任意決定，但優(yōu)選含3個(gè)以上氫鍵性官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)部分。還有，也可以忽略此結(jié)構(gòu)部分構(gòu)象自由度的有無(wú)。
接上述步驟對(duì)分子結(jié)構(gòu)的全部進(jìn)行S13～S33的步驟，但是將含上述步驟保存的氫鍵性雜原子的組合以及虛擬原子和氫鍵性雜原子的組合從步驟S12建立的對(duì)應(yīng)關(guān)系的組合中除去。此結(jié)果能減小試驗(yàn)組合和構(gòu)象的數(shù)目，從而大幅度縮短尋找生物大分子-分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)所必要時(shí)間(上述方法有時(shí)稱為Pre-Pruning法PP法)。PP法基于，在分子結(jié)構(gòu)的部分結(jié)構(gòu)中不可能的氫鍵形式或配基構(gòu)象在分子結(jié)構(gòu)的全體結(jié)構(gòu)中也是不可能，這樣的假說(shuō)。
采用這種PP法，對(duì)所得的生物大分子-分子結(jié)構(gòu)復(fù)合物結(jié)構(gòu)的精度和可信度完全沒(méi)有影響，能夠大幅度縮短研究時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明，能夠用計(jì)算機(jī)高效地創(chuàng)制對(duì)藥物和農(nóng)藥有用的生理活性物質(zhì)。由于本發(fā)明方法利用的數(shù)據(jù)庫(kù)收錄有極大量沒(méi)有偏向性的分子，有可能通過(guò)一次的篩選工序就能選出有極大生理活性的最適分子結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生理活性化合物的創(chuàng)制方法，它包含以下工序(1)構(gòu)建收錄有網(wǎng)羅了從基本分子骨架上存在的可修飾部位選擇的1個(gè)或2個(gè)以上的取代部位和可以利用的取代基的全部組合的分子結(jié)構(gòu)的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)；(2)從該化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出滿足發(fā)揮生理活性所必要條件的分子結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1記載的方法，其中作為基本分子骨架，應(yīng)用了具有所期望生物活性的已知配基的分子骨架或其類似分子骨架。
3.權(quán)利要求1記載的方法，其中作為基本分子骨架，應(yīng)用了以結(jié)構(gòu)自動(dòng)構(gòu)建法生成的1個(gè)或2個(gè)以上的配基候選分子骨架或其類似分子骨架。
4.權(quán)利要求1記載的方法，其中作為基本分子骨架，應(yīng)用了從含具有多種分子骨架的化合物組的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中以程序“ADAM&EVE”選擇出的1個(gè)或2個(gè)以上的配基候選分子骨架或其類似分子骨架。
5.權(quán)利要求1記載的方法，其中應(yīng)用了組合構(gòu)建的2個(gè)以上的基本分子骨架。
6.權(quán)利要求5記載的方法，其中通過(guò)組合的基本分子骨架的構(gòu)建是通過(guò)對(duì)具有可修飾部位的1個(gè)或2個(gè)以上結(jié)構(gòu)單位和1個(gè)或2個(gè)以上連接部件進(jìn)行網(wǎng)羅式組合的工序的方法進(jìn)行。
7.權(quán)利要求6記載的方法，其中通過(guò)組合進(jìn)行的基本分子骨架的構(gòu)建以包含以下工序的方法進(jìn)行(E)從可利用的結(jié)構(gòu)單位中選出1個(gè)或2個(gè)以上的結(jié)構(gòu)單位；(F)對(duì)于各結(jié)構(gòu)單位根據(jù)需要添加使用條件；(G)從可利用的連接部件中選出1個(gè)或2個(gè)以上的連接部件；(H)設(shè)定應(yīng)結(jié)合的結(jié)構(gòu)單位數(shù)目的上限和下限，對(duì)于上述工序(E)和工序(G)所選的全部結(jié)構(gòu)單位和連接部件，在上述工序(F)中付加了使用條件的情況下在其范圍內(nèi)，網(wǎng)羅所有可能的組合，構(gòu)建出1個(gè)或2個(gè)以上的基本分子骨架。
8.權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)記載的方法，其中上述(2)的篩選工序是通過(guò)，包含利用目標(biāo)生物大分子的配基結(jié)合域和分子結(jié)構(gòu)的相互作用而篩選與生物大分子可能結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)的工序的方法進(jìn)行。
9.權(quán)利要求8記載的方法，其中上述(2)的篩選工序是通過(guò)，包含考慮了以生物大分子的結(jié)合形式和化合物構(gòu)象自由度，而對(duì)兩者最穩(wěn)定的復(fù)合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢索的工序的方法進(jìn)行。
10.權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)記載的方法，其中上述(2)的篩選工序是通過(guò)，包含基于已確定或推測(cè)可與生物大分子結(jié)合的配基分子的結(jié)構(gòu)和生物大分子的結(jié)合形式，篩選可與該生物大分子結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)的工序的方法進(jìn)行。
11.權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)記載的方法，其中上述(2)的篩選工序是通過(guò)，從至少含有化合物原子類型和共有結(jié)合形式信息的數(shù)據(jù)庫(kù)中用計(jì)算機(jī)選出可與生物大分子受體結(jié)合的候選化合物的方法，即包含根據(jù)可與生物大分子結(jié)合的1個(gè)或2個(gè)以上疑問(wèn)分子的原子類型和共有結(jié)合形式的信息進(jìn)行其與數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的化物的比較而選擇配基候選化合物的工序的方法進(jìn)行。
12.權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)記載的方法，上述(2)的篩選工序是通過(guò)根據(jù)已確定或推測(cè)具有所期望生理活性的化合物的分子結(jié)構(gòu)或該化合物中的官能團(tuán)的配置，判斷與該化合物的類似性的方法進(jìn)行。
13.應(yīng)用計(jì)算機(jī)按數(shù)據(jù)庫(kù)檢索法進(jìn)行生理活性化合物創(chuàng)制方法中所用的三維數(shù)據(jù)庫(kù)是收入有網(wǎng)羅了從基本分子骨架上存在的可修飾部位中選擇的1個(gè)或2個(gè)以上的取代部位和可利用的取代基之間所有的組合的分子結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
14.權(quán)利要求13中記載的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中的基本分子骨架是用具有所期望生理活性的已知配基的分子骨架或其類似分子骨架來(lái)構(gòu)建的。
15.權(quán)利要求13中記載的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中的基本分子骨是用以結(jié)構(gòu)自動(dòng)構(gòu)建法構(gòu)建的配基候選分子骨架或其類似分子骨架來(lái)構(gòu)建的。
16.權(quán)利要求13記載的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中的基本分子骨架是用以程序“ADAM&EVE”從化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中選出的配基候選分子骨架或其類似分子骨架來(lái)構(gòu)建的。
17.權(quán)利要求13記載的數(shù)據(jù)庫(kù)，是用組合式構(gòu)建的2個(gè)以上的基本分子骨架構(gòu)建的。
18.用于存儲(chǔ)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)記載的數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)介質(zhì)。
全文摘要
應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生理活性化合物的創(chuàng)制方法,它包含以下工序:(1)構(gòu)建收錄有網(wǎng)羅了從基本分子骨架上存在的可修飾部位選擇的至少1個(gè)的取代部位和可以利用的取代基的全部組合的分子結(jié)構(gòu)的化合物數(shù)據(jù)庫(kù);(2)從該化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出滿足發(fā)揮生理活性所必要條件的分子結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1209111SQ96180097
公開日1999年2月24日 申請(qǐng)日期1996年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月28日
發(fā)明者板井昭子, 首藤紘一 申請(qǐng)人:板井昭子