2. HÓA DƯỢC VÀ THIẾT KẾ THUỐC HỢP LÝ - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (29 trang)

Trang chủ

Y - Dược

Hóa dược

2. HÓA DƯỢC VÀ THIẾT KẾ THUỐC HỢP LÝ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.64 MB, 29 trang )

Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lý452. HÓA DƯC VÀ THIẾT KẾ THUỐC HP LÝMục tiêu- Trình bày được các quá trình trong nghiên cứu mối liên quan đònh lượng giữa cấu trúc vàtác dụng- Trình bày được mô hình ‘pharmacophore’, quá trình ‘docking’ và sàng lọc trên máy tính- Trình bày được các ứng dụng của vi tính trong hóa dược- Trình bày được quá trình thiết kế thuốc hợp lý.2.1. ỨNG DỤNG VI TÍNH TRONG HÓA DƯCVi tính là phương tiện hữu hiệu trong hóa dược hiện đại và quan trọng trong cả hai quátrình khám phá và phát triển thuốc.2.1.1. Các phương pháp tính toán dữ liệu về cấu dạng và tính chất phân tửCó nhiều phép toán được thực hiện trong mô hình mô tả phân tử bao gồm việc sử dụngcác chương trình hoặc các thuật toán để tính toán các dữ liệu về cấu trúc và tính chất củaphân tử. Thí dụ như có thể tính toán năng lượng của phân tử khi các nguyên tử có sắp xếpkhác nhau trong không gian (cấu dạng), thay đổi cấu trúc để đạt mức năng lượng tối thiểuvà tính toán các dữ liệu về tính chất hóa lý như điện tích, moment lưỡng cực, nhiệt tạothành. Chi tiết về các thuật toán này rất phức tạp tuy nhiên có vài nguyên lý cơ bản quantrọng giải thích các quá trình đã diễn ra. Các phương pháp sử dụng máy điện toán để tínhtoán các dữ liệu về cấu trúc và tính chất phân tử có thể chia làm 2 nhóm: cơ học phân tửvà cơ học lượng tử.2.1.1.1. Phương pháp cơ học phân tửTrong cơ học phân tử, phương trình được sử dụng theo các luật của vật lý cơ bản và ứngdụng vào hạt nhân (proton và neutron) của nguyên tử trong phân tử mà không quan tâmđến các điện tử. Về cơ bản, phân tử được xem như các khối cầu (nguyên tử) liên kết vớinhau bởi các đường cong hay lò xo (liên kết). Các phương trình được ứng dụng từ cơ họccổ điển dùng để tính toán các tương tác khác nhau và lực liên kết hình thành từ sự kéo dãncủa các liên kết, sự thay đổi các góc liên kết, năng lượng do sự xoắn và các tương táckhông liên kết. Các tính toán này cần phải có các số liệu hoặc thông số được xây dựngtrong các chương trình và các số liệu này có khả năng mô tả được sự tương tác khác nhaucủa các nhóm nguyên tử. Năng lượng tính toán bởi phương pháp cơ học phân tử không cóý nghóa như là các con số tuyệt đối nhưng nó rất hữu ích khi so sánh các cấu dạng khácnhau của cùng một phân tử. Phương pháp cơ học phân tử nhanh và không chiếm nhiều thờigian của máy tính so với phương pháp cơ học lượng tử. Nhược điểm của phương pháp nàylà không tính toán được các tính chất của điện tử nên tác động của điện tử không thể tínhđến trong phép toán. Chương trình MM2 trong các phần mềm mô tả mô hình phân tử làdựa trên phương pháp cơ học phân tử.2.1.1.2. Phương pháp cơ học lượng tửCơ học lượng tử sử dụng vật lý lượng tử để tính toán các tính chất của phân tử có tính toánđến các tương tác giữa điện tử và hạt nhân trong phân tử. Không giống như cơ học phân46Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýtử, các nguyên tố không được xem như là các khối cầu. Để thuận tiện cho việc tính toán,các giá trò ước lượng được xây dựng. Đầu tiên, hạt nhân được xem như là không có sựchuyển động. Điều này là hợp lý khi chuyển động của điện tử rất nhanh so với chuyểnđộng của hạt nhân. Khi điện tử được xem là chuyển động xung quanh hạt nhân cố đònh thìnăng lượng hạt nhân có thể mô tả riêng biệt với năng lượng của điện tử. Thứ hai là thừanhận các điện tử chuyển động độc lập với nhau, vì thế ảnh hưởng của các electron và hạtnhân là giá trò trung bình.Phương pháp cơ học lượng tử chia làm 2 phương pháp là ‘ab initio’ và ‘semi-empirical’.Phương pháp ‘ab initio’ tính toán chi tiết, nghiêm ngặt hơn và không cần các dữ liệu haythông số chứa sẵn trong chương trình. Nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều thờigian để tính toán và tùy thuộc vào mức độ xử lý của máy tính cũnh như chỉ áp dụng đượcở các phân tử nhỏ (10-100 nguyên tử). Phương pháp semi-empirical tính toán nhanh hơnnhưng kém chính xác. Tuy nhiên phương pháp này có thể áp dụng cho các phân tử lớn.Hiện nay có rất nhiều chương trình semi-empirical như MINDO/3, MNDO, MNDO-d,AM1, PM3. Các phương pháp này ngày càng nhanh hơn nhờ sử dụng thêm các giá trò ướclượng và các thông số chứa trong máy vi tính.2.1.1.3. Lựa chọn phương phápSự lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào yếu tố cần tính toán cũng như kích thước củaphân tử. Phương pháp ‘ab initio’ bò giới hạn ở phân tử chỉ chứa hàng chục nguyên tử, cònphương pháp ‘semi-empirical’ có thể tính toán phân tử chứa hàng trăm nguyên tử vàphương pháp cơ học phân tử có thể tính toán phân tử chứa hàng ngàn nguyên tử.Phương pháp cơ học phân tử thường sử dụng cho các tính toán sau:-Tối thiểu hóa năng lượng-Xác đònh cấu dạng bền vững-Tính toán năng lượng cho các cấu dạng đặc biệt-Tạo ra các cấu dạng khác nhau-Nghiên cứu chuyển động của phân tửPhương pháp cơ học lượng tử thường ứng dụng để tính toán:-Năng lượng và hệ số orbital của phân tử-Nhiệt tạo thành của cấu dạng đặc biệt-Điện tích nguyên tử từng phần tính toán dựa vào hệ số orbital-Khả năng tích tónh điện-Moment lưỡng cực-Các trạng thái trung gian về không gian và năng lượng-Năng lượng cắt đứt liên kết47Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lý2.1.2. Vẽ cấu trúc hóa họcPhần mềm vẽ cấu trúc hóa học không cần thiết phải kèm theo các phương pháp tính toánnhưng chúng thường kết hợp với nhau trong các phần mềm mô tả mô hình phân tử. Hiệnnay, nhiều phần mềm như ChemDraw, ChemWindow, Isis Draw giúp cho vẽ các côngthức hóa học nhanh và đẹp. Công thức hóa học trong phần này sử dụng phần mềmChemDraw.H3COCOOOH2-Acetoxy-benzoic acidChemical ProperitiesBoiling Point: 640.91 [K]AnalysisMelting Point: 432.56 [K]Fomular: C9H8O4Critical Temp: 797.61 [K]Exact Mass: 180.04Critical Pres: 35.77 [Bar]Mol. Wt.: 180.16Critical Vol: 481.50 [cm3/mol]m/e: 180.04 (100.0%), Gibbs Energy: -526.60 [kJ/mol]181.05 (10.3%),Log P: 1.21182.05 (1.3%)MR: 43.29 [cm3/mol]Elem.Anal: C, 60.00;Henry's Law: 7.27H, 4.48;Heat of Form: -671.58 [kJ/mol]O, 35.52CLogP: 1.0235CMR: 4.4576ChemNMR H-1 EstimationChemNMR C-13 EstimationOO168.0O2.08OO16.9O154.77.28OH11.07.57121.3123.5134.18.10172.0OH130.5125.27.28Cấu trúc của aspirin và các phân tích, dự đoán tính chất từ chương trình ChemDraw 7.0Một số phần mềm vẽ cấu trúc liên kết với các phần mềm khác có khả năng tính toánnhanh một số tính chất của cấu trúc. Thí dụ như cấu trúc chất vẽ bởi ChemDraw Ultra thìtên hóa học theo IUPAC có thể tìm được cũng như công thức phân tử, phân tử lượng, khốilượng chính xác, và phân tích nguyên tố trên lý thuyết. Ngoài ra, các thông số như phổ 1H,13C NMR, điểm chảy, điểm đông, giá trò logP, độ khúc xạ, và nhiệt tạo thành đều có thểdự đoán được.2.1.3. Cấu trúc không gian 3 chiềuCác phần mềm mô hình mô tả phân tử cho phép xây dựng các cấu trúc không gian 3 chiềucủa phân tử trên máy tính. Các phần mềm được sử dụng như Chem3D, Alchemy, Sybyl,Hyperchem, ChemX, CAChe, MOE… Mô hình 3D có thể xây dựng từ các nguyên tố vàcác liên kết. Tuy nhiên, cấu trúc không gian 3D cũng có thể chuyển đổi từ cấu trúc 2Dmột cách tự động. Thí dụ cấu trúc 2 chiều của một chất vẽ từ ChemDraw được copy vàdán qua chương trình Chem3D thì kết quả là cấu trúc 3 chiều của chất đó sẽ được hìnhthành một cách tự động.H3COCOOOH2D3DAspirin từ cấu trúc 2 chiều chuyển sang cấu trúc 3 chiều từ ChemDraw 7.0 sang Chem 3D 7.048Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lý2.1.4.Tối thiểu hóa năng lượng (Energy minimization)Một khi vẽ được cấu trúc 3D của một chất thì quá trình tối thiểu hóa năng lượng phải đượcthực hiện bởi vì trong quá trình vẽ cấu trúc độ dài liên kết, góc liên kết và góc xoắn cóthể không phù hợp. Một số tương tác không liên kết bất thường có thể xuất hiện (có nghóalà các nguyên tử ở các phần khác của phân tử chiếm cùng một khoảng trống không gian).Quá trình tối thiểu hóa năng lượng thường thực hiện bởi chương trình cơ học phân tử bằngcách tính toán năng lượng của cấu dạng lúc đầu, sau đó thay đổi các độ dài liên kết, gócliên kết, góc xoắn để tạo ra cấu dạng mới. Năng lượng của cấu dạng mới sẽ được tínhtoán để xem cấu dạng mới có bền hơn cấu dạng cũ hay không. Nếu cấu dạng khởi điểmvốn đã không bền thì một sự thay đổi nhỏ ở độ dài liên kết hay góc liên kết sẽ tạo ra mộtsự thay đổi lớn lên năng lượng của toàn cấu dạng, và kết quả là có sự khác biệt lớn vềnăng lượng (∆E). Chương trình ghi nhận điều này, tiếp tục thực hiện quá trình thay đổi.Chương trình ghi nhận thay đổi nào dẫn đến cấu dạng bền vững và thay đổi nào thì khôngảnh hưởng đến năng lượng của toàn bộ cấu dạng. Cuối cùng, một cấu dạng được tìm rađáp ứng điều kiện là sự thay đổi của độ dài liên kết, góc liên kết, góc xoắn của cấu dạnglàm thay đổi năng lượng của cấu dạng trong giới hạn cho phép (10 -2, 10-3, 10-4, 10-5kcal/mol tùy yêu cầu) – đó là cấu dạng đạt được mức năng lượng tối thiểu. Chương trìnhhiểu đó như là cấu trúc bền vững nhất và chương trình tự động dừng lại.2.1.5. Quan sát cấu trúc 3DCấu trúc 3D của phân tử có thể xoay cấu trúc theo các trục khác nhau (xyz) để nghiên cứucấu dạng của cấu trúc ở các góc độ khác nhau. Cấu trúc có thể biểu diễn ở các dạng đònhdạng khác nhau như các nối đôi hình trụ (cylindrical bonds), cấu trúc dây (wire frame),que (sticks), hình cầu kết hợp que (ball and stick), lắp đầy không gian (space filling).Cấu trúc 3D của aspirin ở các trục khác nhauBall and StickCylindrical bondsWire frameSticksCấu trúc 3D của aspirin ở các dạng đònh dạng khác nhauSpace fillingHóa dược và thiết kế thuốc hợp lý49Có một dạng đònh dạng khác được biết như là đònh dạng rubăng (ribbon) thích hợp choviệc biểu diễn cho cấu trúc protein.Cấu trúc enzym phosphodiesterase 5 trình bày ở dạng ribbon và sildenafil ở dạng stick (PDB 2h42).2.1.6. Tính chất của phân tửCó nhiều tính chất của cấu trúc 3D có thể tính toán khi công thức 3D được xây dựng và tốiưu hóa năng lượng. Thí dụ như năng lượng steric (do sự bố trí các nguyên tử trong khônggian) có thể tính toán được vì đó chính là một phần của quá trình tối ưu hóa năng lượng.Năng lượng steric thể hiện các mức thay đổi năng lượng trong phân tử khi các liên kếtcăng dãn ra hay co lại, các góc liên kết hay góc xoắn bò biến dạng, tương tác không liênkết tăng lên khi các nguyên tử gần lại với nhau trong không gian, tương tác lưỡng cực.Năng lượng steric hữu hiệu để so sánh các cấu dạng khác nhau của cùng một cấu trúcnhưng không thể so sánh năng lượng steric của các phân tử khác nhau.Các tính chất khác của cấu trúc có thể dự đoán được như nhiệt tạo thành, moment lưỡngcực, mật độ điện tích, khả năng tích tónh điện, mật độ các electron, hằng số liên kết, điệntích từng phần, khả năng phân cực, tần số rung động.2.1.6.1. Điện tích từng phầnElectron hóa trò của phân tử không cố đònh ở một nguyên tố nào cả mà electron nàychuyển động xung quanh toàn bộ phân tử. Tuy nhiên, các electron lại tập trung gần hơn ởcác nguyên tử điện âm hơn là các nguyên tử tích điện dương và sự phân bố này khôngđều, kết quả là ở một số phần của phân tử sẽ tích điện dương và phần khác sẽ tích điệnâm.2.1.6.2. Khả năng tích tónh điện phân tửMột trong những cách để khảo sát sự phân bố điện tích của phân tử là xem phân tử nhưmột thể thống nhất chứ không phải bao gồm các nguyên tử và các liên kết đơn lẻ. Do đócó thể xác đònh được các phần của phân tử giàu và nghèo điện tử. Khả năng tích tónh điệnphân tử quan trọng trong kỹ thuật 3D-QSAR bằng CoMFA (phân tích trường phân tử sosánh). Điều này cũng hữu dụng trong việc xác đònh và giải thích trường hợp các phân tử50Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýcó cấu trúc khác nhau nhưng có thể liên kết với cùng một điểm tác động ở các vùng tíchđiện tương ứng.Khả năng tích tónh điện phân tử (Molecular electrostatic potentials - MEPs) được tính toánbằng cách cho một phân tử proton thăm dò (proton probe) ở các vò trí khác nhau trongkhông gian xung quanh phân tử. Năng lượng liên kết của đầu dò proton này ở các vò tríkhác nhau sẽ được xác đònh bằng tương tác của proton này với điện tích từng phần củamỗi nguyên tử. Một cách khác, MEP có thể được tính toán dựa trên cơ học lượng tử bằngcách tính toán với các orbital phân tử.Khả năng tích tónh điện phân tử của aspirin được tính toán bằng phương pháp semi-empirical AM1Khả năng tích tónh điện của histaminMột thí dụ về ứng dụng của MEP trong thiết kế thuốc được đề cập đến khi thiết kế dãydẫn chất cromakalim khi vòng thơm chứa nhóm thế cyano –CN được thay thế bằng vòngpyridin. Đây là một nghiên cứu về nhóm dẫn chất cromakalin có cùng tác dụng hạ huyếtáp nhưng khác nhau về dược động học. Để còn lại hoạt tính, điều quan trọng là dò vòngthế vào phải có cùng tính chất, đặc tính như là vòng thơm cũ. Do đó, MEP của hệ thốngvòng đôi (bicyclic) được tính toán và so sánh với vòng thơm ban đầu (IV). Phân tích sosánh các vùng có khả năng tích điện âm và các vùng có khả năng tạo liên kết hydro xungquanh phân tử. Kết quả quá trình phân tích xác đònh là hệ thống vòng (III) có cùng tínhchất tích tónh điện với (IV) và được lựa chọn để thiết kế ra dãy dẫn chất (II).ONC4O3OHCH3CH3Othay dổi vòn gNCromakalimSự thay đổi vòng ở cromakalim4O(II)3OHCH3CH351Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýN4NC3O4CH3CH33O(III)CH3CH3(IV)Mô hình hệ thống vòng đôi ở nghiên cứu MEP trên cromakalim2.1.6.3. Orbital phân tửCác orbital của một chất có thể tính toán bằng cách sử dụng cơ học lượng tử. Thí dụ nhưethen cho ra 12 orbital phân tử. Orbital phân tử chia làm 2 loại là vân đạo phân tử đầy caonhất (highest occupied molecular orbital HOMO) và vân đạo phân tử trống thấp nhất(lowest unoccupied molecular orbital LUMO).Nghiên cứu về các orbital HOMO và LUMO đặc biệt quan trọng khi thuyết orbital phân tửchỉ ra rằng các orbital này rất quan trọng cho khả năng phản ứng của các phân tử. Thí dụngười ta đã sử dụng thuyết orbital HOMO, LUMO để giải thích cho khả năng tương táccủa ketanserin lên thụ thể serotonin. Ketanserin là chất đối vận (antagonist) trên thụ thểserotonin và có ái lực liên kết lớn hơn so với các liên kết bình thường. Để giải thích cho áilực liên kết này, người ta cho rằng liên kết với sự chuyển đổi điện tích đã xảy ra giữa hệthống vòng fluorobenzoyl thiếu hụt điện tử của ketanserin với tryptophan giàu điện tử tạiđiểm liên kết của thụ thể serotonin. Để kiểm tra điều này, năng lượng HOMO và LUMOđược tính toán cho mô hình phức hợp giữa vòng indol của tryptophan và vòngfluorobenzoyl của ketanserin. HOMO của hệ thống phức hợp indol-flourobenzoyl tậptrung ở cấu trúc indol trong khi LUMO tập trung tại nhóm fluorobenzoyl, điều này chothấy đã xảy ra sự chuyển đổi điện tích. Đối với các chất đối vận khác thì không có sựphân chia rõ ràng giữa các orbital HOMO và LUMO như trường hợp của ketanserin vàvòng indol bao gồm cả 2 dạng orbital.OH2N CHC OHCH2OONNNHKetanserinhệ vòn g indolgiàu điện tửFhệ vòn g fluorobenzoylthiếu điện tửHNTryptophanCấu trúc ketanserin chứa hệ vòng fluorobezoyl thiếu điện tử và tryptophan chứa vòng indol giàu điện tử2.1.6.4. Chuyển dòch quang phổCó thể tính toán mức độ chuyển dòch quang phổ hồng ngoại (infrared IR) và tử ngoại(ultravilolet UV) của một phân tử. Phổ IR lý thuyết của một chất có thể tạo được bằng tínhtoán nhưng không chắc chắn là phổ này sẽ chính xác phù hợp với phổ thực tế. Tuy nhiêncác vò trí của các hấp thu đặc hiệu có thể xác đònh và hữu ích trong thiết kế thuốc.Thí dụ, hoạt tính của các penicillin liên quan đến vò trí của sự chuyển động dãn dài củanhóm carbonyl trên khung β-lactam trong phổ IR. Tính toán số sóng lý thuyết của các cấutrúc β-lactam có thể sử dụng trong việc nhận dạng các chất cho cùng tác động trước khibắt đầu tổng hợp các cấu trúc này.52Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lý2.1.7. Phân tích cấu dạng2.1.7.1. Năng lượng tối thiểu cục bộ và năng lượng tối thiểu toàn phầnNăng lượngQuá trình tối thiểu hóa năng lượng sẽ thu được cấu dạng của cấu trúc 3D bền. Tuy nhiêncấu trúc thu được đôi khi không phải là cấu trúc bền vững nhất. Điều này có thể xảy rabởi vì quá trình tối thiểu hóa năng lượng sẽ dừng lại khi đạt đến cấu dạng bền vững thứnhất và có thể là một cấu dạng rất gần với cấu dạng lúc ban đầu. Quá trình có thể minhhoạ bằng hình sau với cấu dạng bền vững nhất cách biệt với cấu dạng có mức năng lượngcao hơn bởi một rào cản năng lượng.Cấu dạng ban đầuNăng lượng tốithiểu cục bộNăng lượng tốithiểu tồn phầnNăng lượng tối thiểu cục bộ và toàn phầnNếu như cấu dạng 3D ban đầu có mức năng lương như hình trên thì quá trình tối thiểu hóanăng lượng sẽ dừng lại khi mức năng lượng của cấu dạng đạt đến cấu dạng bền bững đầutiên có nghóa là mức năng lượng tối thiểu cục bộ. Tại điểm này, sự thay đổi của cấu trúcdẫn đến sự thay đổi rất nhỏ về năng lượng và do đó quá trình tối thiểu hóa năng lượng sẽkết thúc. Để vượt qua rào cản năng lượng này đạt đến cấu dạng bền vững hơn thì sự thayđổi cấu trúc phải diễn ra với sự gia tăng năng lượng đáng kể và điều này sẽ không thựchiện được bởi chương trình tối thiểu hóa năng lượng. Do đó để tìm ra cấu dạng bền vữngnhất thì cần thiết phải tạo ra cấu dạng mới của phân tử và so sánh năng lượng ‘steric’ giữacác cấu dạng. Có 2 phương pháp có thể tiến hành quá trình này là động lực học phân tử(molecular dynamics) và sự quay từng bước của các liên kết (stepwise rotation of bonds).2.1.7.2. Động lực học phân tửCó thể tạo ra các cấu dạng khác nhau của một cấu trúc bằng cách sử dụng nguyên lý củacơ học phân tử (MM2) với chương trình động lực học phân tử. Các phân tử sẽ được gianhiệt đến nhiệt độ 800-900 K. Dó nhiên là không phải máy tính sẽ bò đốt cháy. Chươngtrình sẽ làm cho cấu trúc với các thay đổi của các nối như các nối dãn dài, các nối quaytròn tương tự như khi cấu trúc được gia nhiệt. Kết quả là hàng rào năng lượng giữa các cấudạng khác nhau sẽ được vượt qua. Trong quá trình này, cấu trúc sẽ được ‘gia nhiệt’ ở nhiệtđộ cao (900 K) trong một thời gian nhất đònh (thí dụ như 5 picro giây) và sau đó được ‘làmlạnh’ đến 300 K trong một khoảng thời gian khác (10 picro giây) để đưa ra cấu trúc cuốiHóa dược và thiết kế thuốc hợp lý53cùng. Quá trình sẽ được tự động lặp lại nhiều lần như tùy theo mong muốn để có đượcnhiều cấu dạng khác nhau cần thiết. Các cấu trúc sẽ được ghi nhận lại, tối thiểu hóa nănglượng và xác đònh năng lượng ‘steric’. Bằng cách thực hiện quá trình này, các cấu dạngvới sự khác biệt về năng lượng sẽ được tìm ra và các cấu dạng này bền hơn cấu dạng banđầu.Thí dụ như cấu trúc 2 chiều của butan được vẽ trong ChemDraw, được chuyển sangChem3D và tối thiểu hóa năng lượng. Bởi cách thức vẽ cấu trúc, quá trình tối thiểu hóanăng lượng sẽ dừng lại ở mức năng lượng cục bộ đầu tiên với cấu dạng ‘gauche’ có mứcnăng lượng ‘steric’ là 3,038 kcal/mol. Chương trình động lực học phân tử sẽ tạo ra các cấudạng khác và tạo ra cấu dạng trans hoàn toàn so le mà sau khi tối ưu hóa có mức nănglượng ‘steric’ là 2,175 kcal/mol. Như vậy, cấu dạng trans này bền hơn cấu dạng ở mứcnăng lượng tối thiểu cục bộ đầu tiên với mức chênh lệch năng lượng khoảng 1 kcal/mol.Thực tế vấn đề này sẽ được giải quyết hiệu quả hơn bằng sự quay từng bước của các liênkết. Động lực học phân tử thường sử dụng trong việc tạo ra các cấu dạng khác nhau củaphân tử với cấu trúc không cho phép quay từng bước liên kết như hệ thống vòng, hoặc cáccấu trúc cần phải phân tích rất lâu bằng quá trình này như các phân tử có cấu trúc quá lớn.Thí dụ như cấu trúc dạng xoắn thuyền của cyclohexan vẫn là cấu trúc xoắn thuyền sauquá trình tối thiểu hóa năng lượng. ‘Gia nhiệt’ phân tử bằng chương trình động lực họcphân tử sẽ tạo ra các cấu dạng khác nhau bao gồm cả cấu dạng ghế bền vững hơn.2.1.7.3. Quay từng bước các liên kếtMặc dù quá trình động lực học phân tử có thể tạo ra các cấu dạng khác nhau nhưng tuynhiên cũng không đảm bảo là sẽ xác đònh được tất cả các cấu dạng có thể có của cấu trúc.Quá trình hệ thống hơn là tạo các cấu dạng khác nhau bằng cách xoay từng liên kết đơn ởcác góc khác nhau. Thí dụ 13 cấu dạng của butan được tạo ra bằng cách xoay tự động liênkết ở giữa 30o mỗi lần. Năng lượng ‘steric’ của mỗi cấu dạng sẽ được tính toán và pháthiện ra cấu dạng bền vững nhất là cấu dạng trans hoàn toàn so le và dạng kém bền nhấtlà cấu dạng cis che khuất. Trong quá trình này, sự tối thiếu hóa năng lượng không canphải thực hiện cho mỗi cấu dạng khi muốn xác đònh cấu dạng nào là bền hay không bền.Các phần mềm có thể tự động xác đònh tất cả các nối đơn có thể xoay trong cấu trúc. Liênkết đến nguyên tử hydro hoặc đến các nhóm methyl được loại trừ vì sự xoay của các liênkết này không tạo ra sự thay đổi cấu dạng có ý nghóa. Một khi các liên kết có thể xoayđược xác đònh, chương trình sẽ tạo ra tất cả các cấu dạng có thể có với sự xoay của cácliên kết ở các góc nhất đònh được thiết lập bởi người điều khiển (thí dụ 10 o, 30o, 45o…). Sốlượng cấu dạng tạo ra phụ thuộc vào số các liên kết được xoay và góc xoay.Thí dụ như cấu trúc với 3 liên kết xoay được phân tích với độ xoay tăng dần 10 o sẽ tạo rađược 46656 cấu dạng. Cấu trúc với 4 liên kết xoay, thay đổi 30 o sẽ tạo ra được 20736 cấudạng. Thông thường quá trình tạo ra 1000 cấu dạng mất khoảng 1 giây. Tuy nhiên vấn đềquan trọng là hiệu quả thu được và xác đònh bao nhiêu lần xoay của từng liên kết ở mộtthời điểm để đảm bảo cho tính đại diện và quản lý được số lượng các cấu dạng được tạora.54Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýQuá trình cũng có thể hiệu quả hơn tùy thuộc vào thông tin yêu cầu. Thí dụ như nếu chỉcần xác đònh cấu dạng bền vững nhất thì chương trình có thể tự động lọc bỏ các cấu dạngmà có dạng che khuất hoặc gần che khuất. Chương trình cũng có thể lọc bỏ các cấu dạngvô lý (nonsense). Các cấu dạng vô lý này xuất hiện khi các nguyên tử chiếm cùng vò trítrong không gian. Các cấu dạng này sẽ gia tăng khi quá trình xoay liên kết thực hiện bởichương trình không có sự phân tích các quá trình xoay khác diễn ra ở đâu đó trong phân tử(sự trùng lắp).Khi các cấu dạng được tạo ra, các cấu dạng sẽ được xếp thành bảng và sắp xếp theo thứtự của độ bền. Các cấu dạng bền vững nhất sẽ được tối thiếu hóa năng lượng và sẽ đượcso sánh.2.1.8. Docking2.1.8.1. Docking thủ côngMô tả phân tử (molecular modeling) có thể dùng để lắp hay gắn (dock, fit) phân tử(ligand) vào mô hình của điểm tác động hay điểm gắn kết (binding site, active site) củamục tiêu tác động (receptor, enzym) trong không gian 3 chiều. Nếu như các nhóm liên kếtcủa ligand và điểm gắn kết đã được xác đònh, người điều khiển chương trình có thể xácđònh liên kết nào tồn tại giữa ligand và điểm gắn kết của mục tiêu tác động. Khi khoảngcách liên kết lý tưởng (thường ≤ 3 Å cho liên kết hydro) của mỗi liên kết được xác đònh thìchương trình docking có thể vận hành. Ngoài ra còn các liên kết khác như liên kết ion,liên kết van der Waals, liên kết bề mặt… Chương trình chuyển cấu trúc phân tử ligandxung quanh điểm liên kết và cố gắng tìm ra dạng phức hợp gắn kết có mức năng lượngbền nhất. Trong quá trình docking, các nhóm liên kết của ligand và điểm gắn kết sẽ liênkết với nhau trong khoảng cách của vùng giới hạn được đònh ra lúc ban đầu. Cả ligand vàmục tiêu tác động đều giữ nguyên cấu dạng ban đầu trong quá trình này nên đây là quátrình gắn cứng. Một khi ligand gắn cứng thành công trong quá trình docking, quá trình tốiưu hóa khả năng gắn kết sẽ được diễn ra. Quá trình này giống như là quá trình tối thiểuhóa năng lượng nhưng sẽ thực hiện trên dạng phức hợp mục tiêu và ligand. Các dạng cấudạng khác của ligand có thể docking như cách trên và năng lượng liên kết sẽ xác đònhdạng cấu dạng nào sẽ gắn kết tốt nhất.2.1.8.2. Docking tự độngQuá trình docking tự động có thể thực hiện bởi các chương trình như ChemX, FlexX,Dock, Gold… và các chương trình này sẽ tự quyết đònh cách thức dock của ligand.Đầu tiên, cấu trúc tinh thể tia X của protein được xác đònh (tìm kiếm trên protein databank) và nạp vào máy tính. Các acid amin trong túi liên kết (binding pocket) sẽ được giữlại biểu hiện trên màn hình, còn các phần còn lại sẽ được che giấu đi (cấu trúc phần giấuđi vẫn còn nhưng được cất đi không cho biểu hiện trên màn hình để cho việc phân tích vàquan sát dễ dàng hơn). Quá trình này sẽ cho biết acid amin nào sẽ tạo liên kết với ligandvà nếu như thông tin chưa có thì quá trình phân tích nhằm tìm ra các trung tâm có khảnăng liên kết quan trọng sẽ được thực hiện [nghóa là các trung tâm cho liên kết hydro(hydro bond donor), các trung tâm nhận liên kết hydro (hydro bond acceptor), acid, base,các trung tâm tích điện, hệ thống vòng thơm]. Khi tất cả các trung tâm được xác đònh, vò55Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýtrí được xác đònh trên điểm tác động nơi mà nhóm liên kết trên ligand sẽ đònh vò cho nốiliên kết (giữa ligand và mục tiêu tác động).Trong quá trình này, các vòng thơm sẽ tương tác trên bề mặt với nhau. Các trung tâmnhận và cho liên kết hydro trên ligand nằm dọc theo đường thẳng của liên kết carbon vàdò tố (N, O). Khi các trung tâm trên ligand được xác đònh, toàn bộ các góc tam giác của‘pharmacophore’ sẽ được xác đònh. ‘Pharmacophore’ được hiểu như là các vò trí đại diệncho nguyên tử hay nhóm nguyên tử có khả năng tạo liên kết với mục tiêu tại điểm gắnkết. ‘Pharmacophore’ có thể là nhóm các nguyên tử sắp xếp trong không gian hoặc lànhóm chức được cho là mang lại các hoạt tính sinh học. Tuy nhiên, pharmacophore khôngđại diện cho một nhóm chức hóa học, một nhóm nguyên tử hay một nguyên tử cụ thể nào.Pharmacophore được thể hiện bằng nhóm cho và nhận liên kết hydro, nhóm tích điện,nhóm kỵ nước, các vòng và trung tâm thơm… Trong quá trình nhận diện pharmacophoretrong docking, rất nhiều các tam giác ‘pharmacophore’ có thể tạo ra do đó cần nên đơngiản bớt các o‘pharmacophore’ như các ‘pharmacophore’ nằm ở các rìa của điểm liên kết(binding site). Một điều cần lưu ý là các trung tâm liên kết được cho là quan trọng thì phảiđược đưa vào trong các tam giác ‘pharmacophore’.NH2OHNhóm cho liên kết hydroAcidTrung tâm tích điện âmVòng thơmTrung tâm kỵ nướcNhóm nhận liên kết hydroVòng thơmTrung tâm kỵ nướcCác trung tâm liên kết và vò trí của các nhóm liên kết trên ligandCác tam giác pharmacophore trên ligand từ hình trênCác ligand có cấu trúc khác nhau nhưng vẫn có khả năng ‘dock’ vào cùng điểm gắn kếttrên mục tiêu tác động. Chương trình sẽ tìm kiếm các pharmacophore trong cấu trúc ligandđáp ứng với hệ pharmacophore trong điểm gắn kết. Một khi cấu trúc được tìm thấy, tam56Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýgiác pharmacophore sẽ chồng lên nhau. Khi quá trình docking kết thúc, các cấu dạng cóthể gắn kết với mục tiêu tác động tại điểm gắn kết được phân tích.Quá trình phân tích docking có thể tự động bằng cách sắp xếp các cấu trúc của các chấtđể phân biệt ra cấu trúc có hay không có khả năng gắn kết với mục tiêu. Trong quá trìnhphân tích, khi cấu dạng của một chất được docking phát hiện là có khả năng liên kết vớimục tiêu thì tất cả các cấu dạng của cấu trúc này sẽ nhanh chóng được xác đònh. Các cấudạng có liên kết không gian kém với mục tiêu tác động cũng sẽ nhanh chóng được loại bỏnhờ vào quá trình sàng lọc.Sơ đồ minh họa cho quá trình docking tự động bằng (a) chương trình FlexX và (b) chương trìnhDOCK. FlexX tìm ra các tam giác pharmacophore thích hợp với điểm liên kết trên receptor đối vớiligand thích hợp. Chương trình DOCK thì điểm liên kết sẽ được làm đầy bởi các khối cầu và trungtâm của các khối cầu này sẽ tương ứng với các nguyên tử nhằm xác đònh phức hợp ligand-receptorhợp lý. Bề mặt của túi liên kết vẽ bằng đường liền, nét chấm đứt thể hiện cho các liên kếtliphophilic, và các rẽ quạt thể hiện cho các liên kết hydro.Một cách khác nữa để xác đònh các trung tâm liên kết trên điểm tác động là đặt một hệthống đường kẻ ô năng lượng vào điểm liên kết và đặt vào đó các nguyên tử thăm dò tạicác điểm của đường kẻ ô nhằm tính toán năng lượng liên kết giữa các nguyên tử thăm dòđó và mục tiêu tác động. Các điểm có mức năng lượng liên kết cao nhất sẽ được giữ lạinhư là các trung tâm liên kết. Các dạng trung tâm như các liên kết hydro, hydrophobic sẽđược xác đònh tùy thuộc vào các nguyên tử đầu dò sử dụng. Khi docking, cách cho điểmcộng sẽ được cho khi trên ligand có các trung tâm phù hợp với các trung tâm tương ứngtrong điểm liên kết. Phân tử sẽ được di chuyển xung quanh điểm liên kết cho đến khi sốđiểm cực đại đạt được và đó là liên kết tốt nhất. Một gắn kết cho là tốt có thể xác đònhđược bằng các tính toán tương thích về hình dáng (shape fit – xác đònh mức độ gắn kết củaligand với bề mặt liên kết của điểm tác động), tương thích về hóa học (chemical fit – xácđònh các liên kết hydro, cực, tích tónh điện, hydrophobic là tốt hay xấu). Một tương tác tốtsẽ có điểm dương và ngược lại.Mô hình hệ thống đường kẻ ô năng lượng có thể dùng để tính toán năng lượng liên kếtgiữa ligand và mục tiêu tác động. Quá trình tính toán có thể xác đònh năng lượng liên kếtcủa mục tiêu tác động với các nguyên tử khác nhau tại các điểm trên đường kẻ ô. Biểu đồ3D của các năng lượng liên kết này sẽ được giữ lại và khi một ligand docking vàoreceptor thì các nguyên tố gần nhất của mỗi điểm trên đường kẻ ô được xác đònh và năng57Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýlượng liên kết được đọc trực tiếp trên bảng này và sau đó được cộng lại để đưa ra điểm sốcho quá trình gắn kết.2.1.9. Sàng lọc tự động trên cơ sở dữ liệu các cấu trúc hóa học (Automated screeningof chemical databases)Quá trình docking tự động có thể áp dụng trong sàng lọc trên cơ sở dữ liệu các cấu trúc 3Dđể phát hiện ra các chất có khả năng liên kết với điểm tác động của các mục tiêu tácđộng (protein, receptor, enzym, DNA…). Phần mềm này hữu ích cho các nhà nghiên cứu,các công ty trong việc sàng lọc trên các ngân hàng dữ liệu (tự có hoặc thương mại) nhằmtìm ra chất khởi nguồn cho các nghiên cứu tiếp theo.Quá trình sàng lọc cũng có thể thực hiện bằng cách tìm kiếm các cấu trúc tương ứng vớicác pharmacophore đònh trước. Quá trình này được thực hiện nhanh chóng nhờ các ‘lọcnhanh’ loại bỏ các cấu trúc không chứa các trung tâm cần thiết. Người điều khiển có thểxác đònh được mức độ dung sai trong việc tìm kiếm các ‘pharmacophore’ (có nghóa là gầntương ứng với mô hình ‘pharmacophore’ đònh ra lúc đầu).Mô hình pharmacophore thiết lập cho quá trình sàng lọc tự độngNhằm tìm kiếm các chất khởi nguồn hoặc sàng lọc ra các chất có khả năng dùng làmthuốc, các qui luật lọc được xác đònh. Luật 5 Lipinski (1997) thường được áp dụng trongsàng lọc trên máy tính. Theo tiêu chuẩn Lipinski thì các chất có hấp thu kém hoặc thấmkém là các chất có nhiều hơn 5 nhóm cho liên kết hydro (H-bond donor, các nhóm OH,NH…), nhiều hơn 10 nhóm nhận liên kết hydro (H-bond acceptor, số lượng các nguyên tửO, N…), khối lượng phân tử lớn hơn 500, và logP lớn hơn 5. Một số trường hợp đặc biệt nhưkháng sinh, chất sát khuẩn, chất diệt nấm, vitamin và glycosid tim… ngoại lệ với luật 5Lipinski cũng loại trừ Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác đònh các cấutrúc có thể sử dụng làm thuốc (drug-like) với nhiều ưu điểm trong hấp thu, chuyển hóa,thải trừ và loại trừ ngay từ đầu các chất không đáp ứng được tiêu chuẩn dùng làm thuốc(nondrug-like) khỏi các chương trình phát triển thuốc mới (xem Bảng).Các nhóm chức mô tả các các chất không dùng làm thuốc (nguồn J. Med. Chem. 2001, 44, 2432-2437)Aldehydα- halogenatAryl-BrAzidCarbamat (>3)Carboxyl acid anhydridAryl-Cl (>3)Dẫn chất azoCarbamoyl cloridCarboxyl acidhalogenidα-β chưa bảo hòa(>2)Aryl-F (>3)benzylhalogenidCarbonatCarboxyl acid (>2)Amid (>2)Aryl-IboronCarboxyl acid ester (>2)Crown ether58Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýMuối diazoniumNối đôi (>1)Imin (>1)Nitro (>2)PhosphinAmin bậc 1 (>1)Amin thơm bậc 2 (>2)Sulfonic acid ester (>1)Lưu huỳnh (>3)Thioure (>1)DisulfideEnolat (>1)Iso(thio)cyanatOximPhosphoric acid esterAmin thơm bậc 1 (>1)SiliconSulfonic acid (>1)Sulfuric acid esterTrifluromethyl (>2)Dithio acid esterDithio carbamatEpoxidHydrazine (>1)IsothioureCeton (>2)Liên kết P=SHydroxyl thơm (>2)Phosphorus (>1)Alcol bậc 1 (>2)Alcol bậc 2 (>2)Amin bậc 2 (>2)Liên kết S-NSulfon (>1)Sulfonamid (>2)Sulfonyl halogenidAmin bậc 3 (>2)Thioester (>1)1,1,1-Tricloroethyl-2,2-diaminoCó nhiều phần mềm được phát triển để sử dụng trong sàng lọc. Thí dụ như phần mềmUnity trên nền sybyl của Tripos hiện nay được sử dụng để sàng lọc trên các dữ liệu cấutrúc 2D, 3D các cấu trúc có các pharmacophore phù hợp với mô hình pharmacophore đònhdạng.Nghiên cứu sàng lọc trên máy tính chất đối kháng thụ Muscarinic M3-receptor thực hiện bởiMarriott. Từ các chất đã cho tác động trên đối sáng M3-receptor, mô hình pharmacophore đượcthiết lập. 3 chất cho kết quả từ sàng lọc trên ngân hàng dữ liệu. (nguồn: J. Med. Chem. 1999, 42,3210-3216).2.2. THIẾT KẾ THUỐC HỢP LÝLựa chọn các phương pháp để thiết kế thuốc với sự hỗ trợ của máy tính (CADD) tùy thuộcvào thơng tin hiện có của cấu trúc mục tiêu tác động (enzym, thụ thể, DNA…có hay khơng cócấu trúc tinh thể, có gắn kết với cấu tử hay khơng) cũng như cấu trúc, cấu dạng cuả các thuốc,các chất gắn kết với mục tiêu đó (trong thiết kế thuốc được gọi là ligand). Thiết kế “trực tiếp”và “gián tiếp” là 2 phương pháp ‘modeling’ chủ yếu dùng trong q trình thiết kế thuốc.Phương pháp thiết kế gián tiếp dựa trên sự phân tích so sánh cấu trúc của các chất, các ligandcó hoạt tính và khơng có hoạt tính. Trong thiết kế trực tiếp thì nghiên cứu trực tiếp trên cấutrúc 3D của mục tiêu tác động.Bốn trường hợp cơ bản trong thiết kế thuốc hợp lýMục tiêu tácđộngCấu trúc 3D: xác đònh(Tạo chất khởi nguồn)(Tối ưu hóa chất khởi nguồn - Leadoptimization)Thiết kế thuốc dựa vào cấu trúcThiết kế thuốc dựa vào ligandLigandCấu trúc: xácCấu trúc 3D: chưa xác đònh59Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýđònhCấu trúc: chưaxác đònh(NMR, Docking, tìm kiếm trên cơ sở dữliệu…)Thiết kế thuốc dựa vào giả thuyết(Thiết kế ‘de novo’, Docking…)hay thiết kế thuốc dựa vào nhóm manghoạt tính sinh học(Tìm kiếm trên cơ sở dữ liệu, QSAR…)Tạo cấu trúc 3D, Hóa tin học(Tìm kiếm các chất giống nhau, sàng lọchợp lý, HTS)2.2.1. Thiết kế thuốc trong quá trình tạo ra chất khởi nguồn2.2.1.1. Trường hợp cấu trúc mục tiêu chưa xác đònhTrong thời gian đầu của quá trình khám phá thuốc, các nhà khoa học không có hoặc có rấtít thông tin về mối quan hệ giữa cấu trúc và tác dụng (SAR). Ở khởi điểm này, các phươngpháp thử nghiệm và sàng lọc phải thực hiện nhanh chóng dưới nhóm nghiên cứu HTS(High-Throughput Screening – Sàng lọc đầu vào cao). Các nhà hóa dược học phải nhanhchóng tiếp tục tổng hợp các chất dựa trên chất khởi nguồn sàng lọc được hoặc theo cácnguồn khác theo thông tin đã có. Dẫn chất được sàng lọc có thể là các chất hóa họcthương mại (ngân hàng các hóa chất), các hợp chất tự nhiên, chất tổng hợp của nhómnghiên cứu. Các nhà hóa dược học phải lựa chọn dẫn chất để sàng lọc bằng HTS. Thay vìsàng lọc ngẫu nhiên toàn bộ các chất, nhà hóa dược có thể lựa chọn tập hợp các chất đạidiện cho sự đa dạng của các tính chất lý hóa để đưa vào sàng lọc nhằm tìm ra chất khởinguồn. Mục tiêu của quá trình phân tích này là lựa chọn và thử nghiệm một số ít các chấtđể thu được thật nhiều thông tin về tập hợp các chất thử nghiệm. Bất kỳ trường hợp nào,sự giảm số lượng các chất thử nghiệm, ngoại trừ sự giảm số lượng các chất thừa trong tậphợp, đều ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả của quá trình nghiên cứu và chi phí liênquan. Hiện nay, thiết kế thí nghiệm hợp lý hữu ích trong việc tối đa hóa tính đa dạng củacấu trúc trong tập hợp được sàng lọc để tìm nhiều chất khởi nguồn. Phương pháp tập hợpcó trình tự (hierarchical clustering) và sự khác biệt tối đa được so sánh với phương phápngẫu nhiên để nghiên cứu hiệu quả của sự đa dạng cấu trúc trong dữ liệu 3D. Sự sàng lọcđược thực hiện bằng cách sử dụng dấu vân tay 2D với các mô tả phân tử có giá trò và sosánh giữa phương pháp có sự lựa chọn hợp lý với phương pháp ngẫu nhiên.Khi cấu trúc chất khởi nguồn được tìm ra, các phương pháp nghiên cứu tiếp theo tập trungvào việc tìm kiếm các chất có cấu trúc tương tự (2D, 3D) với chất khởi nguồn hoặc là tìmkiếm tiếp theo. Trong tìm kiếm tiếp theo, các cấu trúc chọn lựa từ dữ liệu có chứa cácnhóm đại diện cho cấu trúc chất khởi nguồn ban đầu. Các cấu trúc này có thể mang đi thửnghiệm các hoạt tính sinh học.Khi cấu trúc chất khởi nguồn và các chất tương ứng tìm ra, bước tiếp theo là nghiên cứutính chất không gian và điện tử của chất khởi nguồn. Chất khởi nguồn ban đầu phải đượclựa chọn từ nhóm các chất có sự khác nhau nhiều về cấu trúc hóa học và tương tác vớicùng một mục tiêu tác động với cùng điểm gắn kết. Bằng cách so sánh tính chất khônggian và điện tử của chất khởi nguồn, các nhóm chức được cho là quyết đònh hoạt tính sinhhọc (pharmacophore) sẽ được xác đònh. Mô hình ‘pharmacophore’ thông thường gồm 3-5nhóm ‘pharmacophore’ và khoảng cách giữa chúng (cũng như là các góc và các kíchthước không gian khác) được xác đònh.60Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýTrong quá trình xác đònh các ‘pharmacophore’, có 2 bước được thực hiện kế tiếp nhau.Đầu tiên là bước phân tích các cấu dạng. Thực vậy, hoạt tính sinh học của một thuốc đượccho là phụ thuộc vào một cấu dạng duy nhất trong các cấu dạng có mức năng lượng tốithiểu. Chỉ cấu dạng được cho là có hoạt tính sinh học sẽ liên kết với mục tiêu tác động tạiđiểm gắn kết. Việc tìm ra các cấu dạng có hoạt tính sinh học trong các nhóm các chất lànhiệm vụ chính của hóa dược tin học (pharmcoinformatics). Một điểm cần chú ý là cấudạng mang hoạt tính sinh học không cần thiết phải xác đònh với mức năng lượng thấp nhấtnhưng nhất thiết không phải là cấu dạng có mức năng lượng cao. Có nhiều thành công khisử dụng phương pháp này để xác đònh các cấu dạng mang hoạt tính sinh học. Trong bướcthứ 2, các cấu dạng được tính toán các tính chất điện tử và không gian. Mục tiêu tác động(thụ thể, enzym, DNA…) sẽ nhận ra các phân tử có chứa các tính chất cần thiết cho khảnăng gắn kết chuyên biệt và gắn kết chặt hay không. Quá trình nhận ra này diễn ra bằngcác khoảng cách vừa đủ lớn và trình tự thành lập của phức hợp liên kết cuối cùng. Tại cáckhoảng cách vừa đủ lớn, trường tónh điện của cấu trúc 3D xung quanh mỗi phân tử đóngvai trò chủ yếu trong quá trình nhận dạng trong khi tại các khoảng cách gần hơn giữa cácbề mặt liên kết thì các tính chất khác của phân tử như khả năng tạo liên kết hydro hoặckhả năng kỵ nước sẽ đóng vai trò quan trọng. Để thực hiện quá trình phân tích này, cáckhả năng liên kết của phân tử được sử dụng bao gồm (i) khả năng tích tónh điện phân tử(Molecular Electrostatic Potential – MEP), (ii) khả năng thân dầu phân tử (MolecularLipophilic Potential – MLP) hoặc khả năng liên kết kỵ nước (Hydrophobic InteractionPotential – HINT), (iii) khả năng các trường tương tác phân tử (Molecular InteractionFields Potential – MIP – các trường này mô tả sự thay đổi của năng lượng liên kết giữaphân tử và các môi trường hóa học khác nhau như nước, CH, nitơ; GRID là một trong cácchương trình thường được sử dụng để sàng lọc các trường này).Dựa trên sự mô tả 3D các tính chất điện tử không gian của cấu trúc quan tâm, mô hình‘pharmacophore’ sẽ được xác đònh. Các mô tả ‘pharmacophore’ này cần thiết cho việcxác đònh các chất có hoạt tính, không hoạt tính và các chất tương tự nhưng có hoạt tínhthấp. Hiện nay các chương trình máy tính tự động thực hiện quá trình xác đònh các‘pharmacophore’ đã và đang được phát triển.Thiết kế thuốc trong trường hợp chưa xác đònh được cấu trúc mục tiêu tác độngKhi các nhóm ‘pharmacophore’ hoặc một phần được xác đònh thì bước tiếp theo là tìmkiếm các chất có chứa các nhóm ‘pharmacophore’ này bằng các phương pháp tìm kiếmtrên ngân hàng dữ liệu 3D. Điều kiện tiên quyết cho hiệu quả của việc tìm kiếm này là sốlượng lớn các dữ liệu của những cấu trúc 3D và phần mềm thích hợp để thực hiện quáHóa dược và thiết kế thuốc hợp lý61trình tìm kiếm. Cơ sở dữ liệu 3D của các chất thường sử dụng là cơ sở dữ liệu cấu trúcCambrigde. Cơ sở dữ liệu này chứa cấu trúc nhiễu xạ tia X và nhiễu xạ neutron của hơn230.000 chất bao gồm các chất có cấu trúc nhỏ và polyme. Ngoài ra còn có rất nhiều cơsở, ngân hàng dữ liệu cấu trúc 3D khác. Các cơ sở dữ liệu cấu trúc 3D thương mại thườngthích hợp cho việc sử dụng các chương trình tìm kiếm 3D với khả năng cung cấp các chấttừ 1mg đến 1g các chất trong dữ liệu.Ngoài ra, nhà nghiên cứu có thể tạo ra cơ sở dữ liệu các cấu trúc 3D bằng cách chuyểndạng từ cấu trúc 2D sang cấu trúc 3D. Có nhiều phần mềm ứng dụng có thể sử dụng choviệc chuyển từ cấu trúc 2D sang 3D như CONCORD (sử dụng để chuyển dạng hơn400.000 chất có cấu trúc 2D của Viện ung thư quốc gia Hoa Kỳ). Ngân hàng cơ sở dữ liệunày ngày càng có thêm nhiều chất và được áp dụng thành công trong nhiều công trìnhnghiên cứu. Cơ sở dữ liệu này trong thiết kế thuốc có thể tìm được tại đòa chỉ www.ccc.unierlangen.de/services/nci.html.2.2.1.2. Trường hợp cấu trúc mục tiêu tác động được xác đònhSự phát triển của sinh học phân tử có tác động và ảnh hưởng mạnh đến quá trình khámphá thuốc. Khả năng tạo ra một lượng lớn protein tinh khiết giúp xác đònh được cấu trúccủa nhiều các mục tiêu tác động bằng cách chụp cấu trúc tinh thể bằng tia X hoặc cộnghưởng từ hạt nhân NMR. Trong đa số trường hợp, kết tinh tinh thể protein không thể xácđònh cấu trúc protein ở mức độ phân giải nguyên tử do đó một số các nguyên tử có thểkhông xác đònh đúng vò trí chính xác trong không gian. Các sai số trung bình của vò trí cácnguyên tử phụ thuộc vào chất lượng các nhiễu xạ trên cấu trúc tinh thể protein. Thôngthường mức độ sai lệch giữa vò trí của các nguyên tố là khoảng 1/6 độ phân giải của cấutrúc. Hiện nay có thể xác đònh đến độ phân giải 1.2 Å nhưng đa số protein ở mức độ phângiải 1.5 – 3.0 Å. Cấu trúc các protein có thể tìm thấy và tải xuống sử dụng tại ngân hàngdữ liệu protein (Protein Data Bank).Sự phát triển của ngân hàng dữ liệu protein (nguồn: Protein data bank)62Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lý(A)(B)(A) Tinh thể của phức hợp chymotrypsin– guamerin (Nguồn: Biochimica et Biophysica Acta 1699 (2004)285– 287); (B) Thiết bò chụp tia X các tinh thể protein (nguồn: Protein Crystallography in Drug Discovery,2004 Wiley)Phân tích tự động mật độ điện tử của các kết tinh nhiễu xạ tia X (nguồn: Protein Crystallography in DrugDiscovery, 2004 Wiley)Mật độ điện tử xác đònh bằng nhiễu xạ tia X của cấu trúc tinh thể phức hợp Phosphodiesterase 4B và cAMP. Cấu trúc c-AMP ở thể hiện dạng stick, liên kết hydro thể hiện bằng các nét đứt. (Nguồn: J. Mol. Biol.2004, 337, 355)Cấu trúc mô phỏng tính tương đồng (homology) của protein có thể sử dụng trong trườnghợp chưa có cấu trúc 3D của protein mục tiêu. Kỹ thuật ‘mô tả tính tương đồng’ để tạo racác cấu trúc protein ‘homology’ là dựa trên cấu trúc 3D của các protein đã có và so sánhtrình tự sắp xếp của các acid amin của protein cần tạo cấu trúc mô phỏng tính tương đồng‘homology’. Hiện nay có nhiều phần mềm có khả năng tạo ra các cấu trúc ‘homology’.Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lý63Cấu trúc ‘homology’ càng chính xác khi có trình tự các acid amin càng giống cấu trúcprotein đã được xác đònhCấu trúc tinh thể PDE 4 (nhạt) và cấu trúc mô phỏng tính tương đồng ‘homology’ của PDE 5 (đậm) dựa trêncấu trúc PDE 4. Cấu trúc dạng stick là sildenafil.Khi có cấu trúc protein với độ phân giải cao, cấu trúc hợp chất có khả năng gắn kết vớiprotein này có thể thiết kế và cách thiết kế ra cấu trúc ligand như vậy gọi là thiết kế ‘denovo’. Quá trình này là quá trình tạo nên một phức hợp giữa ligand và protein. Đó là mộtphức hợp ở trạng thái cân bằng. Ligand liên kết với protein phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư thay đổi do sự tương tác giữa các nguyên tử trong ligand, môi trường (nước, dòch tếbào) và protein đích cũng như sự thay đổi trong cấu dạng của ligand cũng như mục tiêu tácđộng. Hiện nay có nhiều phương pháp hướng đến việc thiết kế tự động các ligand cho cácprotein đích như phương pháp xây dựng ‘builder’, phương pháp lắp ghép ‘hybrid’…Mô tả phương pháp xây dựng ‘builder’ trong thiết kế ‘de novo’64Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýMô tả phương pháp lắp ghép ‘hybrid’ trong thiết kế ‘de novo’Một cách tổng quát, quá trình thiết kế ‘de novo’ gồm 3 phần:(i) Xác đònh giới hạn: các giới hạn về không gian và cấu trúc hóa học được đề ravà cung cấp cho chương trình.(ii) Tạo ra cấu trúc: cấu trúc phân tử sẽ được thiết kế tiếp theo, các nhà thiết kế sẽphải tìm ra cách sắp xếp cấu trúc, vò trí tốt nhất và đònh hướng của phân tử trongđiểm liên kết trên mục tiêu tác động; và cố gắng tìm kiếm cấu trúc đáp ứng đượccàng nhiều càng tốt các giới hạn đặt ra.(iii) Đánh giá cấu trúc: ái lực liên kết (khả năng liên kết)của phức hợp ligand –mục tiêu tác động sẽ được đánh giá. Năng lượng liên kết tự do rất khó đánh giá vàcác phương pháp docking thường được sử dụng để đánh giá khả năng liên kết này.Các hệ ‘điểm số docking chức năng’ (docking scoring function) có phạm vi từ cáctính toán lý thuyết với hệ thống máy tính lớn đến các hệ thống dựa trên kinhnghiệm đơn giản hơn. Điểm số docking chức năng là vấn đề hiện đang rất được tậptrung quan tâm nghiên cứu.Để thực hiện việc nghiên cứu một cách có hiệu quả, các phương pháp tính toán cần nhiềuthời gian (hằng giờ hay hơn, như phương pháp nghiên cứu trạng thái năng lượng tự do hay‘dock’ một chất vào mục tiêu tác động) không được sử dụng khi tiến hành tìm kiếm trêncơ sở dữ liệu các cấu trúc hóa học hoặc kiểm tra một lượng lớn các phân tử dự kiến.Phương pháp hiện sử dụng thiên về tốc độ bằng cách sử dụng cách đánh giá điểm chứcnăng dựa trên lý thuyết và đánh giá đònh lượng các điểm số có giá trò trong một thời gianthích hợp. Các chức năng thường được dùng để tạo ra các điểm số (scoring function) nhưnăng lượng liên kết tự do ligand-protein cũng như chức năng của các nhóm kỵ nước tiếpxúc với bề mặt mục tiêu, số lượng các liên kết hydro, các bề mặt phân cực bò che chắn…LUDI là một trong các điểm đánh giá chức năng thường được sử dụng trong các phầnmềm để đánh giá khả năng liên kết của các chất. Trong chương trình này, toàn bộ nănglượng liên kết tự do được xác đònh từ các tính toán của các liên kết hydro, tương tác ion,tiếp xúc không cực, entropy bất đối xứng.Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lý652.2.2. Thiết kế thuốc trong quá trình tối ưu hóa chất khởi nguồnKhi chất khởi nguồn được xác đònh thì bước kế tiếp sẽ là bước tối ưu hóa cấu trúc. Tronghóa dược, quá trình tối ưu hóa chất khởi nguồn quan tâm đến nhiều khía cạnh như tối ưuhóa khả năng (ái lực) liên kết lên mục tiêu đích, độc tính, sinh khả dụng đường uống, tínhthấm qua tế bào, khả năng gắn kết huyết tương, tốc độ chuyển hóa. Quá trình này đòi hỏiphải tổng hợp ra hàng loạt các dãy dẫn chất của chất khởi nguồn và thử nghiệm hoạt tínhsinh học. Nguyên tắc cơ bản là bất kỳ sự thay đổi nào trong cấu trúc hóa học cũng sẽ dẫnđến sự thay đổi (tăng hoặc giảm) hoạt tính sinh học. Đây là quá trình nghiên cứu liên quangiữa cấu trúc và tác dụng (gọi tắt là SAR, Structure-Activity Relationship). Quá trình nàycó tính lặp lại cao và thường dựa trên cơ sở phương pháp ‘thử và sai’.2.2.2.1. Trường hợp cấu trúc 3D của protein chưa xác đònhKhi chưa có dữ liệu về cấu trúc của mục tiêu tác động thì quá trình tối ưu hóa chất khởinguồn thực hiện bằng các nghiên cứu ‘mối quan hệ đònh lượng giữa cấu trúc và tác dụngsinh học’ (gọi tắt là QSAR, Quantitave Structure-Activity Relationships). QSAR xây dựngmối tương quan giữa hoạt tính sinh học của các chất với các thông số (hay tham số) và tínhchất mô tả cấu trúc phân tử. Mục tiêu của nghiên cứu QSAR là tìm ra được mô hình thíchhợp có khả năng dự đoán đáng tin cậy cho dẫn chất. Các phương pháp nghiên cứu QSARthừa nhận:(i) Tất cả dẫn chất nghiên cứu gắn kết bằng liên kết không hóa trò với cùng mộtmục tiêu sinh học (protein, thụ thể, enzym, DNA…)(ii) Dẫn chất có cấu trúc tương tự nhau có cùng sự đònh hướng trong không gian tạicác điểm gắn kết trên mục tiêu tác động.(iii) Động lực học của hệ thống có thể bỏ qua.Hiện nay có 2 phương pháp cơ bản được sử dụng để nghiên cứu QSAR là 2D-QSAR và3D-QSAR. Tùy thuộc vào cơ sở dữ liệu các chất nghiên cứu mà lựa chọn phương phápthích hợp.2D-QSARQSAR nghiên cứu sự liên quan giữa hoạt tính sinh học của các chất có cấu trúc tương tựnhau với các thông số có thể xác đònh hay đo được. Những thông số này mô tả tính chấtcủa các chất có ảnh hưởng đến tác động sinh học. Có 3 yếu tố chính ảnh hưởng đến tácdụng sinh học là (i) khả năng thân dầu [thông số thường dùng đại diện cho là hệ số phânbố P (partition coefficient) và hằng số thế thân dầu π (lipophilic subtituent constant)], (ii)hiệu ứng không gian [hằng số lập thể Taft E s (Taft steric constant), khúc xạ phân tử molMR (molar refractivity)], (iii) hiệu ứng điện tử [hằng số thế Hammett σ].Nghiên cứu này bắt đầu vào thập niên 60 bởi nghiên cứu mở đường của Hansch-Fujita vàFree-Wilson. Hansch và Fujita đề xuất biểu hiện hoạt tính sinh học như là chức năng củaphân tử hoặc các mô tả.Hoạt tính sinh học = f(các tham số mô tả cấu trúc phân tử)66Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýCác số liệu dùng để tạo ra phương trình QSAR là tập hợp của các ma trận các số mà mỗihàng đại diện cho một chất và mỗi cột đại diện cho các tính chất lý hóa (được gọi là cácmô tả). Trong 2D-QSAR các mô tả thường được sử dụng là các hằng số như ð, ó, MR, E s…mà có thể chuyển đổi từ một dãy chất này sang dãy chất khác. Một số lượng lớn các hằngsố của dẫn chất được thu thập. Quá trình phân tích thống kê sử dụng những số liệu này đểtìm ra mối quan hệ giữa số liệu sinh học và các thông số mô tả của các chất.Nghiên cứu đầu tiên thu được mối liên hệ đònh lượng là sử dụng hồi quy đa tuyến(multilinear regression MLR). Hiện nay có nhiều nhược điểm khi sử dụng phương phápnày. Để tránh các mối liên hệ không có ý nghóa thống kê hoặc sự tương quan ngẫu nhiên,nghiên cứu 2D-QSAR cần áp dụng các nguyên tắc sau: tỷ lệ giữa các chất nghiên cứu vàcác mô tả phải lớn hơn 5 và các mô tả phải không có sự tương quan với nhau.Bình phương tối thiểu từng phần (partial least squares PLS) có thể sử dụng để giải quyếtcác vấn đề trên. PLS có thể giải quyết được nhiều biến số thậm chí cả các biến số cộngtuyến (cùng đường thẳng). PLS đặc biệt hữu dụng khi nhiều các mô tả được xem xét cùnglúc. Một lựa chọn khác có thể sử dụng là phân tích các thành phần cơ bản (principalcomponent analysis PCA) kết hợp với hồi quy đa tuyến MLR. PCA là kỹ thuật thống kêtrong đó sự chuyển dạng một phần tập hợp các số liệu tương quan chéo thành một tập hợpnhỏ hơn các biến trực giao mới được gọi là thành phần cơ bản (principal component – PC),mà các thành phần này vẫn có khả năng mô tả các số liệu gốc. Phân tích PCA hiện nayđược dùng để mô tả hoạt tính sinh học của những phân tử đa dạng chứa các dò vòng thơm.Mục tiêu của nghiên cứu này là xác đònh các thành phần chính PC có sự liên quan tuyếntính của cấu trúc hóa học với hoạt tính sinh học và giúp cho nhà hóa dược học lựa chọnhợp lý các dò vòng thích hợp để tổng hợp dẫn chất nhằm tối ưu hóa hoạt tính sinh học.Mô hình Free-Wilson được đưa ra năm 1964 cùng thời điểm với mô hình Hansch nhưnghiện nay ít được sử dụng. Các giá trò chỉ thò có giá trò là một đơn vò ứng với sự hiện diệncủa một cấu trúc thứ cấp và bằng 0 khi không có cấu trúc này. Giá trò chỉ thò được xemnhư là một tham số đơn lẻ trong phương trình hồi quy kiểu Hansch. Điều thú vò là phươngpháp này có thể dùng phối hợp với phân tích Hansch. Phương pháp kết hợp đã phối hợpcác ưu điểm của mô hình Hansch và Free-Wilson và được ứng dụng rộng rãi trong cả haimô hình. Các tham số tính chất lý hóa trong mô hình Hansch mô tả các phần của phân tửvới phạm vi thay đổi rộng của cấu trúc, trong khi các biến số chỉ thò (indicator variable)của mô hình Free-Wilson mã hóa các tác động của việc thay đổi cấu trúc mà không thểmô tả bằng bất cứ cách nào khác.Mối quan hệ toán học giữa một hoặc nhiều thông số và hoạt tính sinh học của một chấtđược xây dựng trong quá trình nghiên cứu QSAR. Phương trình này có được từ phân tíchsố liệu bằng phân tích hồi quy. Giá trò hằng số hồi quy r của phân tích cho biết sự phù hợpcủa các tham số dùng để đưa ra phương trình Hansch. Nếu giá trò r > 0,9 có nghóa là cáctham số sử dụng phù hợp và phương trình sẽ dự đoán chính xác cho các cấu trúc còn lạitrong tập hợp thử. Phương trình Hansch dùng để dự đoán tác dụng sinh học của các chất cócấu trúc tương tự như các chất dùng để tạo ra phương trình này. Tuy nhiên, khi giá trò dựđoán có sự khác biệt với giá trò xác đònh bằng thực nghiệm thì có thể là do hoạt tính sinhhọc của các chất bò tác động bởi các yếu tố khác mà các yếu tố này không được đề cậptrong quá trình xây dựng phương trình Hansch. Phương trình Hansch có thể dùng để chỉ raHóa dược và thiết kế thuốc hợp lý67tầm quan trọng của các tham số khác nhau trên tác dụng của thuốc. Giá trò hệ số của thamsố trong phương trình Hansch càng nhỏ thì mức độ ảnh hưởng của tham số này càng nhỏlên tác dụng sinh học của các chất dùng để tạo ra phương trình.Các bước cơ bản trong nghiên cứu 2D-QSARCác thông số mô tả phân tử(i) Khả năng thân dầuCó hai thông số thường dùng để thể hiện cho khả năng thân dầu của các chất, đó là hệ sốphân bố P và hằng số ái dầu π. Hệ số phân bố P đại diện khả năng thân dầu của toàn bộcấu trúc trong khi hằng số ái dầu π liên quan đến khả năng thân dầu của các nhóm thế.Hằng số phân bố P. Trước khi đến điểm tác động trong tế bào của các cơ quan thì thuốcphải được thấm qua một số màng tế bào. Do đó hằng số phân bố giữa hệ dầu/nước (hayhữu cơ/nước) được dùng như là một thông số để xác đònh khả năng di chuyển của thuốcxuyên qua màng tế bào. Độ chính xác của sự tương quan giữa hoạt tính sinh học của thuốcvà hằng số phân bố P tùy thuộc vào hệ thống dung môi dùng để mô hình hóa màng tếbào. Các dung môi hữu cơ khác nhau như là n-octanol, cloroform và dầu olive được dùngđể đại diện cho màng tế bào (môi trường hữu cơ) trong khi nước tinh khiết cũng như là cácdung dòch đệm được dùng cho hệ môi trường nước. Hệ n-octanol-nước thường được lựachọn để tiến hành nghiên cứu vì mô tả giống mức độ phân cực của lipid. Do đó, giá tròhằng số phân bố P của các chất trong cơ sở dữ liệu thường là giá trò xác đònh trên hệ phânbố n-octanol-nước. Tuy nhiên, kết quả thu được sẽ chính xác hơn nếu môi trường hữu cơ68Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lýtương ứng hoặc trùng khớp với mức độ phân cực của vùng, cơ quan mà thuốc sẽ tác động.Thí dụ như n-octanol thường mang lại kết quả phù hợp cho các thuốc được hấp thu tạiđường tiêu hóa trong khi các dung môi kém phân cực hơn như dầu olive thường cho kếtquả phù hợp hơn đối với các thuốc phải thấm qua hàng rào máu não. Các dung môi phâncực hơn như cloroform thì cho kết quả tốt đối với các thuốc được hấp thu tại vùng miệng(mô mềm tại vùng miệng).Hằng số thế thân dầu hay hằng số thế kỵ nước π. Hằng số π phản ánh sự tham gia củanhóm thế chi phối đến hằng số phân bố và được xác đònh bằng phương trình π = logPRH logPRX với PRH và PRX lần lượt là hằng số phân bố của chất ban đầu (hợp chất mẫu, chưa cónhóm thế) và hằng số phân bố của dẫn chất có một nhóm thế X. Tuy nhiên, khi dẫn chấtcó nhiều nhóm thế thì giá trò hằng số π của chất đó là tổng các giá trò π của mỗi nhóm thếriêng lẻ.(ii) Hiệu ứng điện tửSự sắp xếp điện tử của cấu trúc thuốc được cho là có liên quan đến sự phân bố cũng nhưtác dụng của thuốc. Thuốc không phân cực và thuốc phân cực ở dạng không ion hóa sẽ dễdàng đi xuyên qua màng tế bào hơn là thuốc phân cực và thuốc ở dạng ion hóa. Hơn nữa,khi thuốc đến điểm tác động thì sự sắp xếp điện tử của phân tử thuốc sẽ quyết đònh kiểuliên kết hình thành với receptor và quyết đònh hoạt tính sinh học của thuốc đó. Hammett làngười đầu tiên xác đònh hiệu ứng điện tử của các nhóm chức.Hằng số thế Hammett σ. Sự sắp xếp điện tử trong phân tử phụ thuộc vào các nhóm đẩy vàhút điện tử được tìm thấy trong cấu trúc. Nói cách khác, sự phân bố hay sắp xếp điện tửnày liên quan đến các hiệu ứng cảm ứng và liên hợp của các nhóm thế trong cấu trúc.Bằng cách dùng khái niệm này, hằng số Hammett σ được tính toán cho dẫn chất thế riênglẻ khác nhau của phân tử acid benzoic. Đầu tiên thì Hammett dùng hằng số này để tínhtoán hằng số cân bằng và tốc độ phản ứng hóa học nhưng sau này, hằng số này được dùngnhư là thông số điện tử trong nghiên cứu QSAR. Hằng số thế Hammett được tính toán theophương trình σX= logKBX - logKB với KB, KBX lần lượt là hằng số cân bằng (hay hằng số ionhóa) của acid benzoic và dẫn chất thế đơn của acid benzoic. Giá trò hằng số thế Hammettσ này thay đổi phụ thuộc vào toàn bộ các nhóm nhận và cho điện tử của toàn phân tử. Giátrò σX<0 phản ánh nhóm thế như là một nhóm cho điện tử với KB > KBX và ngược lại, giá tròσX>0 phản ánh nhóm thế như là một nhóm hút điện tử với KB < KBX(iii) Hiệu ứng không gianHằng số lập thể Taft Es là thông số đầu tiên dùng để mô tả mối quan hệ giữa hình dáng,kích thước của phân tử và tác động sinh học. Sau đó là các hằng số thế lập thể Charton,hằng số thể lập thể Verloop và khúc xạ phân tử mol MR. Hai thông số thường dùng để môtả hiệu ứng không gian trong QSAR là hằng số lập thể Taft Es và khúc xạ phân tử mol.Hằng số lập thể Taft Es. Taft dùng hằng số tốc độ tương quan của quá trình thủy phântrong môi trường acid của este α-thế methyl ethanoate để xác đònh hằng số lập thể bởi vìtốc độ của quá trình thủy phân này phụ thuộc phần lớn vào yếu tố không gian. Hằng sốlập thể Taft Es tính toán theo công thức Es = logk(X-CH2COOCH3) - logk(CH3COOCH3)với k là hằng số tốc độ của phản ứng thủy phân, và giá trò Es = 0 khi X= CH3.Hóa dược và thiết kế thuốc hợp lý69Khúc xạ phân tử mol MR. Khúc xạ phân tử mol MR xác đònh thể tích của dẫn chất cũngnhư khả năng phân cực của chúng. MR xác đònh bằng công thức MR = [(n2-1)M]/[(n2+2)ρ],với n là chỉ số khúc xạ, M liên quan đến khối lượng phân tử và ρ là tỷ trọng của phân tử.Giá trò M/ρ phản ánh thể tích phân tử, trong khi chỉ số khúc xạ phản ánh khả năng phâncực của hợp chất.(iv) Các tham số khácHiện nay có nhiều tham số khác phản ánh từng phần hay toàn bộ cấu trúc hóa học củaphân tử được áp dụng trong QSAR. Các tham số này được dùng mô tả sự tương quan giữacấu trúc hóa học và tác dụng sinh học và thu được một số thành công ở các mức độ khácnhau.3D-QSARPhương pháp 2D-QSAR không thể áp dụng cho trường hợp các chất lựa chọn trong tậphợp nghiên cứu có sự khác nhau của ‘xương sống’ (backbone). Các phân tích 3D-QSARđược phát triển để khắc phục vấn đề này. 3D-QSAR là các mô hình đònh lượng sự liênquan giữa hoạt tính sinh học của phân tử với tính chất (hay thông số, tham số) được tínhtoán trong không gian 3 chiều. Năm 1988, phương pháp có tên là CoMFA (Comparativemolecular field analysis – Phân tích trường phân tử so sánh) đề xuất mô tả tính chất phântử bằng các trường khác nhau và các trường này được tính toán trong hệ thống đường kẻ ôđều đặn (regular grid). Các trường thường được sử dụng là không gian (steric - sự bố trítrong không gian của các nguyên tử và thường thể hiện và liên quan đến nhóm thế có kíchthước nhỏ hay lớn), điện tử (electronic - điện tích hay khả năng tích điện của các nhómthế). CoMSIA (Comparative Molecular Similarity Index Analysis – Phân tích chỉ số tươngđồng phân tử so sánh) có ưu điểm hơn CoMFA là nghiên cứu thêm các trường liên kếthydro (chia làm 2 yếu tố là các nhóm cho và nhận liên kết hydro), khả năng kỵ nước. Cácáp dụng của phương pháp CoMFA rất thành công trong nghiên cứu hóa dược và chứng tỏđược giá trò của phương pháp đặc biệt là trong những trường hợp 2D-QSAR thất bại. Cácphân tử sẽ được mô tả bằng các tính chất được tính toán trực tiếp từ cấu dạng được cho làcó hoạt tính sinh học. Ngoài ra còn có nhiều phương pháp khác sử dụng trong 3D-QSAR.Cấu trúc trong hệ thống kẻ ơMột trong những khó khăn của các phân tích 3D-QSAR là tìm ra được các quy luật giónghàng (so hàng, kết hàng - alignment) thích hợp cho tập hợp các chất nghiên cứu (trainingset) có nghóa là các cấu dạng có hoạt tính sinh học. Trong một số trường hợp thí dụ nhưcác chất với số lượng lớn các nối có khả năng quay thì cách gióng hàng đúng khó có thểcó được và thậm chí là không thể gióng hàng được. Việc nghiên cứu các dãy dẫn chất cócấu trúc cứng hoặc các dãy dẫn chất với các giới hạn cấu dạng sẽ giúp cho việc tìm ra hay

Tài liệu liên quan

2 phan tich va thiet ke cvx
- 44
- 288
- 1
Bài 2 Phân tích và thiết kế bài toán
- 14
- 632
- 1
Tính toán và thiết kế trạm xử lý nước cấp công suất 10.000 m3/ngàyđêm cho một số xã thuộc huyện Ý Yên – tỉnh Nam Định
- 142
- 1
- 6
phân tích và thiết kế HTTT quản lý học tập
- 80
- 606
- 0
Tính toán và thiết kế trạm xử lý nước thải chế biến cà phê Công ty Minh An với công suất 200m3 ngày.đêm
- 134
- 718
- 4
SLIDE QUẢN TRỊ CHIẾN LƯỢC - CHƯƠNG: 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CÔNG VIỆC doc
- 22
- 676
- 1
XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ WEBSITE QUẢN LÝ KHOA NGOẠI NGỮ TIN HỌC
- 19
- 402
- 0
Hóa dược và kỹ thuật tổng hợp
- 394
- 1
- 5
Hóa dược và kỹ thuật tổng hợp. Tập 1
- 273
- 2
- 6
Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử - Tập 2. Tính toán và thiết kế
- 565
- 4
- 6