《計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE - 7 -本科生課程大綱課程名稱計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)Computer aided drug design課程代碼100102201213課程屬性學(xué)科基礎(chǔ)課時(shí)/學(xué)分32/2課程性質(zhì)選修實(shí)踐學(xué)時(shí)責(zé)任教師 課外學(xué)時(shí)課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識(shí)教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識(shí)/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修課程介紹課程描述（中英文）： 本課程以活性分子與靶點(diǎn)作用原理為基礎(chǔ)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)各類計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)技術(shù)（主要包括：分子對(duì)接、虛擬篩選、定量構(gòu)效關(guān)系、藥效團(tuán)模型、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與分子動(dòng)力學(xué)）的原理、方法與應(yīng)用，同時(shí)介紹計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的常用軟件包。學(xué)習(xí)目標(biāo)：能夠開展基本的上機(jī)操作，為有效藥物設(shè)

2、計(jì)提供技術(shù)支持與理論支撐，為從事新藥研究奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程內(nèi)容涉及藥物化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等課程，學(xué)習(xí)本課程將促進(jìn)學(xué)生對(duì)其它課程的深入學(xué)習(xí)。Principles of the interaction between the active molecules and their targets form the basis of this course. The main contents of this course include introduction to the theory, methodology and specific applications of vari

3、ous computer-aided drug design techniques (mainly including: molecular docking, virtual screening, quantitative structure-activity relationship (QSAR), pharmacophore model, protein structure prediction and molecular dynamic simulations). Furthermore, this course also introduces the common software p

4、ackages of computer-aided drug design and their operation protocols. Overall, this course provides technical and theoretical supports for effective drug design, and lays a solid foundation for new drug research. This course is closely related to the medicinal chemistry, biochemistry, physical chemis

5、try, computer-technology and others, and studying of this course will benefit the students understanding of other related courses.設(shè)計(jì)思路： 計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)在藥學(xué)中發(fā)揮越來越重要的作用，已經(jīng)成為藥物化學(xué)工作者必須掌握的基本技能，也越來越受制藥公司與研發(fā)機(jī)構(gòu)所重視。同時(shí)本課程也為藥理學(xué)工作者在分子水平理解藥物分子與蛋白靶點(diǎn)的作用機(jī)制提供必要的技術(shù)手段。計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)是一門應(yīng)用基礎(chǔ)性學(xué)科，已經(jīng)成為藥學(xué)學(xué)科中不可或缺的一門學(xué)科。為適應(yīng)藥學(xué)學(xué)生的專業(yè)培養(yǎng)要求，本課程

6、的內(nèi)容將分為以下四個(gè)方面：藥物分子的作用原理；藥物分子對(duì)接與虛擬篩選；藥物結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系；藥物靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與分子動(dòng)力學(xué)模擬。藥物分子與靶點(diǎn)的作用原理是計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的藥理學(xué)與物理化學(xué)基礎(chǔ)，深刻理解藥物分子與受體的相互作用的原理，不但可以深刻了解計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)各項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)的理論依據(jù)，而且可以助力于對(duì)計(jì)算結(jié)果的合理分析。因此，在這一部分本課程從分子藥理學(xué)與物理化學(xué)角度去闡釋藥物分子與受體靶點(diǎn)的作用原理，讓學(xué)生掌握藥物分子的親和力強(qiáng)弱的本質(zhì)、選擇性基礎(chǔ)、誘導(dǎo)契合作用、拮抗活性、激動(dòng)活性以及變構(gòu)活性等。建立在對(duì)藥物與受體相互作用本質(zhì)的深刻理解上，為學(xué)生介紹計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的方法，包括基于結(jié)構(gòu)

7、的藥物設(shè)計(jì)技術(shù)-分子對(duì)接技術(shù)，與基于配體的藥物設(shè)計(jì)技術(shù)-藥效團(tuán)模型與定量構(gòu)效關(guān)系。對(duì)于每種技術(shù)除了介紹它的基本原理，更要結(jié)合文獻(xiàn)中的經(jīng)典案例或者實(shí)驗(yàn)室最新研究成果來介紹每種技術(shù)的具體應(yīng)用。為了增加課程的趣味性與帶入感，本課程融合了上機(jī)操作部分，通過實(shí)際操作軟件，同學(xué)們不但能掌握每種技術(shù)的操作過程，而且能夠鞏固他們對(duì)每種技術(shù)背后的抽象理論的理解。本課程選擇的上機(jī)操作軟件具有優(yōu)美的圖像畫面，可以使復(fù)雜的藥物分子與蛋白更加形象地呈現(xiàn)?？傊?，本課程設(shè)計(jì)理念充分考慮了計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的多學(xué)科交叉性、理論性與技術(shù)性。在講述該課程中，既需要了解各項(xiàng)技術(shù)的物理化學(xué)與分子藥理學(xué)基礎(chǔ)，也需要掌握各項(xiàng)技術(shù)的方法原

8、理與具體應(yīng)用，需要把理論學(xué)習(xí)與上機(jī)操作進(jìn)行緊密融合，充分體現(xiàn)該課程的理論性與應(yīng)用技術(shù)性。3. 課程與其他課程的關(guān)系：先修課程：物理化學(xué)、藥理學(xué)、無機(jī)化學(xué)及有機(jī)化學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用。并行課程：生物化學(xué)、藥物化學(xué)。二、課程目標(biāo)本課程目標(biāo)是使學(xué)生全面認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域并掌握該學(xué)科的基本理論和技術(shù)，引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生解決藥物設(shè)計(jì)中遇到的實(shí)際困難的能力。到課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生將掌握計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的基本概念和基本理論，熟悉基本的計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)技術(shù)，掌握幾種藥物設(shè)計(jì)軟件的具體操作，了解本領(lǐng)域的最新研究成果和發(fā)展?fàn)顟B(tài)，養(yǎng)成科學(xué)創(chuàng)新的思維方式，加深對(duì)藥物化學(xué)、生物化學(xué)、藥理學(xué)、藥物設(shè)計(jì)等學(xué)科的理解

9、，并能夠利用這些理論和技術(shù)解決藥物設(shè)計(jì)中遇到的問題。三、學(xué)習(xí)要求本課程以活性分子與靶點(diǎn)作用原理為基礎(chǔ)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)各類計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)技術(shù)的原理、方法與應(yīng)用，同時(shí)介紹計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的常用軟件包，能夠開展基本的上機(jī)操作，為有效藥物設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為從事新藥研究奠定基礎(chǔ)。課程內(nèi)容涉及藥物化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等課程。學(xué)生應(yīng)具備這些相關(guān)課程的理論知識(shí)和基本的上機(jī)操作技能要完成所有的課程任務(wù)，學(xué)生必須：（1）按時(shí)上課，上課認(rèn)真聽講，積極參與課堂討論、隨堂練習(xí)和測(cè)試。本課程將包含較多的隨堂提問與小組討論等課堂活動(dòng)，課堂表現(xiàn)和出勤率是成績(jī)考核的組成部分。（2）按時(shí)完成常規(guī)練習(xí)作業(yè)。這些作業(yè)要

10、求學(xué)生按書面形式提交，只有按時(shí)提交作業(yè)，才能掌握課程所要求的內(nèi)容。延期提交作業(yè)需要提前得到任課教師的許可。（3）完成教師布置的一定量的閱讀文獻(xiàn)和背景資料、案例分析、理論探討和算法軟件應(yīng)用等作業(yè)，其中大部分內(nèi)容要求以小組合作形式完成。這些作業(yè)能加深對(duì)課程內(nèi)容的理解、促進(jìn)同學(xué)間的相互學(xué)習(xí)、并能引導(dǎo)對(duì)某些問題和理論的更深入探討。四、教學(xué)進(jìn)度本課程總學(xué)時(shí) 32 學(xué)時(shí)，其進(jìn)度安排和學(xué)時(shí)分配見下表。序號(hào)學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方式課堂討論內(nèi)容及其它教學(xué)環(huán)節(jié)第一章緒論21.1計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的起源發(fā)展1.2計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)方法與重要應(yīng)用1、多媒體講授或視頻課程2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、中國大學(xué)MOO

11、C平臺(tái)在線精品課程資源預(yù)習(xí)推薦相關(guān)藥劑學(xué)教材和參考書，藥學(xué)常用網(wǎng)址、網(wǎng)站、各國藥監(jiān)局官網(wǎng)推薦，常用線上課程平臺(tái)推薦，學(xué)生課下自行學(xué)習(xí)第二章小分子模建與視圖軟件可視化操作22.2小分子建模與優(yōu)化Chemdraw 2D/3D軟件功能介紹與使用 2.2分子可視化操作與作圖Chimera或pymol軟件介紹與使用1、多媒體講授或視頻課程2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、上機(jī)操作在線測(cè)驗(yàn)及同學(xué)共性問題回答。第三章藥物分子的作用原理43.1藥物與靶點(diǎn)作用的分子藥理學(xué)基礎(chǔ)3.2藥物與靶點(diǎn)作用的物理化學(xué)基礎(chǔ)1、多媒體講授或視頻課程2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、中國大學(xué)MOOC平臺(tái)在線精品課程資源預(yù)習(xí)提問并回顧上一章的

12、總體內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，同學(xué)共性問題回答。第四章分子對(duì)接與虛擬篩選44.1分子對(duì)接與案例分析4.2虛擬篩選與案例分析4.3分子對(duì)接軟件功能介紹與演示操作1、多媒體講授或視頻課程2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、中國大學(xué)MOOC平臺(tái)在線精品課程資源預(yù)習(xí)提問并回顧上一章的總體內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，在線測(cè)驗(yàn)及同學(xué)共性問題回答。第五章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)45.1 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的方法簡(jiǎn)介5.2 全新蛋白質(zhì)預(yù)測(cè)方法與案例分析5.3 基于同源模建技術(shù)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與分析5.4 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)網(wǎng)站介紹與使用演示1、多媒體講授或視頻課程2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、中國大學(xué)MOOC平臺(tái)在線精品課程資源預(yù)習(xí)提問并回顧上一章的總體內(nèi)容和知

13、識(shí)點(diǎn)，同學(xué)共性問題回答。第六章藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)與生物活性的關(guān)系（SAR）46.1藥效團(tuán)模型介紹6.2藥效團(tuán)模型應(yīng)用案例分析6.3藥效團(tuán)模型法演示與操作1、多媒體講授2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、中國大學(xué)MOOC平臺(tái)在線精品課程資源預(yù)習(xí)4、學(xué)生課堂演講提問并回顧上一章的總體內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，同學(xué)共性問題回答，學(xué)生課堂演講及同學(xué)提問交流。第七章定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）47.1 線性自由能相關(guān)方法7.2 Free-Wilson模型7.3 QSAR應(yīng)用與案例分析7.4 SAR/QSAR上機(jī)操作1、多媒體講授2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、中國大學(xué)MOOC平臺(tái)在線精品課程資源預(yù)習(xí)4、學(xué)生課堂演講提問并回顧上一章的總

14、體內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，同學(xué)共性問題回答，學(xué)生課堂演講及同學(xué)提問交流。第八章分子動(dòng)力學(xué)模擬48.1分子動(dòng)力學(xué)模擬原理8.2分子動(dòng)力學(xué)模擬方法介紹8.3分子動(dòng)力學(xué)模擬應(yīng)用與案例分析1、多媒體講授2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、中國大學(xué)MOOC平臺(tái)在線精品課程資源預(yù)習(xí)4、學(xué)生課堂演講提問并回顧上一章的總體內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，同學(xué)共性問題回答，學(xué)生課堂演講及同學(xué)提問交流。第九章計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用29.1計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用；9.2 計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的經(jīng)典案例與未來展望1、多媒體講授2、BB平臺(tái)或QQ群交流3、中國大學(xué)MOOC平臺(tái)在線精品課程資源預(yù)習(xí)4、學(xué)生課堂演講提問并回顧上一章的總體內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，同

15、學(xué)共性問題回答，學(xué)生課堂演講及同學(xué)提問交流。其他2課程總結(jié)和復(fù)習(xí)、答疑等。合計(jì)32五、參考教材與主要參考書1、選用教材：計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)導(dǎo)論（第二版）付偉、葉德泳 編著，化學(xué)工業(yè)出版社2、主要參考書：（1） “Molecular modeling: Principles and Applications”, Andrew R. Leach, 世界圖書出版公司的影印本（2） “Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying Techniques to Real-World Problems”, David C. Young（3）計(jì)

16、算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)，原理方法及應(yīng)用，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，陳凱先主編（4）計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，徐筱杰主編六、成績(jī)?cè)u(píng)定（一）考核方式 A ：A.閉卷考試 B.開卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績(jī)綜合評(píng)分體系： 成績(jī)綜合評(píng)分體系比例%1.課下作業(yè)、課堂討論及平常表現(xiàn)202.平時(shí)測(cè)驗(yàn)成績(jī)103.期末考試成績(jī)70總計(jì)100附：作業(yè)和平時(shí)表現(xiàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1）課下作業(yè)、課堂討論及平時(shí)表現(xiàn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分1.嚴(yán)格按照作業(yè)要求并及時(shí)完成，基本概念清晰，解決問題的方案正確、合理，積極參與討論、能闡明自己的觀點(diǎn)和想法。17-20分2.基本按照作業(yè)要求并及時(shí)完成，基本概念基本清晰，解決問題的方案基本正確、基本合理，能參與討論、能闡明自己的觀點(diǎn)和想法。13