药物研发中的新方法和新技术

能够与DNA或信使RNA发生特异性结合，分别阻断 核酸的转录或翻译功能，阻止与病理过程相关的核酸 或蛋白质的生物合成。这种可与DNA或信使RNA结合的 互补链称作反义寡核苷酸。
反义核苷酸
AGATCCATGTACTG GTTCTAGGTACATGAC
mRNA
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• 基因治疗主要用于由基因组的缺陷或在 转录或翻译过程中的失常而发生的疾病， 如癌症、病毒性疾病及遗传性疾病。
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分子克隆的内容和步骤：
• 将带有重组体的细胞扩增，获得大量 的细胞繁殖群体（菌落）。
• 从大量的细胞繁殖菌落中，筛选出具 有重组DNA分子的细胞克隆。
• 将选出的细胞克隆的目的基因进一步 进行研究分析，并设法使之实现功能 蛋白表达。
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10、蛋白质工程(Protein Engineering)
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11、基因工程(Genetic Engineering)
是指把核酸分子插入质粒、任何病毒或其他载 体系统，形成遗传物质的新组合，组成重组体，重 组体转入宿主细胞，使宿主细胞出现可表达、可传 代的新的遗传性状。
现代分子生物学的三大理论发现：
• 生物遗传物质DNA的发现； • DNA双螺旋结构和半保留复制机制的明确； • 遗传信息传递方式的确定，遗传信息流为DNA RNA
• 与合理药物设计相结合，通过分子模拟和 理论计算方法合理设计化合物库，一方面 增加库中化合物的多样性(diversity)，提 高库的质量；另一方面通过合理设计和分 子模拟方法减少库中化合物的数量。
• 根据受体生物大分子结合位点的三维结构 设计集中库(focus library)，提高组合 化学物库的质量和筛选效率。
• 人类基因组信息在疾病的基因诊断 及治疗、基因咨询及药物开发等方 面均有潜在的应用价值。
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13、转基因技术(Transgenic Technique)
是指用实验的方法将外源基因导入到生 物体内，此外源基因与生物本身的基因(染色 体)整合，此外源基因随细胞分裂而增殖，在 体内得到表达，并传给后代。这段外源基因 源被称为转基因(Transgene)。
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人类基因组计划的目标:
• 确定人类染色体中的所有基因 • 确定人类染色体的碱基序列 • 建立人类基因信息数据库 • 开发用以数据分析的软件工具 • 将有关的技术转让给私营部门 • 研究该计划可能引起的伦理、法律以及
社会问题
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意义：
• 根据人类基因组信息可以确定与疾 病相关的基因，揭示发病机制。
药物研发中的新方法和新技术
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1、手性药物和手性药理学
(Chiral Drug and Chiral Pharmacology) 手性药物：
是指含有不对称中心或手性中心的药物。 手性药物的对映体进入生物体内手性环境(如酶、 蛋白质、受体等)，将被作为不同的分子加以识别匹 配，因此在药效、药物动力学和毒理学方面均存在 对映体选择性作用。
• 利用转基因技术改造动物器官，使其被移植到 人体中后不产生或少产生免疫排斥反应。
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影响及重要性：
在1991年第一次国际基因定位会议上被 公认为是遗传学中的第四代技术和生物发展 史(126年)上的第14个转折点。
说明:
染色体连锁分析(第一代技术,20世纪初) 体细胞遗传(第二代技术,60年代) 基因重组技术(第三代技术,70年代)
蛋白质。
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现代分子生物学的三大技术发明：
• 限制性核酸内切酶及其应用技术的发明， 使DNA分子的切割成为可能，为基因工程提 供了技术基础。
• DNA连接酶及其应用技术的发明。 • 基因工程载体技术的发明(这些载体主要是
质粒和一些DNA分子)。 上述三大理论发现和三大技术发明对基
因工程的诞生(1973年)起了决定性作用。
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7、细胞和分子生物学
(Celluar and Molecular Biology)
分子生物学：
在分子水平研究生物过程的科学，特别是关于细 胞成分的物理化学性质和变化，以及这些性质和变化 与生物现象的关系的研究。
细胞生物学：
是应用现代物理学和化学的技术成就和分子生物 学的概念和方法，以细胞作为生命活动的基本单位的 思想为出发点，在细胞、细胞超微结构和分子水平等 不同层次上探索生命活力基本规律的基础学科。
生物催化剂的活性，产生新的生物催化剂。
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4、高通量筛选
(High-through-put Screening)
概念：
是指运用计算机控制的高敏化和专一性 筛选模型，对大量化合物的药效进行微量样 品的自动化测定。
意义：
是一种灵敏度高、特异性强、微量快速 的筛选新模型和新技术，大大加快了新药研 发的步伐。
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组合生物催化的进展：
• 利用生物催化的选择特异性，建立小分子 化合物库。
• 利用生物催化的底物的广谱性，采用“一 锅煮”方法可得到多种衍生物。
• 建立天然复杂化合物库，与微生物和基因 工程技术相结合产生大量的人工天然产物。
• 实现生物催化的高通量、自动化。 • 设计新的酶促转化方法，提高非水溶液中
是指从同一祖先无性繁殖产生这类同一 的DNA分子群和细胞群的过程，其本质即无性 繁殖。
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分子克隆：
又称基因克隆技术，是指通过一定的方法得 到含某个特定基因的单一细胞或细菌，然后进行 大量繁殖，从而得到包含该基因的单一细胞克隆。
意义：
• 大大提高紧缺昂贵药品的产量，大大降低其成本。 • 为疑难杂症(例如糖尿病、乙肝、癌症等)的诊断
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意义：
• 生产生长激素释放抑制剂的基因工程使 人们对昂贵药品的需求付诸于现实。
• 利用细菌制造胰岛素和生长激素，生产 血细胞凝集素、尿激酶、松弛素、人体 血浆蛋白、乙肝疫苗等。
• 基因工程在遗传病的预防和治疗方面贡 献突出，如单基因缺陷的诊断、基因疗 法、用DNA探针诊断多种遗传病等。
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结构生物学的主要研究方向：
利用X-衍射晶体学方法、多维核磁共振 方法和电镜技术测定生物大分子的三维结构。
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9、分子克隆(Molecular Cloning)
克隆(名词)：
是指从同一祖先通过无性繁殖产生的后 代，或具有相同遗传性状的DNA分子、细胞和 个体所组成的特殊的生命群体。
克隆(动词)：
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5、化学信息学(Chemoinformatics)
概念：
从各种信息源中提取有用的信息，将数据 转换成信息，信息转换成有效的知识，以加速 新药先导化合物的发现和优化。
化学信息学的数据来自于各制药公司自己 的积累、化学品公司、数据库公司和文献，组 合化学样品库的合成和高通量筛选是化学信息 学的新的数据来源。
• 碱基配对是反义核苷酸作用的基础。
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反义核苷酸作为药物的条件：
• 制备方法简便、经济 • 具有一定的稳定性 • 具有较强的细胞通透性 • 能在靶细胞内保持一定的浓度 • 能与靶细胞内特定位点作用 • 不与其他生物大分子反应
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3、组合生物催化
(Combinatorial Biocatalyst)
是指将生物催化和组合化学结合起来，从某 一先导化合物出发，用酶催化或微生物转化方 法产生化合物库。
意义：
• 提高合成组合化合物库的效率。 • 因将生物转化技术应用于组合库合成，故可对
合成的天然产物进行结构改造，合成类天然产 物数据库(nature prod来自百度文库ct-like library)和人 工天然产物，增加天然产物的分子多样性。
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2、组合化学
(Combinatorial chemistry) 是指对含有数十万乃至数十亿个化合物 的化学库进行同步合成和筛选的方法，又称 非合理药物设计。
组合化学的核心思想：
构建具有分子多样性的化合物库，然后 进行高通量筛选，试图在其中找到具有生物 活性的化合物。
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组合化学的目前发展趋势：
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14、DNA芯片(DNA Chip)
又称基因芯片或DNA阵列(DNA array)，非常类 似于计算机芯片，由成千上万的网格状密集排列的 基因探针组成，即：将大量特定序列的寡聚核苷酸 (DNA探针)有序地固化在硅或玻璃等材料做的承载基 片上，使其能与靶基因进行互补杂交形成DNA探针池。
特点：
高效、快速、多参量。
应用：
对遗传物质进行分子检测。
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贡献：
• 生物医学领域：基因芯片可检测出疾病 的遗传倾向并作出准确诊断，由此影响 整个医疗模式；对制药工业，将可开发 出很多基因水平的药物。
• 基因芯片的大规模应用将会大大缩短实 现人类基因组计划的时间。
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15、反义核苷酸
(Antisence Oligonucleotide)
12、人类基因组(Human Genome)
是指人类的全部基因(包括30亿对碱基对， 约14万个基因)。
人类基因组计划:
始于1990年，由美国能源部与美国健康 研究院共同发起，由美、英、德、日、法、 中六个国家参加，计划15年完成，实际于 2000年6月30日完成测序工作。
人类基因组计划的目的:
获得人类基因组所携带的遗传信息。
是指在蛋白质空间结构和结构与功能关系研 究的基础上，借助计算机图像显示和辅助设计来 确定某一蛋白质分子的改造方案，希望达到创造 某些具有明显经济效益的新的蛋白质。
蛋白质工程的基础学科：
蛋白质化学、分子遗传学、蛋白质晶体学、 蛋白质动力学等。
意义：
蛋白质结构和功能的研究为基于结构的计算 机辅助药物设计奠定了坚实的基础。
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6、生物信息学（Bioinformatics）
定义：
包括生物信息的获取、处理、存储、传 播、分析和解释等方面的学科。
两个相关的研究领域：
•构建现代生物信息结构的工作和研究 ——传统生物信息学
•为探索生物学基本问题所进行的计算研究 ——计算生物学
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意义：
生物信息学不仅可用于靶标生物大 分子的发现及确证，还可用于药物作用 机制、药代动力学以及药物毒性的研究。
和治疗提供分子药物(激素、抗体、酶等)和分子 检测手段(例如DNA探针)。
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分子克隆的内容和步骤：
• 从生物有机体复杂的基因组中分离出 带有目的基因的DNA片段。
• 在体外，将带有目的基因的DNA片段 连接到能够自我复制并具有选择标记 的载体分子上，形成重组DNA分子。
• 将重组DNA分子引入到受体细胞(亦称 宿主细胞或寄主细胞)。
最早的转基因实验：
转基因小鼠实验(80年代初完成)。
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贡献：
• 打破了自然种间隔离，使基因能在种系关系遥 远的机体间流动，为基础科学研究提供了有用 的生物模型。
• 通过转基因动物和植物的表达可生产出一些新 型的蛋白和药物，具有很高的经济价值。
• 利用转基因技术可以培育出产量增加、抗病虫 害的优良种子，有助于解决世界粮食问题，并 有利于环保农业的发展。
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细胞生物学的主要内容：
细胞的形态与结构、细胞的代谢、细胞 的增殖与分化、细胞的遗传与变异、细胞的 衰老与死亡、细胞起源与进化、细胞的兴奋 与运动、细胞的信息传递等。
细胞生物学的新的发展领域：
细胞的识别、细胞免疫、细胞工程等。
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细胞分子生物学：
是将细胞生物学与分子生物学相结合， 将分子生物学的概念和技术引入细胞学，将 细胞看成是物质、能量、信息过程的结合， 并在分子水平深入探索其生命活动规律。
手性药理学：
研究手性药物对映体的药效和药代动力学，为 合理使用手性药物提供科学依据的药理学分支学科。
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手性药物的药理作用模型：
• 一种对映体为另一种对映体的竞争性拮抗剂。 • 两种对映体有不同的药理作用。 • 一种对映体有治疗作用，另一种对映体主要产生
副作用。 • 两种对映体都有治疗作用，但主要的副作用由中
一种异构体产生。 • 对映体作用的互补性。 • 一种对映体有药理活性，另一种对映体无活性或
活性弱。 • 对映体生物转化增加毒性。
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意义：
•手性药物和手性药理学在今后的药学 研究中的作用将越来越大。
•手性拆分和合成技术、分子生物学、 结构生物学等的不断发展，将加速现 有混旋体药物被拆分或用不对称方法 被合成，以利于药物活性的提高和药 物毒性的降低。
意义：
丰富人们对药物在细胞内部的作用机制 和代谢过程的认识，以助于找到更加有效、 低毒的新药。
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8、结构生物学(Structural Biology)
是利用现在物理、化学方法和技术，从 原子和分子结构水平上研究生物大分子的结 构与功能的关系、生物大分子-生物大分子和 生物大分子-小分子间的相互作用等。