药物研究的生物化学基础 Biochemical Basis for Drug Discovery 三峡大学医学院 盛 德 乔 shengdq@ctgu.edu.cn QQ:834309103

第一节 生物药物制造的生物化学基础 第二节 药物质量控制的生物化学基础 第三节 药理学研究的生物化学基础 第四节 与药物设计有关的生物化学原理

第一节 生物药物制造的生物化学基础

生物药物制备方法的特点 生物药物分离制备方法的主要原理 生物合成技术原理 生物技术原理

一、生物药物制备方法的特点 生物药物主要包括生化药物、微生物药物、生物技术药物和生物制品，这些药物是以生物学和化学相结合的手段，以生物材料为原料制取的。 制造技术具有如下特点：

目的物存在于组成非常复杂的生物材料中 有些目的物在生物材料中含量极微 一种生物材料含有成千上万种成分，各种化合物的形状、大小、分子形式和理化性质各不相同，其中不少还是未知物，而且有效物质在制备过程尚处于代谢动态中，故常常无固定工艺可循。 有些目的物在生物材料中含量极微 只达万分之一、十万分之一、甚至百万分之一，因此分离纯化步骤多，难于获得高收率。

生物活性成分易变性、破坏 生物药物制造受理化因素和生物学因素影响 生物活性成分离开生物体后，易变性破坏，分离过程必须十分小心，以保护有效物质的生物活性。 生物药物制造受理化因素和生物学因素影响 制造工艺几乎都在溶液中进行 温度、pH、离子强度 对溶液中各种组分的综合影响常常难于固定 以致许多工艺设计理论性不强

生物药物常采用“多阶式”法 即“逐级分离”法。 纯化一种有效物质常常要联用几个，甚至十几个步骤并变换不同类型的分离方法交互进行才能达到目的。 为了保护目的物的活性及结构完整

生物药物的均一性检测与化学上的纯度概念不完全相同 由于生物药品对环境变化十分敏感，结构与功能关系多变复杂，因此对其均一性的评估常常是有条件的，或者只能通过不同角度测定，最后才能给出相对“均一性”结论。只凭一种方法得到的纯度结论往往是片面的，甚至是错误的。

二、生物药物分离制备方法的 主要原理 （一） 小分子生物药物的制备方法 （二）生物大分子药物的制备方法 （一） 小分子生物药物的制备方法 根据不同组分分配率的差别进行分离如：溶剂萃取，分配层析，吸附层析，盐析，结晶等 （二）生物大分子药物的制备方法 根据生物大分子的特性采用多种分离手段交互进行

根据分子电离性质（带电性）不同的分离方法 生物大分子类药物分离纯化的主要原理 根据分子形状和大小不同的分离方法 差速离心、透析、超滤和凝胶过滤等 根据分子电离性质（带电性）不同的分离方法 离子交换法、电泳法和等电聚焦法

精制一个具体药物，常需要根据它的多种理化性质和生物学特性，采用多种分离方法进行有机结合，方能达到预期目的。 根据分子极性大小与溶解度不同的分离方法 溶剂提取法、分配层析法、盐析法、等电点沉淀法和有机溶剂分级沉淀法 根据配基特异性不同的分离方法 亲和层析法 精制一个具体药物，常需要根据它的多种理化性质和生物学特性，采用多种分离方法进行有机结合，方能达到预期目的。

分离纯化生物大分子的原理 根据分子形状和大小不同的分离方法 透析 超滤 凝胶过滤 密度梯度离心

原理：利用生物大分子不能通过半透膜的性质，将其与小分子物质分开。 常用的半透膜： 透析 原理：利用生物大分子不能通过半透膜的性质，将其与小分子物质分开。 常用的半透膜： 玻璃纸、火棉 纸或其他改型的纤 维素材料

超滤 凝胶过滤 原理：利用压力或离心力，强行使水和其他小分子溶质通过半透膜，而大分子物质被截留在膜上 介质：凝胶颗粒（内部是多孔的网状结构） 原理：不同大小的分子所经的路径不同

密度梯度离心 原理：颗粒的沉降取决于它的大小和密度，在具有密度梯度的介质中离心时，质量和密度大的颗粒比质量和密度小的颗粒沉降得快，且沉降到与自身密度相等的介质密度梯度时，即停止不前。 常用的密度梯度： 蔗糖梯度 CsCl梯度

蔗糖梯度离心

CsCl梯度离心

根据分子电离性质不同的分离方法 离子交换层析法 电泳 等电聚焦

离子交换层析法（Ion exchange chromatography) 原理：利用离子交换剂上的可解离基团（活性基团）对各种离子的亲和力不同而达到分离目的的一种层析分离技术。 介质：离子交换树脂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂

阴离子交换

阳离子交换

离子交换介质简介： 普通的离子交换树脂： 大孔型离子交换树脂： 离子交换纤维素： 离子交换凝胶： 适用于小分子离子化合物的分离 适用于较大分子物质的分离、精制 离子交换纤维素： 适用于大分子物质的分离 DEAE-C 二乙氨基乙基纤维素 CM-C 羧甲基纤维素 离子交换凝胶： 适用于大分子物质的分离， 离子交换与分子筛作用结合起来 DEAE-Sephadex CM-Sephadex

电泳原理：在外电场的作用下，带电颗粒向着与其所带电荷相反的电极方向移动的现象。 常用电泳方法： 聚丙烯酰胺凝胶电泳（Polyacrylamide gel electrophoresis） 琼脂糖凝胶电泳

电泳仪 电泳槽 聚丙烯酰胺凝胶电泳

等电聚焦电泳(IEF, Isoelectric focusing electrophoresis) 原理：在外电场作用下，带电颗粒在具有pH梯度的介质中泳动，并停留于等于其等电点的pH梯度处，形成一个很窄的区带。 分辨率： 0.02的pI差异即可分开。 pH梯度的形成：两性电解质

2D Electrophoresis

根据分子极性大小与溶解度不同的分离方法 等电点沉淀 使蛋白质所带正负电荷相等，静电荷为零 时的溶液的pH值，称为蛋白质的等电点。 等电点时溶解度最低 盐析 高盐浓度时，破坏蛋白质水化层并且中和 电荷，促使蛋白质颗粒相互聚集而沉淀。

分配层析 混合物的各组分在固定相和流动相中的分配情况不同，具有不同分配系数的各种成分以不同的速度移动而得以分离。 有机溶剂分级分离

根据配基特异性不同的分离方法 亲和层析法(afinity chromatography )：生物高分子物质能与相应专一配基分子可逆结合，配基通过共价键牢固地结合于固相载体上制得亲和吸附系统。样品中的目的物在一定条件下，能以次级键与已固定化的配基结合，而杂质则不被吸附，分去杂质后，更换条件，使高分子物质重新解离而被纯化。

GST 纯化系统 GST-Tag

三、生物合成技术原理 生物合成： 微生物转化反应： 是利用生物细胞的代谢反应(更多的是利用微生物转化反应)来合成化学方法难于合成的药物或药物中间体。 微生物转化反应： 是利用微生物的代谢作用来进行某些化学反应，确切地说就是利用微生物代谢过程中某种酶对底物进行催化反应，以生成所需要的活性物质。

半合成药物： 是指一个药物其部分结构由天然资源得到，然后用化学合成法制得最终产品，或应用微生物转化法将化学合成的中间产物，通过某些生物合成步骤来解决药物合成中难于进行的化学反应，从而获得最终有效化合物。

半合成技术： 1）药物其部分结构由天然资源得到 ＋ 化学合成法制得最终产品 2）化学合成的中间产物 ＋ 生物合成技术的另一个领域是半合成技术。 是指一个药物其部分结构由天然资源得到，然后用化学合成法制得最终产品或应用微生物转化法将化学合成的中间产物，通过某些生物合成步骤来解决药物合成中难于进行的化学反应，从而获得最终有效化合物。 微生物转化法获得最终有效化合物

四、生物技术原理 生物技术（biotechnology）： 又称生物工程（bioengineering），是利用生物有机体(动物、植物和微生物)或其组成部分(包括器官、组织、细胞或细胞器等)发展新产品或新工艺的一种技术体系。

生物技术的内容： 基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程

基因工程 用人工方法，提取或制备某种细胞的某种基因，在体外把它和一种载体连接构造杂种DNA分子，然后导入受体细胞，让其复制与表达，以改变受体细胞的某些性状或产生人们所需的产物的工程技术。

细胞工程的定义 应用细胞生物学和分子生物学的方法,通过类似于工程学的步骤,在细胞整体水平或细胞器水平上按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获得新型生物或一定细胞产品的一门综合性科学技术。 包括一切生物类型的基本单位一细胞（有时也包括器官或组织）的离体培养、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器（如线粒体等）的移植与改建等操作技术。

酶工程的定义 指酶的工业化生产及其固定化技术以及由酶制剂构成的生物反应器和生物传感器等新技术、新装置的研究应用。

发酵工程 发酵工程也称为微生物工程，是在最适合条件下，对单一菌种进行培养，是生物特定产品的一种生物工艺。

生物工程（技术）药物 指运用重组DNA技术和单克隆抗体技术生产的多肽、蛋白、激素和酶类药物以及疫苗、单抗和细胞生长因子类药物等。 现代生物技术的核心内容： 重组DNA技术 单克隆抗体技术

重组DNA技术（基因工程） 目的基因的获取 基因载体的选择与构建 目的基因与载体的拼接（重组体的构建） 筛选并无性繁殖含重组分子的受体细胞(重组体的筛选与鉴定) 工程菌（或细胞）大量培养与目的蛋白的生产

单克隆抗体技术 基本概念：抗体主要由B淋巴细胞合成。每个B淋巴细胞有合成一种抗体的遗传基因。动物脾脏有上百万种不同的B淋巴细胞系，含遗传基因不同的B淋巴细胞合成不同的抗体。当机体受抗原刺激时，抗原分子上的许多决定簇分别激活各个具有不同基因的B细胞。被激活的B细胞分裂增殖形成该细胞的子孙，即克隆由许多个被激活B细胞的分裂增殖形成多克隆，并合成多种抗体。如果能选出一个制造一种专一抗体的细胞进行培养，就可得到由单细胞经分裂增殖而形成细胞群，即单克隆。单克隆细胞将合成一种决定簇的抗体，称为单克隆抗体。

单克隆抗体（monoclonal antibody）—由一种抗原决定簇刺激机体，由一个B 淋巴细胞 接受该抗原所产生的抗体。 基本原理： B淋巴细胞能够产生抗体， 但在体外不能进行无限分裂; 而瘤细胞虽然可以在体外进行无限传代， 但不能产生抗体。将这两种细胞融合后得到的杂交瘤细胞具有两种亲本细胞的特性。

基本步骤（不包括抗原的准备及免疫小鼠） 将抗原注射小鼠体内进行免疫，取出受免脾淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合。 应用选择性培养基培养，筛选杂交瘤细胞，逐一克隆扩增，从中挑出能产生单抗的杂交瘤细胞株。 将杂交瘤细胞进行扩大培养或注射到动物体内，然后从培养液或动物腹水中提取单克隆抗体。 单克隆抗体的提纯

应用 检验医学诊断试剂 ：病原微生物抗原、抗体的检测； 肿瘤抗原的检测；免疫细胞及其亚群的的检测；激素测定；细胞因子的测定。 蛋白质的提纯 治疗（肿瘤！）

1989年，FDA批准第一个鼠源单克隆抗体OKT3上市。 1997年第一个人源单克隆抗体（Zenapax） 1999年中国批准第一个单抗药物 目前，中国拿到批文的单抗产品9个 2002年第一个全人源化单抗上市（Humira） 2011年单抗药物销售480亿美元，领跑！

第二节 药物质量控制的生物化学基础

药物质量控制的内容 药物的鉴别 药物的杂质检查 药物的含量测定

一、药物质量控制的常用 生化分析法 （一）免疫分析法 （二）电泳分析法 （三）酶法分析

（一）、免疫分析法 免疫扩散法（Immunodiffusion ） 免疫电泳法（immunoelectrophoresis ） 放射免疫法（RIA） 酶联免疫测定法（ELISA）

利用一块琼脂凝胶平板，在其上面打几个大小合适的小孔，分别加入抗原和抗体，两个反应物分别向凝胶孔的四方放散，成对的抗原和抗体在最适的平衡点上形成免疫沉淀弧。 可用于未知样品的抗原组成及不同样品的抗原特性比较鉴定 免疫扩散法

利用带电蛋白质在电场作用下具有不同的迁移率，将抗原分开，再与抗体进行免疫扩散反应，借助沉淀弧来观察抗原抗体复合物。 常用的方法: 对流免疫电泳 简单免疫电泳

对流免疫电泳(counter immunoelectrophoresis, CIEP) 是将双向免疫扩散与电泳相结合的一种技术。在pH8 对流免疫电泳(counter immunoelectrophoresis, CIEP) 是将双向免疫扩散与电泳相结合的一种技术。在pH8.6的缓冲液中，蛋白质抗原带负电荷向正极泳动；而抗体大部分属于Ig，由于分子量大，暴露的极性基团较少，在离子琼脂中泳动缓慢，同时受电渗作用的影响向负极泳动 (电渗是指在电场中液体对于一个固定固体的相对移动。琼脂是一种酸性物质，在碱性溶液中带负电荷，而与它接触的溶液带正电荷，因此液体向负极泳动，产生电渗) 在抗原抗体相遇的最适比例处形成乳白色沉淀线。由于电场的作用，限制了抗原、抗体的自由扩散，而使其定向泳动，因而增加了试验的灵敏度，并缩短反应时间。

放射免疫测定法——利用抗原和抗体相互反应的高度特异性，与放射性核素测量技术的高度灵敏性相结合而形成的超微量分析方法。不仅普遍用于具有抗原性的生物大分子的分析，而且也广泛用于低分子量具有半抗原性质的药物和甾体激素类物质的分析

酶联免疫测定法（ELISA） 以酶代替放射性核素对抗原或抗体进行标记，使酶与抗原或抗体共价连接，故称为酶联免疫吸附测定（ELISA）。

（二）、电泳分析法 电泳是带点颗粒在电场作用下，向着与其所带电荷相反的电极方向移动。 各种物质由于所带净电荷的种类和数量不同，因而在电场中的迁移方向和速度不同。利用物质的这种性质可以对物质进行分离和鉴定。

影响颗粒电泳迁移率的因素主要有： 缓冲液的种类和性质 电场 支持介质 离子强度（0.05~0.10mol/L） 常压电泳 高压电泳（500V以上） 支持介质 聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖、醋酸纤维素膜、滤纸

（三）、酶法分析 酶法分析的原理是借助酶促反应（包括单酶或多酶耦联反应）对酶或酶所作用的底物或参与酶促反应的辅酶、激动剂和抑制剂等进行定性、定量分析。

酶法分析主要有三类测定法： 终止反应法 连续测定法 循环放大法

二、生物药物质量控制的生化分析方法 （一）多肽与蛋白质类药物的主要分析方法 蛋白质药物的纯度分析： 蛋白质纯度一般是指样品有无含其他杂蛋白，而不包括盐类、缓冲液离子、SDS等小分子在内。 纯度检定方法：聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）、SDS-PAGE、毛细管电泳（CE）、等点聚焦（IEF）、HPLC（包括凝胶排阻层析，各种反相HPLC，离子交换色谱，疏水色谱等）、化学法

多肽与蛋白质的分子量的测定 （1）凝胶层析法（Gel chromatography ） （2）SDS-PAGE （3）质谱法

质谱法(Mass Spectrometry, MS)即用电场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片，有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子－分子相互作用产生的离子）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。

蛋白质的定量测定 物理性质：紫外分光光度法、折射率法、比浊法 化学性质：凯氏定氮法、双缩脲比色法、BCA法 染色性质：考马斯亮蓝、银染、金染 其他：荧光激发

BCA法

胶体金比色法——胶体金是一种带负电荷的疏水性胶体，加入蛋白质后，红色的胶体金溶液转变为蓝色，颜色的改变与加入的蛋白质量有定量关系，在595nm处测定药品吸光度质，计算含量。

生物质谱法—多肽和蛋白质的分子量可用MALDI/MS（基质辅助激光解吸离子化质谱法）或ESI/MS（电喷雾离子化质谱法）直接测定。 简便、快速、灵敏、准确

（二）核酸类药物的主要分析方法 核酸的组成：磷酸、戊糖、碱基 针对三个组分测定其中一种 紫外分光光度法（DNA/RNA） 原理：核酸分子中的碱基含有共轭双键，对紫外光有特征吸收。260nm RNA:每1ml含1mg RNA溶液的光吸收值为0.022 DNA:每1ml含1mg RNA溶液的光吸收值为0.020 280nm

地衣酚显色法测定RNA含量 当RNA与浓盐酸在100℃下煮沸后，即发生降解产生核糖，并进而转变为糠醛，在FeCl3或CuCl2催化下，糠醛与3，5-二羟基甲苯（地衣酚 ）反应生成绿色复合物，在670nm处有最大吸收。

二苯胺法测定DNA含量 DNA分子中2-脱氧核糖残基在酸性溶液中加热降解，可与二苯胺反应生成蓝色化合物，在595 nm处具有最大吸收。

（三）酶类药物分析 质量指标：酶类药物的催化活力 酶的比活力：酶浓度和纯度的衡量标准 测活方法应满足的条件： 有可被检测且能反映酶反应进行程度的信号物 底物对酶远远过量 适宜的反应温度 最适pH反应体系 在酶促反应初速度范围内

（四）重组DNA药物中的可能杂质检查 重组DNA药物的可能杂质： 残留外源性DNA 宿主细胞蛋白质 类毒素 蛋白质突变体 蛋白质裂解物

外源性DNA： 宿主细胞蛋白质： 世界卫生组织(WHO)规定每一剂量药物中残留DNA含量不得超过100pg 测定方法：DNA分子杂交 是指生产过程中来自宿主或培养基中的残留蛋白或多肽等杂质。

内毒素： 二聚体或多聚体的测定 细菌细胞壁的结构物质，如脂多糖中的类脂A，不能向胞外分泌，只有在细菌死亡或崩解后才能释放出来，称为内毒素。 一般采用分子排阻色谱法测定二聚体或多聚体的含量限度。

降解产物的测定 鉴于降解产物的基本结构通常与未降解的重组药物相似，因此，对降解产物的测定多采用离子对反相色谱。

第三节 药理学研究的 生物化学基础

现代药理学研究已从整体、系统、器官、组织、细胞进入到亚细胞、分子甚至量子水平，因此生物化学和分子生物学已成为现代药理学的重要理论基础。

药物作用的生物化学基础 （一）神经传导与神经递质 当两个神经元的突触＜20nm时，动作电位仍可使突触后膜去极化，神经冲动继续向下传递。 神经递质(突触分泌信号)：神经元突触前膜释放起着信息传递作用的物质称为神经递质。

（二）受体的结构与功能 受体（receptor）——细胞中能识别配体并与其特异性结合，引起各种生物效应的分子称为受体。 配体（ligand）——信息分子（神经递质、激素、生长因子、化学药物）

受体的化学本质：为蛋白质，部分为糖蛋白或脂蛋白。 受体分类：（膜表面受体、胞内受体） 离子通道型 G蛋白-效应蛋白型 酪氨酸蛋白激酶型 转录因子型

1. 受体 —— 离子通道型 受体本身构成离子通道。 1. 受体 —— 离子通道型 受体本身构成离子通道。 当受体的调节部位与配体结合后，受体变构，使通道开放或关闭、引起或切断阳离子、阴离子的流动，从而传递信息。

2. 受体 —— G蛋白-效应蛋白型 在真核细胞，鸟苷三磷酸-结合蛋白（G蛋白）在联系细胞膜受体与效应蛋白质中起着重要的介导作用。

3. 受体 —— 酪氨酸蛋白激酶型 这类受体本身是一种跨膜蛋白，自身具有酶活性，或与酶结合在一起，其胞外结构域与配体结合而被激活，通过内侧激酶反应将细胞外信号传递至细胞内。

受体 —— 转录因子型 位于细胞内的受体多为转录因子，与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平调节基因表达。

（三）跨膜信号转导与细胞内信号转导 细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化学变化及效应的全过程称为信号转导（signal transduction）。

细胞外信号（配体） 受体 胞内信息分子 细胞应答反应

不同种类的受体使用共同组分构成的信号转导； 在信号转导通路中不同类型的磷酸化同时起作用。

（四）细胞信号转导与药物研究 细胞信号转导是维持正常细胞代谢和存活所必须，与人类的健康和疾病密切相关。 信号转导药物 信号转导分子的激动剂和抑制剂是信号转导药物研究的出发点。

（五）药物作用的靶酶 药物对靶酶的作用： 有些重要治疗剂的作用在于它们能选择性地抑制一种靶酶。 一是调节酶量（酶的合成增加或减少）， 二是调节酶活力（激动剂、抑制剂、辅酶或活力调节）。 有些重要治疗剂的作用在于它们能选择性地抑制一种靶酶。

一种酶抑制剂要成为应用于临床的有效药物应具备以下条件： 被抑制的靶酶所催化的生化反应与某种疾病的发生有关，在患者体内这一生化途径的抑制具有治疗意义。 这种酶抑制剂必须具有特异性，在治疗剂量内不对其它代谢途径或受体发生抑制作用。

这种抑制剂应具有某种药动学特征，如可被吸收并渗透到作用部位和具有合理，可预见的量效关系及作用持续时间。 抑制剂对人体毒性较小，疗效指数高。 抑制剂应符合药品标准。工艺、质量与价格在临床上与市场上具有竞争性。

（六）细胞生长调节因子 细胞生长调节因子系在体内和体外对效应细胞的生长、增殖和分化起调控作用的一类生理活性物质，其中大多数是蛋白质或多肽，亦有非蛋白质物质。 许多生长因子在靶细胞上有特异性受体，它们是一类分泌性、可溶性介质，仅微量就具有生物活性。

细胞生长刺激因子类： 细胞生长抑制因子类： 如：促红细胞生长因子与集落细胞刺激 因子等造血细胞生长因子和表皮生长因子、纤维细胞生长因子、神经生长因子、白细胞介素1~18、骨生长因子等。 细胞生长抑制因子类： 如干扰素（α、β、γ），肿瘤坏死因子α、β，转化生长因子（TGFS），肝增殖抑制因子等。

（七）细胞凋亡的生物化学 细胞凋亡（apoptosis）——是某些生理或病理条件下，细胞受到某种信号所触发的并按一定程序进行的主动、缓慢的死亡过程。 细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。 细胞凋亡的发生是不可逆的过程，凋亡一旦发生，就产生一系列生物化学和代谢变化的连续反应，最重要是基因组DNA的降解，从而导致细胞死亡。

细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用；它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。

细胞凋亡的生化特征： 细胞凋亡与医学 DNA片段化 谷氨酰胺转移酶、钙蛋白酶激活 一些特殊蛋白质、RNA的产生和合成 疾病的发生与凋亡异常有关； 诱导肿瘤细胞凋亡可以治疗肿瘤。

二、新药筛选的生物化学方法 研究治疗某种疾病的药物，首先要有能反映预期药理作用的筛选模型。新药筛选模型可以是整体动物或是细胞、亚细胞或分子水平。生物化学理论与实验方法常常成为新药筛选与药效学研究的技术手段。

（一）放射配基受体结合法（RRA） 原理：受体与药物（配体）结合的专一性和结合强度与产生生物效应的药效强度有关。 放射性同位素标记配体、待筛选药物（非标记配体） 信号 接收 放大 转导 应答

（二）酶学实验法 在药物代谢中起关键作用的酶是肝脏细胞色素P450系统。 主要技术： 制备肝微粒体和线粒体用于体外药物代谢研究； 用诱导肝脏药物酶的方法研究药物对肝脏药物酶的影响 ；

观察药物对细胞色素P450活性及含量的影响以及药物与P450结合后的光谱分析； 测定药物受肝脏药物代谢酶的水解作用和药物经葡萄糖醛酸转移酶、谷胱甘肽-S-转移酶的作用所产生的结合反应等。

（三）膜功能研究法 在药理学研究中有代表性的膜制备技术与功能研究方法常见的有： 钙调蛋白-红细胞膜的制备及钙调蛋白功能测定 应用高速离心法制备的红细胞膜含有Ca2+、Mg2+ -ATP酶是一种与钙离子转运密切相关的CaM靶酶。通过测定CaM激活Ca2+、Mg2+ -ATP酶活性的变化可观察钙拮抗剂类药物的药理活性。

心肌细胞膜的制备与功能测定 应用差速离心法制备的心肌细胞膜可作为膜上酶的活性的测定材料。 强心甙，某些抗心律失常药和β-肾上腺能阻断药的作用机制都与心肌细胞膜上的Na+、K+- ATP酶或腺苷酸环化酶以及膜上专一性受体的功能有关。 因此，心肌细胞膜的功能分析可供这类药物的筛选研究。

（四）生化代谢功能分析法 体内存在着一整套复杂又十分完整的代谢调节网络，各种代谢相互联系，有序进行。 生化代谢功能分析的目的： 整体的神经-体液调节 细胞及其关键酶的调节 生化代谢功能分析的目的： 是研究纠正代谢紊乱与失调药物的有效实验方法。

降血糖药物实验法： 调血脂药及抗动脉粥样硬化药实验法： 抗动脉粥样硬化药的筛选模型主要有： 喂养法 免疫学方法 凝血药和抗凝血药实验法

（五）逆向药理学 以往的药理学研究模式： 先发现作用于某一类受体或受体亚型的药物 分离受体 即：配基（药物） 受体 基因模式 （确定受体的存在） 分离受体 （研究受体的相关基因家族） 即：配基（药物） 受体 基因模式

逆向药理学研究模式： 即： 基因 受体 配基（药物）

第四节 与药物设计有关的 生物化学原理

药物设计是新药研究的重要内容，是研究和开发新药的重要手段和途径。 所谓药物设计是通过科学的构思与科学的方法，提出具有特定药理活性的新化学实体或新化合物结构。

一、 酶与药物设计 一些重要治疗药物的作用机制就在于它们抑制了一种靶酶，靶酶有的存在于正常人体组织中，有的存在于感染人体的病原体内。 一、 酶与药物设计 一些重要治疗药物的作用机制就在于它们抑制了一种靶酶，靶酶有的存在于正常人体组织中，有的存在于感染人体的病原体内。 基于酶药物的设计主要是设计特定靶酶的抑制剂或激动剂

毒扁豆碱 乙酰胆碱酯酶 阻止其水解，延长其效应。 乙酰胆碱 毒扁豆碱起着拟胆碱剂的作用，主要用于青光眼缩瞳作用。 （可逆性胆碱酯酶抑制剂）

磺 胺 类 药 物 二氢叶酸 四氢叶酸 二氢叶酸合成酶 二氢叶酸还原酶 二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸 谷氨酸 磺 胺 类 药 物 抗菌增效剂TMP

二、 受体与药物设计 药物受体是在分子水平上，与药物互相识别、相互作用而发生初始药理效应的生物大分子。 受体的基本特征是： 二、 受体与药物设计 药物受体是在分子水平上，与药物互相识别、相互作用而发生初始药理效应的生物大分子。 受体的基本特征是： 受体具有识别特异性配体（药物）的能力，其识别的基础是二者在化学结构和空间结构的互补； 配体与受体结合后可引发生物效应，其结合具有特异性，饱和性和可逆性； 与受体结合的配体，其生物效应可分为激动剂和拮抗剂。

（一）受体介导的靶向药物设计 利用受体学说指导药物设计，目前切实可行的是受体介导的药物导向，即以受体的配体为药物载体，把有效药物选择性地通过受体导向特定的细胞分子，以达到治疗疾病和减少毒副作用的目的。 利用无药理性活性的受体配体作为药物载体，制成的靶向药物大大地增加了药物作用的选择性。

靶向药物按其导向机制可分为： 被动靶向——是指药物通过正常的生理转运和潴留达到靶部位。 主动靶向——是指通过生物识别设计，如抗体识别、受体识别、免疫识别等将药物导向特异靶部位。形象的称为“药物导弹”。 物理靶向——是指通过磁场、点场、温度等因素把药物导向靶部位，如磁性微球、热敏脂质体等。

（二）药物与受体结合的构象分析 研究受体蛋白三维结构的方法有： 同源分子法 归纳法 演绎法 比较分子力场分析法

三、 药物代谢转化与前体药物设计 研究药物代谢的主要目的是确定药物在体内转化的途径，并定量地确定每一代谢途径及其中间体的药理活性。

四、生物大分子的结构模拟与药物设计 当前基于生物大分子结构模拟的药物设计两个热点： 应用蛋白质工程技术改造具有明显生物功能的天然蛋白质分子 tPA改造 胰岛素 基于生物大分子的结构知识进行药物设计 计算机模拟

五、 药物基因组学与药物研究 药物基因组学(Pharmacogenomics)—是研究影响药物作用，药物吸收、转运、代谢、清除等基因差异的学科，及决定药物作用行为和作用敏感性的相关基因组科学，它是以提高药物疗效与安全为目的，对临床用药具有重要指导作用。

药物基因组学是基于药物反应的遗传多态性提出来的，遗传多态性是药物基因组学的基础。 药物遗传多态性表现为药物代谢酶的多态性、药物受体的多态性和药物靶标的多态性等。这些多态性的存在可能导致许多药物治疗中药效和不良反应的个体差异。药物基因组学从基因水平揭示这些差异的遗传特征，鉴别基因序列中的差异，在基因水平研究药效的差异，并以药物效应及安全性为目标，研究各种基因突变与药效及安全性之间的关系。

药物基因组学在以下药学领域中将获得广泛应用： 检测、评估个体对某种药物的适用程度，使药物的有效性达到最大化。 检测药物应答基因的多态性，依据个体的遗传差异实现个性化用药。 确定疾病发生相关基因，筛选新的药物作用靶点，研究药物代谢酶基因谱及药物产生毒副反应的相关基因，从而提高新药开发命中率，增强药物疗效和安全性，缩短开发周期，降低研究开发成本。

六、系统生物学与药物发现研究 系统生物学（system biology）—是一门假设驱动的科学，是利用基因组学、蛋白质组学、转录组学及其他多种组学技术综合获得的全球性数据进行定量的、综合的、动态的研究学科。 整体研究为特征