剑桥大学的分子生物学方面的工作,展示了应用计算机来进行药物设计的前景。
剑桥大学的Max Perutz博士和美国匹兹堡大学的Tom Abrahams博士,应用X-射线结晶学和计算机图解来描述两种不同的药物,是如何凝结红血素和血红蛋白的。
两位博士,在不列颠医学理事会,美国华盛顿国家卫生研究院和美国科学基金会的赞助下,试验开发一种药物,用来缓解镰形血球贫血症。这是一种遗传性疾病、基本原因是一种遗传密码的变异,血红蛋白中氨基酸的变化,使得正常的红血球呈现出镰刀形状,大大影响了血球的输氧功能,这也容易使毛细血管阻塞,而阻碍了血液循环。
一年前,Perutz开始培养血红蛋白晶体,用两种药物使其凝固,这就是血红蛋白对氧的亲和力,一种著名的Abrahams反射效应。Perutz用X-射线结晶学测定了药物与血红蛋白合成物的结构,X-射线衍射了晶体中的原子,这些衍射光轰击了摄影底片,使底片上留下醒目的暗点,通过用电子计算机计算,衍射所形成的暗点图形能够与分子的结构相联系起来。
因为血红蛋白的结构用X-射线衍射法得到了测定,Perutz在这方面的工作进行了实际应用,他能够比较加了药物的血红蛋白与未加药物的血红蛋白的衍射图形。计算机的计算结果为科学家提供了药物与血红蛋白结合链的立体图形资料,这个资料还能帮助Perutz和Abrahams解决药物是如何凝固镰状血球血红蛋白的。
他们研究了两种血红蛋白与药物的合成物,其中一种含etharynic acid,这是一种利尿剂,它能增加镰形血红蛋白对氧的亲和力;另一种含bezafibrate,这是一种能控制血液中诸如胆固醇那样的类脂物水平的药物,但能降低血红蛋白对氧的亲和力。
—旦弄清楚了这种合成物,Abrahams很快地演绎出了结晶学的数据,他是利用了Philip Evans(MRC)开发的计算机软件,由计算机绘出的彩色立体图像、观察屏幕上显示的这组图像,通过比较“镰形口”中的药物和血红蛋白的形状,发现它们的结合是相称的。
Evans说:“计算机图解计算法,能使试验结果直观化,它确是一种极好的方法。”它能帮助我们看出一个原子团是否进入了另一个原子团,也能使我们提出修改方法,以改变药物的分子结构,使药物成为我们所需要的那种结构。
Evans正在建立又一种关于药物的电子计算机模型,它非常近似已经研究过的那种能够看见血红蛋白镰形状的那种,这种药物能使心脏病发作时,促进血红蛋白与氧的亲和力,同样它也能缓解镰形血球贫血症。
[New Scientist,1984年8月]