化学信息学计算机化学.doc

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1、2006-2007化学信息学(计算机化学)学科发展报告随着化学信息的大量积累及计算机与网络技术的飞速发展，“化学信息学”已成为化学学科的重要分支之一。尽管尚缺乏被广泛接受的严格定义，但其精髓可描述为“从数据到信息然后到知识”的说法已得到普遍认可，其具体研究内容包括：计算化学、分子模拟与设计、化学计量学、数据挖掘与知识发现及Internet的利用[16-1,2]。(一)化学信息学在社会与经济可持续发展中的地位与重要性门捷列夫可被认为是最早的化学信息学家，他通过对化学元素结构与性质的总结建立了化学元素周期表。近年来，化学信息学在功能材料与分子设计、

2、产品质量评价与控制、环境检测与控制、生命与健康、疾病诊断、各类“组学”的数据挖掘、复杂体系分析、智能分析仪器及新产品开发等研究领域中均发挥了重要作用，为社会与经济的可持续发展奠定了理论与技术基础[16-3,4]。例如，虚拟筛选(VHTS)和定量构效关系(QSAR)等化学信息学技术的引入不仅明显缩短了新药研发周期而且大幅度降低了开发成本；“指纹图谱”的提出与应用为中草药的质量评价与控制提供了关键技术。(二)近两年化学信息学的研究进展化学信息学在理论化学、分子模拟与设计、化学计量学、数据挖掘以及Internet资源的利用等方面均取得了重要进展[16

3、-5]。分子模拟研究为药物分子的筛选建立了快速的虚拟高通量筛选(VHTS)方法[16-6]、为药物的全新设计(denovodesign)提供了研究方法和手段[16-7]、为蛋白质-配体之间的相互作用研究建立了新的计算方法[16-8]、为小分子化合物的ADME/Tox及其它理化性质发展了理论预测方法[16-9]。理论化学计算与实验科学相互结合用于合成化学和材料设计，实验结果与计算结果得到了相互印证和补充[16-10,11]。分子动力学、MonteCarlo模拟在化学、生物、材料等领域得到应用[16-12,13]。基于分子力学的优化方法被广泛关注，

4、新的优化算法不断涌现[16-14]。为了扩展微观的分子力学与分子动力学方法的时空尺度，“粗粒化”力场的方法被重视和发展，多尺度的模拟方法被关注[16-15]。化学计量学在新方法和应用研究方面均取得了丰硕成果[16-16]，小波变换[16-17]等方法为分析化学信号处理带来了新的手段，高维数据的解析方法为现代联用仪器的数据处理提供了理论和技术基础[16-18,19]，多元校正为复杂体系的分析提供了实用技术[16-20]，指纹图谱为中草药等产品的质量评价与控制提供了有效手段[16-21]。计算系统生物学(ComputationalSystemsBi

5、ology)[16-22]是近几年发展起来的新的研究课题，组学数据管理系统(PRISM)[16-23]以及基于Matlab的系统生物学定标语言(SBML)[16-24]已被报道。作为新的计算技术，量子计算和DNA计算在近几年也取得重要进展。面向化学领域网络数据和计算资源共享工具的研究发展迅速，化学资源搜索引擎、数据集成及数据共享相关标准、数据与计算集成等得到了广泛关注[16-25]。(三)我国化学信息学研究的地位与近期研究进展173近年来，我国的化学信息学研究得到了快速发展，在某些专题的研究方面达到了国际前沿水平。表1列出了2000年以来某些研

6、究专题的论文被WebofScience数据库的收录情况以及国内外论文数量的比较。可以看出，在近期比较热门的“新药研发”和相对比较传统的“计算化学”研究专题方面，我国的论文发表情况仍比较落后；在“QSAR/QSPR”及“化学计量学”研究方面，我国的论文发表数量名列第二，但与美国相比仍有一定差距；而在研究范围较窄的研究专题“小波分析”研究方面，我国的论文发表数量则处于领先地位。表12000-2006年WebofScience数据库收录的论文发表情况及国内外论文篇数的比较关键词论文总数中国美国数量名次百分数数量名次百分数DrugDiscovery86

7、1124492.84538152.7Computation*Chem*827937474.53483142.1(QSARORQSPR)ANDChem*1954244212.4575129.4Chemometrics144814229.8316121.8Wavelet*ANDChemistry6928140.615221.7近年来，我国学者开展了MM/PBSA 、GB/SA、MM/SASWA及MM/PBSA等一系列方法研究，并对某些受体-配体之间结合自由能、蛋白质的水合自由能等进行了计算和预测，得到了与实验结果吻合的计算结果[16-26]。建立了

8、生物利用度、溶解度、logP、pKa、caco-2穿透、肠吸收、血脑屏障穿透及化合物ADEMT性质预测[16-27]等多种模型，得到了良好的预测效果[