農藥分子設計方法學研究取得重要進展

在國家自然科學基金項目的連續資助下，華中師范大學楊光富教授課題組及其合作者在農藥分子設計方法學研究方面取得了重要進展，相關研究成果發表在《美國化學會志》雜志（J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 185-194）上。
農藥是保障現代農業可持續發展*的重要戰略物質，而傳統農藥在保障農業生產的同時也給環境生態和食品安全帶來了嚴重危害。發展綠色化學農藥是新農藥創制研究的必然趨勢。農藥分子要實現綠色化，除了低毒、低殘留以及環境相容性好等特征之外，還必須要求達到超，即用量低（畝用量通常在10克以下）。因此，提高農藥分子（化學小分子）的生物活性強度是降低農藥使用量、使農藥實現綠色化的一個重要前提。而如何提高農藥分子的生物活性強度則是農藥分子設計學家所面臨的一個重要挑戰。
楊光富教授領導的研究組與清華大學吳嘉偉教授研究組和美國肯塔基大學湛昌國教授研究組合作，發展了一種通過優化化學小分子與生物大分子活性腔中的構象柔性殘基之間相互作用來提高農藥分子生物活性強度的分子設計策略，針對細胞色素bc1復合物（生物大分子）成功設計得到了一種活性強度比母體化合物提高了520多倍抑制劑（化學小分子）。由于該化合物不僅具有高活性（ki = 0.57nM），而且還具有解離速率慢（k-0 = 0.00358 s-1）的特點。因此，該化合物可以作為一種高活性探針分子用于深入研究細胞色素bc1復合物的生物學功能，同時也可以作為開發農藥和藥物的新先導化合物。
該項研究為從化學小分子與生物大分子選擇性相互作用的角度開展農藥先導結構優化提供了新的思路，對藥物分子設計也具有較好的借鑒意義。此外，該項研究中化學小分子與靶標的結合自由能理論計算結果與實驗結果之間表現出高度線性相關，表明其分子模擬研究具有較高的精度。JACS審稿人認為，這是一項非常有意義的研究工作，也是*次通過基于結構的合理化途徑設計獲得活性達到亞納摩爾級別的bc1復合物抑制劑。論文發表后受到同行的關注，細胞色素bc1復合物研究領域的結構生物學家美國SUNY Upstate Medical University的Edward A. Berry教授以及美國NIH國家癌癥研究所的Xia Di教授均來信索要樣品開展合作研究。