华东理工大学药学院
三、 药物设计理论基础
药物－靶标分子间相互作用遵循量子力学（Quantum Mechanics）原理，因而药物设计的理论基础是量子力学以及基于量子力学的分子力学（Molecular Mechanics）。下面对药物设计中所涉及的理论方法作个基本介绍。
在介绍理论基础之前，首先需要明确如下几个基本概念：
理论化学（Theoretical Chemistry）：通常指量子化学（Quantum Chemistry），即运用量子力学的原理和方法从电子层面来研究化学中的基本问题，如化学键的本质、分子的物理性质、以及分子间成键相互作用等；
计算化学（Computational Chemistry）：指以计算机为工具，采用各种理论计算方法来理解和预测分子系统的行为规律，如生物大分子、药物分子、材料分子等，并指导新分子的设计，这些理论计算方法不仅包括量子力学，而且包括分子力学、分子动力学、能量最小化、构象分析等其它方法；
分子模拟（Molecular Modeling）：指不但采用计算化学方法来研究分子系统的行为，而且应用分子图形学原理在计算机屏幕上显示和操作分子的三维结构以及与三维结构有关的性质，以更直观的方式来研究分子系统的行为。
几个常用概念
分子文件格式：小分子通常采用sdf或mol、以及mol2格式，大分子采用pdb格式。 常用长度单位：埃（1Å=10-10m）、纳米（1nm＝10-9m），键长一般在埃的级别。
常用时间单位：微秒（1µs＝10-6s）、纳秒（1ns＝10-9s）、皮秒（1ps＝10-12s）、飞秒（1fs＝10-15s），蛋白质的运动一般在微秒级别，而分子动力学模拟的步长一般在飞秒级别。
坐标系统 ：笛卡尔坐标（Cartesian Coordinates）：即我们通常所说的直角坐标，以原点为参照中心，分子中每一个原子都具有x、y、z三个坐标值；原点选得不一样，每个原子的坐标就不一样，分子相对原点作平移或旋转操作后，原子坐标也将不一样。常用分子文件格式如sdf、mol2和pdb都采用笛卡尔坐标。内坐标 （Internal Coordinates）：只考虑分子中原子之间的相对位置，即指定一个原子为起点，用原子之间的距离（即键长）、角度（即键角）和二面角来表征分子的构型。内座标通常表示为Z矩阵（Z-matrix，图14）形式，在量子化学计算等方面有广泛的应用。