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计算机辅助药物设计可视化分析在药理学教学中的应用探索
文章字数：1793
药理学是一门基于实践的理论学科，传统的讲授教学法可能过于侧重理论知识的讲解，而忽视了学生对于抽象概念的理解，如配体与受体的结合模式、酶的活性空腔等，仅凭文字描述很难理解其在空间的真实结构。近年来，不断有学者对高职院校药理学教学模式进行改进，如多媒体技术、模拟实验等，这些新颖教学方法的应用不仅有助于学生更好地理解药理学的理论知识，还可提供更多实际操作的机会，使学生能够在模拟或半仿真的环境中掌握专业知识，提升实践能力，但以靶点为基础的药理学授课大都还处于传统的讲授法的阶段，不利于学生对蛋白空间结构的理解，以至于对于药物与蛋白的结合也只是停留在文字描述阶段。
目前，计算机辅助药物设计在药物研发企业中广泛应用，不仅可以进行虚拟筛选还可对机制进行探讨，如新颖蛋白的空间结构、药物与蛋白间的相互作用力、配体与受体可能的结合模式等，极大地促进了药物的研发，但这些软件与可视化分析在高职院校药理学课堂教学领域的应用尚不普遍。从2010开始，基于计算机辅助药物设计的教学模式呈快速上升态势。
一、计算机辅助药物设计可视化分析所需软件
在药理学理论课堂教学中实现计算机辅助药物设计可视化分析需要借助相应的软件。具体为：AutoDockVina1.1.2、Py-Mol 2.5.0、AutoDock Tools 1.5.6和Dis-covery StudioVisualizer 2018。上述软件在学术交流前提下可免费使用。
二、计算机辅助药物设计可视化分析在药理学教学中的实践
本教学实践的难点在于如何选择适宜的切入点进行计算机辅助药物设计可视化分析，这将直接影响到课堂教学效果。以秦红兵主编、高等教育出版社出版的《药理学》（第2版）教材为例，计算机辅助药物设计可视化分析的应用可从第六章拟胆碱药开始。笔者以本教材第十六章《解热镇痛抗炎药与抗风湿药》为例进行演示实践。首先在蛋白结构数据库（https://www.rcsb.org）中下载环氧酶-2三维结构（PDBID:5IKT）。使用PyMol2.5.0和AutoDock Tools1.5.6软件对环氧酶-2进行除溶剂、加氢、计算电荷、添加原子类型操作，并将文件保存为PDBQT格式。将环氧酶-2活性中心设定为对接中心。利用AutodockVina1.1.2软件进行分子对接。以阿司匹林为阳性对照，借助Py-Mol 2.5.0软件和DiscoveryStudio Visu-alizer 2018软件绘制配体与受体结合2D和3D模式图。学生端也可下载相关软件并可直接借助微信、QQ等软件接受由教师端绘制的配体与受体2D和3D分子结合模式图，同时可与授课教师进行针对性讨论。通过比较配体与受体的亲和力可大致推断化合物是否对目标蛋白具有抑制作用，该流程与药品研发企业新药研发步骤基本一致，通过该环节，可让学生直观体会药物发现过程，提高学生学习兴趣，培养学生科学素养。
笔者通过调查问卷方式评估学生对计算机辅助药物设计可视化分析在药理学教学过程中的接受与获益程度。教学效果问卷调查结果表明，绝大部分学生对该教学模式满意度较高，知识记忆更加牢固，学习兴趣得到快速提升。但仍有少部分学生对该教学模式接受度较低。通过走访调研发现，该部分学生的生物化学基础知识较为薄弱，对某些专业术语并不理解，在一定程度上影响了药理学的学习与计算机辅助药物设计可视化分析的理解。对此，授课教师应当及时调整授课模式，先对专业名词进行讲解，最后再使用计算机辅助药物设计对抽象的知识进行可视化展示与分析，从而有效解决上述问题。
三、计算机辅助药物设计可视化分析在药理学教学中的体会
笔者通过教学实践发现，基于计算机辅助药物设计可视化分析的药理学教学比理论讲授法教学的课堂效果更为显著。一方面，它可增强学生在教学过程中的参与度，通过互动式教学和小组合作等方式，激发学生的学习兴趣和主动性。另一方面，可视化分析能加速学生对知识的掌握，将抽象知识转化为直观图像和视频，帮助学生建立知识体系，提高学生知识整合与应用能力。在药理学课堂中运用计算机辅助药物设计进行的可视化分析初步证明了该教学方法的有效性，为今后的药理学教学提供了宝贵的经验和启示。
四、结语
总之，基于计算机辅助药物设计的可视化分析在药理学教学中的应用不仅对专业教师提出了更高的要求，还为高职院校药学专业人才培养模式提出了新的思考。如何将计算机辅助药物设计与药理学教学更好地结合，该技术如何适应高职院校药学专业学生特点，如何提高药学教师信息技术技能将是药学教师思考的方向。为此，高职院校药学专业教师应加强交流，组建虚拟教研室，共同研讨，总结成功经验，以增强高职院校药学学生的学科知识、专业技能与创新能力，为国家培养出更多高素质药学人才。
基金项目：全国职业院校巩固扶贫成果服务乡村振兴协作联盟2024-2025年研究课题（LM2024025）
作者单位：四川城市职业学院
目前，计算机辅助药物设计在药物研发企业中广泛应用，不仅可以进行虚拟筛选还可对机制进行探讨，如新颖蛋白的空间结构、药物与蛋白间的相互作用力、配体与受体可能的结合模式等，极大地促进了药物的研发，但这些软件与可视化分析在高职院校药理学课堂教学领域的应用尚不普遍。从2010开始，基于计算机辅助药物设计的教学模式呈快速上升态势。
一、计算机辅助药物设计可视化分析所需软件
在药理学理论课堂教学中实现计算机辅助药物设计可视化分析需要借助相应的软件。具体为：AutoDockVina1.1.2、Py-Mol 2.5.0、AutoDock Tools 1.5.6和Dis-covery StudioVisualizer 2018。上述软件在学术交流前提下可免费使用。
二、计算机辅助药物设计可视化分析在药理学教学中的实践
本教学实践的难点在于如何选择适宜的切入点进行计算机辅助药物设计可视化分析，这将直接影响到课堂教学效果。以秦红兵主编、高等教育出版社出版的《药理学》（第2版）教材为例，计算机辅助药物设计可视化分析的应用可从第六章拟胆碱药开始。笔者以本教材第十六章《解热镇痛抗炎药与抗风湿药》为例进行演示实践。首先在蛋白结构数据库（https://www.rcsb.org）中下载环氧酶-2三维结构（PDBID:5IKT）。使用PyMol2.5.0和AutoDock Tools1.5.6软件对环氧酶-2进行除溶剂、加氢、计算电荷、添加原子类型操作，并将文件保存为PDBQT格式。将环氧酶-2活性中心设定为对接中心。利用AutodockVina1.1.2软件进行分子对接。以阿司匹林为阳性对照，借助Py-Mol 2.5.0软件和DiscoveryStudio Visu-alizer 2018软件绘制配体与受体结合2D和3D模式图。学生端也可下载相关软件并可直接借助微信、QQ等软件接受由教师端绘制的配体与受体2D和3D分子结合模式图，同时可与授课教师进行针对性讨论。通过比较配体与受体的亲和力可大致推断化合物是否对目标蛋白具有抑制作用，该流程与药品研发企业新药研发步骤基本一致，通过该环节，可让学生直观体会药物发现过程，提高学生学习兴趣，培养学生科学素养。
笔者通过调查问卷方式评估学生对计算机辅助药物设计可视化分析在药理学教学过程中的接受与获益程度。教学效果问卷调查结果表明，绝大部分学生对该教学模式满意度较高，知识记忆更加牢固，学习兴趣得到快速提升。但仍有少部分学生对该教学模式接受度较低。通过走访调研发现，该部分学生的生物化学基础知识较为薄弱，对某些专业术语并不理解，在一定程度上影响了药理学的学习与计算机辅助药物设计可视化分析的理解。对此，授课教师应当及时调整授课模式，先对专业名词进行讲解，最后再使用计算机辅助药物设计对抽象的知识进行可视化展示与分析，从而有效解决上述问题。
三、计算机辅助药物设计可视化分析在药理学教学中的体会
笔者通过教学实践发现，基于计算机辅助药物设计可视化分析的药理学教学比理论讲授法教学的课堂效果更为显著。一方面，它可增强学生在教学过程中的参与度，通过互动式教学和小组合作等方式，激发学生的学习兴趣和主动性。另一方面，可视化分析能加速学生对知识的掌握，将抽象知识转化为直观图像和视频，帮助学生建立知识体系，提高学生知识整合与应用能力。在药理学课堂中运用计算机辅助药物设计进行的可视化分析初步证明了该教学方法的有效性，为今后的药理学教学提供了宝贵的经验和启示。
四、结语
总之，基于计算机辅助药物设计的可视化分析在药理学教学中的应用不仅对专业教师提出了更高的要求，还为高职院校药学专业人才培养模式提出了新的思考。如何将计算机辅助药物设计与药理学教学更好地结合，该技术如何适应高职院校药学专业学生特点，如何提高药学教师信息技术技能将是药学教师思考的方向。为此，高职院校药学专业教师应加强交流，组建虚拟教研室，共同研讨，总结成功经验，以增强高职院校药学学生的学科知识、专业技能与创新能力，为国家培养出更多高素质药学人才。
基金项目：全国职业院校巩固扶贫成果服务乡村振兴协作联盟2024-2025年研究课题（LM2024025）
作者单位：四川城市职业学院