新农药研究与开发重点.doc

1.农药利弊利：高效，速效，方便，适应性广，经济效益显著弊：对非靶标毒害，环境污染，有害生物易产生抗药性，三致，三R2.30年来农药发展面貌：品种在更新，活性在提高，毒性在降低3.我国农药发展方针：仿制以仿为主，仿创并举自主创新4.我国农药创制情况：乙蒜素 杀虫双5.概念设计：概念设计是将合成工艺研究的结果转变为工业化生产开发过程中的一个重要环节要以工程的观点，收集整理与过程有关的技术资料，加上设计人员的经验等为依据进行设计，指导中试装置设计和中间试验，并对合成工艺不足进行完善。它是实验室工作到工业化生产的飞跃，重点在于经济和技术。6.初筛分为普筛和定向筛选。可进入复筛的要求：杀虫剂初筛浓度1，死亡率80，杀菌剂活体测定浓度0.51，防效65，离体测定浓度0.050.1，抑制率80，除草剂浓度0.752.25kg/ha，抑制率80%，植物生长调节剂0.010.1。7.环境安全评价试验内容：评价入选化合物对环境生物的毒性及其在环境中的残留性、移动性和富集性，预测其对环境的潜在危害，为新农药的开发与安全使用，预防对环境的污染提供科学依据。8.农药登记时要求有两年四地的残留量测定数据。9.在课题立项是，要对文献充分调研，是项目具有新颖性，避免重复研究不能取得专利而浪费投资。10.农药登记包括临时登记、品种登记和补充登记。11.先导化合物：指通过生物筛选，从众多化合物中发现和选出的具有某种农药活性功能的新化合物，一般具有新颖的化学结构，并有衍生化和改变结构的发展潜力，可以用作起始研究模型经过结构优化，开发出受专利保护的新农药品种。12.现在新农药开发的重要的前提是考虑其环境相容性，其次是生物活性。13.先导化合物的意义：可以缩短新农药的开发周期，降低投资，提高成功率，增强抗风险能力。14.什么是新化合物：未曾用于农药研究开发的化合物。包括全新合成的文献未报道过的新型化合物和未经农药筛选过的已知化合物。15.新农药分子设计的基本思路必然要以化学和生物学相结合的知识体系为基础。化学角度要考虑化合物分子结构的合理性和合成的可能性，预测理化性质；从生物学角度要考虑化合物对假定靶标可能产生的生物活性，预测生物效应。16.新农药分子设计的演变化学方面：早期引入有毒原子或基团。70年代及以后以现代有机化学为基础，分子设计中引入极性，电子排布概念，借助计算机实现定量计算及预测化合物性质；生物活性测定水平提高，构效关系定量水平；合成方法引进合成子途径。有经验发展到理论指导方面。近年来发展到结构/抗性，结构/毒性，结构/环境归趋研究。生物学方面：早期分子设计依靠形态学，形态学，生理学研究，依据知识水平低，复杂无法处理，盲目性。近年来设计思路提高至生化，分子生物学水平，减少盲目性，可进行毒性等研究。最近，生物学化学结合。17.先导化合物发现的途径可归纳为四类：随机合成筛选法，类同合成法，天然活性物质模型法和生物合理设计18.随机合成主要内容包括新化合物分子设计和合成以及生物测定活性。19.随机合成中，分子设计的重点放在新颖的化学结构及新的分子骨架方面。20.随机合成中新农药分子设计思路在以下几个领域：分子中引入少见元素设计和合成新的杂环结构利用有机化工副产物或其他化工行业中间体作为新化合物起始原料立体化学思路模拟天然生物活性化合物的化学结构，通过全合成或半合成进行结构衍生化改变亚结构联结思路。21.随机合成要求多靶标、全方位的探索生物活性。22. 类同合成的分子设计思路可分为低层次和高层次层次。A：低层次的分子设计是保留基本化学结构，只改变个别基因或亚结构，合成同一系列的衍生化合物，从中探寻新品种。B：高层次的分子设计思路，是对已开发品种的分子结构进行较大改变，包括骨架结构的改变，以谋求新的二次先导化合物，进而开发出新型化学结构的品种。23. 电子等排体：凡在同一标准的实验系统中能引起相似生化或药理作用的化合物。24. 生物电子等排体：凡具有相似理化性质且由其产生广泛的相似生物活性的分子或基团。25. 生物电子等排性：当有机化合物结构中改变某些特定原子间的排列时，由于电子分布或构型仍保持一定的相似性，结果新的骨架结构与原来化合物结构之间仍能具有某些共性，包括生物学性质的相似性。26. 传统的生物电子等排体包括经典和非经典两大类。举例：经典和非经典经典的生物电子等排体P30.27. 类同合成的几种方法（五条即可P33）A:饱和环开裂；B：饱和侧链环合；C：引入或消除双链；D：引入立体结构；F：同系化合物的衍生化；28类同合成途径的生物筛选，既可采用随机合成同样的普筛体系，也可采用特定靶标的定向筛选。低层次类同合成采用定向筛选，高层次类同合成采用普筛。29为什么要从天然物质中开发农药？答：一方面，由于合成农药开发途径的成功率不断下降，多年来累计已有数以百万计的合成化合物被筛选过，使得设计新型结构化合物的思路受到很多限制，不得不寻求新的研究途径；另一方面，有关天然物质的基础研究已有长足进展，特别是诸如提取、分离、微量分析和结构鉴定等研究手段有了很大提高，使得天然物质的研究开发有了良好的知识基础和先进的实验条件。30天然产物的开发利用方式。答：（1）直接利用：就是在确定药效之后，对产生该物质的生物进行培育良种、大量繁殖、提取有效成分、制剂加工等直接的工业化商品开发。（2）与人工合成途径相结合：在确定药效之后，将其化学结构作为先导化合物模型，用合成方法进行结构优化研究，以期开发出性能比天然物质更好的新农药。31组合化学:是基于新农药创制研究过程中寻找和优化先导化合物必须快速合成并高效筛选大量分子的需要而产生的一种快速合成大量化合物的新方法。32固相载体：固相反应的基础，大多是由不同化合物聚合而成的树脂而制成。固相载体的要求：A:优良的化学稳定性；B：具有良好的机械强度；C：特定的溶剂选择性。33载体连接基要求: A: 与反应物和载体连接时有较高的化学反应性，即易于连接； B：连接反应物和载体之间形成的化学键稳定性，确保后续反应的顺利进行； C：对裂解条件的高度敏感性，最好具有对裂解试剂的专一性，使最终产物顺利完整的从固相载体上解离下来。34混合裂分合成法。(P40)35高通量筛选体系的建立：包括高容量的化合物品库，自动化的操作系统，高特异性的离体或活体筛选模型，高灵敏度的检测系统，以及高效率的数据处理和管理系统等。36高通量筛选常与组合化学、自动化操作系统等技术的有机结合。37乙酰胆碱脂酶抑制剂模型模型： 在一定的温度和PH条件下，乙酰胆碱酯酶催化乙酰胆碱水解，通过测剩下的乙酰胆碱量，可知乙酰胆碱酯酶活性。而测剩下的乙酰胆碱量是在利用其在酸性条件下与羟基、三氯化铁作用生成红棕色，其颜色深浅与剩余乙酰胆碱量成正比，颜色越深，则样品抑制乙酰胆碱脂酶的能力就越高，在A540测光吸收即可。38P49几种染色的原理。39全细胞测试原理、流程。 甾醇途径的最终产物（麦角瑙醇）对乙酰乙酰辅酶A硫解酶的启动基因有反馈控制作用。因此实验的前期工作是构建报告基因，将乙酰乙酰辅酶A硫解酶的启动基因融合到酿酒酵母全细胞中编码-半乳糖苷酶的基因上，该启动子也能活化-半乳糖苷酶基因.将待测化合物与经上述基因修饰的酿酒酵母全细胞及氯苯酚等在微量滴定板上混匀，在控制条件下反应一定时间，最后通过分光光度计检测。40生物筛选作用。从供试化合物中发现生物活性，为新药的合成导向对新化合物的效力和应用前景作出综合评价为新农药开发提供毒理学数据，作为新化合物选型的重要参考41农药生物筛选包括三个层次：室内生物测定、盆栽药效试验、田间药效试验。42生物筛选应包含有效物质和安全物质的筛选制度两个方面。 43生态筛选：以环境中的有益生物作为筛试对象，主要是观察农药使用后对有益生物是否有伤害作用，包括喷散过程中的直接伤害作用以及由于农药污染了环境对有益生物的间接伤害作用。44靶标和易损点有机磷，氨基甲酸酯靶标为乙酰胆碱酯酶，鱼藤酮，磷化氢等以线粒体呼吸酶系统为靶标氟化物以三羧酸循环为靶标，有机硫，克菌丹等以糖代谢系统为靶标，灭幼脲以几丁质合成系统。P5445天然产物农药和化学合成农药的本质区别：化学合成农药分子结构是人工化学反应合成分子结构是认为设计天然产物农药生物自身一系列生化反应途径合成分子结构是长期进化形成的46发现有价值的微生物应该从植物内生菌和极端环境放线菌中筛选。47植物内生菌：是指在植物中度过全部或近乎全部生活周期而不使寄生表现出任何症状的一类微生物，是植物微生态系统中的天然组成成分。48极端环境下放线菌的研究主要集中在三个类群： A：能够生活在极端温度条件下的放线菌（嗜热菌和嗜冷菌） B：极端PH条件下的放线菌（嗜碱菌和嗜酸菌） C：极端高盐浓度下的放线菌（嗜盐菌）49高产菌株的选育： A：紫外诱变；B：亚硝弧诱变；C：微波诱变；D：超声波诱变；F：原生质体融合选育50先导条件： 1、较高生物活性； 2、易于人工合成； 3、结构改造的潜力大51如何从天然产物中发现先导化合物？52QSAR理论？ 答：主要采用数据统计的方法研究化合物的生物活性与化学结构之间的变化规律，并用一定的数学模型来概括和表达构效关系的量变规律。P6053药效构象：药物分子在与受体相结合时所采取的空间构象。当药物与受体作用时其与受体生物大分子活性部位结合时的构象，不一定是全局极小构象，只是某一低能构象。54重组病毒主要从外源基因的插入和缺失两方面入手。55Bt杀虫机理，及高选择性的原因杀虫机理：Bt毒素进入昆虫体内之后，首先在昆虫中肠碱性环境下打开肽键中的二硫键及分子中的盐键成为原毒素，原毒素再经中肠蛋白酶水解释放出单毒素。毒素与中肠上皮细胞刷状缘膜囊上的受体结合。紧接着受体钙调素使毒蛋白原毒素孔道-内毒素蛋白发生寡聚化，进一步插入膜内形成阳离子选择性离子通道，引起中肠上皮细胞的离子渗漏，电解质平衡受到破坏，胞外水进入细胞到窒息包容胀破裂，昆虫由于失水和得不到营养供给而死亡。选择性原因：人类的消化液是酸性的，Bt不能被活化，这是在昆虫和人之间选择性的原因；对于昆虫而言，不同昆虫肠液的性质和蛋白酶的种类组成不同，造成昆虫对-内毒素的结构改造也不同，因而对昆虫表现出不同敏感性差异和种类特异性。56.转基因作物的两个方向？抗草甘膦植物基因工程的三种策略？转基因的三大作用机理？常用的三种方法？方向：把外源的抗虫抗病基因转入到相应的作物中，使其具有抗虫抗病性能而抵御病虫害将抗除草剂基因转移到作物中。策略：促使植物过量产生莽草酸羟基乙烯转移酶EPSPs利用除草剂靶蛋白基因发生点突变产生对除草剂的抗性将草甘膦快速代谢为无毒产物。机理：产生靶标酶或靶标蛋白，使作物吸收除草剂后仍能正常代谢；产生除草剂原靶标的异构酶或异构蛋白使其对除草剂不敏感；产生能修饰除草剂的酶或者酶系统，在除草剂作用前将其降解或者解毒。方法：根瘤农杆菌介导的基因转移；基因枪转化；PEG等化学转化57.生物合理设计：利用靶标生物题生命过程中的某个特定的关键生理生化作用机理作为研究模型，设计和合成能影响该生理过程的化合物，从中筛选先导化合物并优化结构以开发新药的一条研发途径。58生物合理设计的思路：（最理想的情况）选择一个已知其三维结构与功能信息的蛋白质作为靶标，从空间结构，电性及疏水性等方面出发，在分子水平上探索药物与靶标的相互作用以及构效关系，进行分子设计。59.生物合理设计的三个层次基于酶或者受体的功能与生化反应研究的干扰剂的设计与开发基于代谢机理研究的前体农药或先导体的设计与开发基于靶标蛋白质结构的农药活性分子合理设计60.生物合理设计与传统分子设计的不同传统分子设计是先合成或提取活性有效成分，通过筛选从体内发现活性，再了解作用机理，而生物合理设计强调首先从分子水平理解有害生物的生理生化现象，研究生物体内生长发育的机理，有的放矢的设计抑制有害生物生长发育的物质，发现先导化合物，具有逆向思维。传统的分子设计方法偏重化学的合理设计，只注重化合物的实际效果，仅在较宏观的生理水平上对化合物进行研究，因而发现农药的过程简单，而生物合理设计注重理解活性物质的作用方式，探索发现可以选择性调控生物大分子的小分子化合物，除了合理的化学设计及必需的合成基础之外，还需选择适当的体外酶或受体活性测定的方法，正确的评价化合物本质的活性，合理的阐明其活性的生物化学基础以及化合物的作用机理，因此生物合理设计需要建立在生物化学以及分子生物学的最新研究成果之上，具有研究起点高、知识新等特点。传统分子设计所需知识结构单一，而生物合理设计，需要有先进的研究手段和一个由多学科的科学家组成的团队来完成，具有多学科交叉协作的特点。61.生物合理设计中靶标选取的原则选择已在生物化学和分子生物学上得到阐明和解释的作用机理作为研究对象，可以选择这一过程的关键酶作为靶标。选择已经确定了农药活性但作用机制未知的植物保护剂作用机制为研究对象，探明其作用靶标，这一途径可能会提供新的作用靶标。从具有农药活性的天然产物中寻找新的作用机制，发现新的作用靶标。选择高效，高选择性农药时还应注意选择靶生物特有的作用机理，可提高选择性选择对有害生物的生长过程中有致命影响或易受攻击的作用部位为靶标要考虑靶生物的代表性，和经济的重要性。62.丙酮酸脱氢酶系抑制剂的的设计原理63.麦角甾醇生物合成抑制剂的设计基于酶过渡态理论。64.前体农药：指农药分子本身没有生物活性或者活性很低，但进入生物体内，经代谢，其代谢物的活性被激活，对作用部位起活性反应，这类农药叫做前体农药。65.全新药物设计：在已知受体蛋白的三维结构的情况下有针对的进行分子设计。66.SAR-by-NMR的原理及步骤原理：筛选未经组合的小分子化合物库，得到结合于靶蛋白亚活性位点的低亲和性配体，经优化后再组装成高亲和性的配体。步骤：从低分子量化合物库中筛选并结合于靶蛋白的第一配体优化结合与这一部位的第一配体筛选并确定结合于第一配体部位的邻近部位的第二配体通过筛选结构相关类似物优化结合于这一部位的第二配体通过多维NMR的方法或X单晶衍射确定三元配体化合物中的两配体的位置及取向，再将这两配体通过连结子连接，以合成高亲和力的配体目标药物分子。67.黑色素合成的原理68.反双杂交系统原理，三杂交系统原理反双杂交系统(reversetwo-hybridsystem)就是利用靶蛋白-蛋白的相互作用为靶体在细胞水平上来筛选活性小分子的高通量筛选方法。反双杂交基本原理：融合于DNA结合域(DB)的蛋白X与融合于转录活化域(AD)的蛋白Y的相互作用导致BD与AD空间上的接近，从而激活报告基因的转录及表达，细胞不能生长。只有在X与Y不发生相互作用的情况下报告基因不被启动，细胞才能生长。当采用与疾病有关的一对可发生相互作用的蛋白作为X与Y，采用反双杂交系统来筛选活性小分子时，若小分子有活性，抑制了X与Y的相互作用，报告基因不被转录，细胞正常生长；若待筛选小分子无活性，不影响X与Y的相互作用，这时启动报告基因的转录，产生的蛋白分解培养基中的某一特定化合物产生细胞毒性(如URA3分解5-氟乳清酸，5-fluorooroticacid)，酵母细胞就不能生长。三杂交系统(three-hybridsystem)是近几年在酵母双杂交技术的基础上发展的由活性小分子鉴定靶蛋白的方法。由“钩”与“鱼”之间加了“饵”构成三杂交中的3个组分：其中的“饵”是一种修饰过的活性小分子，是由活性小分子和配体A连接而成；“钩”是由配体A的受体蛋白与DB融合而成；“鱼”是由cDNA库中的蛋白融合在AD上构成。当待筛选靶组织的cDNA库中的某一蛋白与小分子相互作用时报告基因的转录被启动，这时细胞可被明显检测。69.展示克隆技术原理展示克隆是综合了亲和层析、噬菌体展示和聚合酶链式反应(PCR)技术发展的一种由活性小分子直接鉴定细胞中靶蛋白及其编码基因的新方法。制备生物素标记的活性小分子化合物的探针：利用生物素结合蛋白与生物素的亲和作用将该探针固定在固相支持物形成柱体同时构建待筛选靶组织细胞的噬菌体蛋白展示库, 并通过柱体。洗柱：由于噬菌体表面所展示的靶蛋白与小分子的相互作用, 展示靶蛋白的噬菌体被牢牢吸附， 而展示非靶蛋白的噬菌体被洗脱。生物素淋洗：将生物素标记的活性小分子连同结合的靶蛋白一噬菌体一起由亲和柱。 扩增：洗下的噬菌体转染大肠杆菌, 含靶蛋白的基因的噬菌体得到大量扩增。分析鉴定：采用PCR方法对扩增的噬菌体中靶蛋白或靶蛋白结构域的基因进