Development and Application of Computational Techniques to Drug Discovery and Structure-Function Relationships
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Tesis doctoral Departament de Bioquímica i de Biologia Molecular DEVELOPMENT AND APPLICATION OF COMPUTATIONAL TECHNIQUES TO DRUG DISCOVERY AND STRUCTURE-FUNCTION RELATIONSHIPS Jose Carlos Gómez Tamayo Mireia Dunach Masjuan Tutor Gianluigi Caltabiano Arnau Cordomí Montoya Director * ! *%* & ! ' (, *%+ ! ! - *%, ! # ! 0 *%- $1 *%. " 2 + +%* ! +, +%+ !+- +%, +. +%- !$! +/ +%. !+1 +%/ ! ! %+2 +%0 ,) , ",, ) )$& !(* )$' # (, )$( ! )& )$) % *. -. )$* % ! &&, )$+ " # *% , ! % $ &(* * &** * , - $ " /&... ,05*15 - ,/-) & & # $ * ,*- ,/&0-) $$ # & & & ' &, -& & & $ & & ,1-) !$ !! $ $ ! & & ) $# !& ,2-) $& ! ! ( & &&%%+ 0& & $,/-) $ $ /3 & $ $02 &%%+ $ $02 & $ $/3 $& " & $ 4./ , /-) !$& ! ,3-) && & & & %%+ !$) # $ have permitted to elucidate the crystal structures of many receptors) -+,-& -+,-*)-*' # ( ) , which also terms this family of proteins as 7TM receptors* % ! " "# ' #. ." ' ") 253 '!" !" #"# ! /92 ## - " &! 48## " !0 !"" ""/80,$ '!" !" #"# ! # " ! !!! ) /90) /:0) /210) & %"!"!)"!"!)$ !!"! /220)!" #" ! /230) ! ! /240) & %" " /250 %" "- !"/260)" ! - !/21)27.2:0, #"!#"!!%"")!"" "!# ""'!$ '%)" '! $!"!"!,!"# %!#!'!" !!"" # ! !"!"! $!"!" !" ! /!! 0 ' /310, !# ! ' "% # !+ " !" /2 " #80 !!""&%"" !"!"* "!"!"!!" "$""!"! $ !# " &) " ' !! " 61, !" !-!" "" %! !' ! !#!" !"! " " !, '!"(" ! ! !! "! " " $! " "#! '!" "! /320, !"#! # " " -5 '!(' " -'" !) - '!"("%""' "!)" -!"(", %$ ) !" "! "##! !!$ !!" #"# ! " #! $! # !" !" #"# -#" "!!) " ' ""!, !") '!" !" #"# ! "# !"" $% " " )% ! %"&!" " "!""!/330, !)" #"!" --" #!)'!""# !" "! "! " !" #"# -#" "!!, $ )"#! "!)#""!)! "5'!('#!" " !" " /340, # " ! !!! ! ! $ 3 ) " ""' !""&" # !,-*!! " ! " (' / +" $$ " "",# 1-*!! " ! " (' # ) #! '" ,-) % "! " "!" !",02-*!! " !&!"!+ !)% $"' $!#") "#"#" ,# 1-* !!!%! ''!" , -!%! ,# 1-* " !")!! !! ,# 1-)%" ! &"! ,' " " ! ! " -* "!" !" "#!$ ! " "!* !! !)"#! $"'%""3 #)% !!! !)"#! ,"-""3 ,4-* !!)" "!" !"! " " !* ') !! " ! "$" ' " " %!" ,/.-* % $ ! & %$ ! & %$ !#" %"$$ % ),.*% $ ! α(&" ' $ % $ ( ( !! & $& & & " ),/*'$& $ !& ! " ),0*' $& , # " ,.+-2/ ),0* " $ "" )+2/ *" ( ( " ) .*' '),1* ! " ! " " " $' $&$ , $ " ## $ % ,/4-)"(# ! "" # % ! ! / $# /1.042,/3-,!1-) " $ ! &" " $&#%(' ) " *! "# % ! $ ! $ "!% ) ! #$ % ! " " %( " ( ! ) %( # " !! # # , " "-# & " # ' & " ) # $ " ! %!% ! #%( ! ( ( " #% # " % ,/5+0.-(#( ! " %( !! %,/5(0/(00-) %" % # * # $% #% )$ ' & ,//-( ! ' ! ' " ! #" 3'# 4 # ) * !( ) $ α !! ) α βγ ! " "! ! % , -' ! ' ( )! '! )! , - % '# β) (β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ʮ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