3D-QSAR
定量结构一活性关系(Quantitative Structure-Activity Relationship，QSAR)，即化合物的化学结构与化合物活性之间的关系的探索，起始于药物设计领域，通过研究生物活性和理化参数之间的相关性预测新化学品的活性，指导新药和杀虫剂的合成。在环境化学领域，QSAR可用来预测化学品在环境中的暴露水平，同时又可对其生物活性作出评价。 sys8
定量构效关系(QSAR)是一种借助分子的理化性质参数或结构参数，以数学和统计学手段定量研究有机小分子与生物大分子相互作用、有机小分子在生物体内吸收、分布、代谢、排泄等生理相关性质的方法.。 这种方法广泛应用于药物、农药、化学毒剂等生物活性分子的合理设计，在早期的药物设计中，定量构效关系方法占据主导地位，1990年代以来随着计算机计算能力的提高和众多生物大分子三维结构的准确测定，基于结构的药物设计逐渐取代了定量构效关系在药物设计领域的主导地位，但QSAR在药学研究中仍然发挥着非常重要的作用。
三维定量构效关系（3D-QSAR）是引入了分子三维结构信息进行定量构效关系研究的方法。
这种方法间接地反映了分子与生物大分子相互作用过程中两者之间的非键相互作用特征，相对于二维定量构效关系有更加明确的物理意义和更丰富的信息量。
3D-QSAR的基本原理
主要是利用数学模式对药物的化学结构信息(如各种取代基参数，拓扑指数以及量子化学与分子力学计算参数)与其生物活性之间的关系进行定量分析，出结构与活性间的量变规律，然后根据这种规律及未知化合物的结构预测未知化合物的性能。
它建筑在以下观念上：(1)分子的形状在一定程度上影响其生物活性，分子的活性构象是研究3D—QSAR的关键；(2)药物分子与受体之间的相互作用是借助可逆的、非共价结合的弱作用力实现的，如静电引力、疏水作用、氢键、范德华引力等。由于3D—QSAR直接反映药物分子与受体三维空间上的互补性，更准确表达了药物与受体之间的相互作用，因此，近十多年来3D-QSAR方法得到了迅速的发展。
3D-QSAR研究方法：比较分子场（CoMFA）法、假设活性网格法（HASL）、比较分子矩分析法（CoMMA）、比较分子相似性指数分析法(CoMSIA）、距离几何学三位定量构效关系(DG 3D-QSAR)、分子形状分析(MSA)、虚拟受体(FR)等方法等。
分子形状分析（MSA)方法认为：柔性分子有多种构象，每种构象可视为一种形状，药物的活性与这些形状对受体的活性部位的适应能力有关。Koehler等人就利用MSA法对利什曼原虫二氢叶酸还原酶(DHFR)抑制剂的三嗪类化合物进行了三维定量构效关系分析，成功建立了3D-QSAR方程；MSA法的缺点也是很明显的：由于该法仅仅只是在渗透印章2D-QSAR的基础上引入了重叠体积等参数作为变量，而且这些参数的物理意义并不是很明确，所以它只能看作一种初级的3D-QSAR研究。
地脚锚栓
距离几何学三维定量构效关系(DG 3D-QSAR)严格来讲是一种介于二维和三维之间的QSAR方法。这种方法将药物分子划分为若干功能区块定义药物分子活性位点，计算低能构象时各个活性位点之间的距离，形成距离矩阵；同时定义受体分子的结合位点，获得结合位点的距离矩阵，通过活性位点和结合位点的匹配为每个分子生成结构参数，对生理活性数据进行统计分析。利用距离几何学三维定量构效关系方法，crippen等人对DHFR抑制剂分别作了研究，得到了各自构效关系模型，Ghose等又根据这三类化合物均作用于DHFR受体这一特点，进一步得到了一个包含三类化合物的综合模型，其相关性也非常好，这些都表明距离几何学方法是成功的。
比较分子力场分析方法(CoMFA)，是目前最为成熟且应用最为广泛的方法。比较分子场方法将具有相同结构母环的分子在空间中叠合，使其空间取向尽量一致，然后用一个探针粒子在分子周围的空间中游走，计算探针粒子与分子之间的相互作用，并记录下空间不同坐标中相互作用的能量值，从而获得分子场数据。不同的探针粒子可以探测分子周围不同性质的分子场，甲烷分子作为探针可以探测立体场，水分子作为探针可以探测疏水场，氢离子作为探针可以探测静电场等等，一些成熟的比较分子场程序可以提供数十种探针粒子供用户选择。
它的基本原理是：如果一组相似化合物以同样的方式与受体部位发生相互作用，那么它们的生物活性的强弱就取决于每个化合物周围分子场的差别，这种分子场可以反映药物分子和受体之间非键相互作用特性。马翼等人采用CoFMA方法对N-(4-取代嘧啶-2-基)苄基磺酰脲和苯氧基磺酰脲类化合物进行三维定量构效关系研究，建立了一个较为可靠的预测模型。近年来，研究人员对传统的CoMFIA进行了大量的改进，其中涉及到活性构象的确定，分子叠加规则、分子场势函数的定义以及分子场变量的选取等等，在很大程度上提高了CoMFA计算的成功率。
比较分子相似性指数分析法(CoMSIA）是对CoMFA方法的改进，他改变了探针粒子与药物分子相互作用能量的计算公式，从而获得更好的分子场参数。CoMSIA方法中共定义五种分子场的特征，包括立体场、静电场、疏水场以及氢键场(包括氢键给体场和氢键受体场)。蒸汽泵零件CoMsIA方法中，可避免在原子附近数值的奇异性以及分子表面附近格点处势能的急剧变化，等势图克服了coMFA的不足，其可视性、揭示构效关系和对新化合物活性的预测均得到了改善。在一般情况下，CoMSIA认计算会得到更加满意的3DQSAR模型。
虚拟受体方法（FR）是DG 3D-QSAR和CoMFA方法的延伸与发展，其基本思路是采用多种探针粒子在药物分子周围建立一个虚拟的受体环境，以此研究不同药物分子之间活性与结构的相关性。其原理较之CoMFA方法更加合理，是目前定量构效关系研究的热点之一。
应用
1、微观方面的应用
①药物设计
近年来，分子生物学和计算机科学的迅速发展，使得计算机辅助药物设计（CADD)在新药
物开发中起着非常重要的作用。按照是否已知受体的三维结构，可把这些方法分为两大类，一类是直接药物设计，用于受体靶点三维结构已知的情况下，研究药物与受体的相互作用，根据受体受点的形状和性质设计新的药物，如：对DHFR抑制剂、人体免疫缺陷病毒（HIV-1）蛋白酶抑制剂、5-羟胺（5-HT）受体拮抗剂等的研究；另一类是间接药物设计，当受体的三维结构未知时，采用对一组具有类似活性的化合物建立定量结构-活性关系模型，根据QSAR计算结果的指导药物化学家可以更有目的性地对生理活性物质进行结构改造。
CoMFA和CoMISA是应用最广泛的合理药物设计方法之一，这种方法认为，药物分子与受体间的相互作用取决于化合物周围分子场的差别，以定量化的分子场参数作为变量，对药物活性进行回归分析便可以反应药物与生物大分子之间的相互作用模式进而有选择地设计新药。
②模拟污染物对酶、生物作用的动力学过程
3D-QSAR发展至今，已称为计算机辅助农药设计的基本手段与分析方法。同时，在生物化学、生物医学和生物毒理学方面，硬质合金模具3D-QSAR可用于研究酶的活性、生物体抗病毒能力的强
弱、化合物的致癌致畸性等。
具体来说，3D-QSAR已用来研究多种酶（如水解酶、氧化还原酶、连接酶）的作用物和抑制剂，受体（如5-HT受体、光工作站GHRH受体等）和运输载体。此外，3D-QSAR在肿瘤学、抗菌剂、新陈代谢方面也有一些应用。
2、宏观方面的应用—模拟持久性有机物在空间上的迁移
3D-QSAR模拟多环芳烃由内陆向偏远地区的迁移。
3D-QSAR模拟二恶英在我国的迁移。
利用3D-QSAR解决环境化学问题才刚刚起步。目前，对于一些除草剂，如光系统Ⅱ（PSⅡ）抑制剂、氰基内稀酸酯类化学物、光合作用抑制剂嘧啶硫苯甲酸类化合物等，已研究了其三维定量构效关系。
如何将3D-QSAR研究深入，在环境化学中发挥更大作用，是迫切需要解决的问题。3D-QSAR与传统QSAR相结合，研究污染物水解、光解、生物降解以及土壤吸附等环境行为，
将有助于更加深入的探讨这些环境行为的作用机理。同时，对于广泛使用却污染严重的化合物（如除草剂、杀虫剂、洗涤剂等），在已有的2D-QSAR研究基础上，进行3D-QSAR分析，进而了解化合物产生毒性的部位和发挥用途的机制，挑选出高效低毒的化合物，可达到减少污染的目的。使用3D-QSAR的方法，还可以了解污染物在与蛋白质和核酸等生物大分子结合、作用（从而导致癌变等病理情况）的过程中其三维结构所扮演的角，更加深入的研究污染物在生物体内的作用途径，这对揭示人类的衰老、疾病机制，维护人类健康将发挥重要作用。
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