A szerkezetalapú módszerek esetében a ligandumok mellett a megcélzott makromolekula (tipikusan fehérje) szerkezetét is felhasználjuk a modellépítéshez. Míg a ligandumalapú módszerek alapvetően a hasonlósági alapelvre épülnek, addig a szerkezetalapú módszereknél a ligandum és a makromolekula közötti molekuláris kölcsönhatásokat explicit módon írjuk le, és ebből próbálunk következtetéseket levonni a molekula aktivitására vonatkozóan. Mivel itt a ligandum makromolekulához történő tényleges kötődését vizsgáljuk, ezért aktivitáson a molekula adott makromolekulára vonatkozó affinitását (binding affinity) értjük. A ligandum–makromolekula kölcsönhatást mindig térben vizsgáljuk, ezért szükségünk van a ligandum és a makromolekula 3D szerkezetére. A szerkezetalapú módszereknél alapvetően két fontos problémát kell megoldanunk. Az első a dokkolási probléma (docking problem), vagyis a legkisebb energiájú ligandum–makromolekula komplex szerkezetének megtalálása. A másik probléma a komplex szerkezete alapján a ligandum affinitásának becslése (scoring problem), ami lehetővé teszi különböző ligandumok összehasonlítását, és így a virtuális szűrés végén a vizsgált molekulák affinitás szerinti rangsorának felállítását. A ligandumalapú módszerek analógiáján a dokkolást felfoghatjuk egy olyan illesztésnek, ahol nem egy másik ligandumra, hanem a kötőhely negatív lenyomatára illesztünk. Ezután következik a ligandum és a kötőhely közötti kölcsönhatást leíró energiatagok (deszkriptorok) számítása (pl. hidrogénhidak, van der Waals-kölcsönhatások). Majd a deszkriptorok és az affinitás közötti korrelációs vizsgálatok alapján meg kell határoznunk az affinitásbecsléshez használt paramétereket (modellépítes). Erre a célra legtöbbször olyan speciális deszkriptorkészletre épülő, általánosan használható értékelőfüggvényeket használunk, amelyeket számos kísérleti úton meghatározott ligandum-makromolekulaszerkezet és affinitásadat alapján állítottak fel. Elvégezhetjük azonban ezt a lépést saját magunk is, akár teljesen újszerű energiatagok bevezetésével. Ezzel a módszerrel célfehérje(család) specifikus értékelőfüggvényeket is létrehozhatunk. A ligandumalapú módszereknél a hasonlóság elve alapján számított deszkriptorokhoz tartozó potenciális energiafelület általában folytonos, a valóságban azonban a felszíneken hirtelen szakadékok és magas gátak figyelhetők meg. Ezek alapvetően a célfehérjével kialakított kedvező, illetve kedvezőtlen kölcsönhatásokkal magyarázhatók. Kis szerkezetbeli különbség is vezethet az affinitás látványos emelkedéséhez/csökkenéséhez, ami pl. a hidrogénhidak szigorú geometriai feltételeivel vagy ütközésekkel magyarázható. A 4.6.3. ábrán látható B molekula egy ligandumalapú szűrésben minden bizonnyal virtuális találatként jelentkezett volna, azonban B affinitása egy speciális kölcsönhatás hiánya miatt 7–8 nagyságrenddel alacsonyabb, mint az A molekula affinitása.

 

 

Az ábrán látható adenozin-dezamináz-gátlószerek aktivitása: 0,2 pM (A molekula), 9 μM (B molekula). Az aktivitáskülönbség alapvetően az A molekulában levő hidroxilcsoport és egy cinkion közötti kritikus kölcsönhatásra vezethető vissza (Maggiora, 2006)