药物化学第三章-药物的结构与生物活性

合集下载

药物化学期末复习

药物化学期末复习

绪论1、药物化学(Medicinal Chemistry)是关于药物的发现、发展和确证,并在分子水平上研究药物作用方式的一门学科。

2、药物是对疾病具有预防、治疗和诊断作用或用以调节机体生理功能的物质。

3、根据药物的来源和性质不同,可以分为中药或天然药物、化学药物和生物药物。

4、化学药物是一类既有药物的功效,同时又有确切的化学结构的物质。

5、药物化学的三个时期:以天然产物为主的发现时期、以合成药物为主的发展时期、药物分子设计时期。

6、1899年,阿司匹林上市,标志着药物化学学科的形成。

第一章:新药研究和开发概论1、新化学实体(New Chemical Entities)是指在以前的文献中没有报道过的新化合物。

而有可能成为药物的新化学实体则需要时能够以安全和有效的方法治疗疾病的新化合物。

2、通常新药的发现分为4个主要的阶段:靶分子的确定和选择、靶分子的优化、先导化合物的发现和先导化合物的优化。

3、药品质量的主要含义是:A、药物的疗效和毒副作用,B、药物的纯度。

4、药品质量标准中,有两个重要的指征:一是药物的纯度,即有效成分的含量;二是药物的杂质限度。

5、药物的商品名通常是针对药物的最终产品,即剂量和剂型已确定的含有一种或多种药物活性成分的药品。

含同样活性成分的同一药品,每个企业应有自己的商品名,不得冒用、顶替别人的药品商品名称。

6、药物的通用名:也称为国际非专利药品名称,是世界卫生组织推荐使用的名称,通常是指有活性的药物物质,而不是最终产品,因此是药学研究人员和医务人员使用的共同名称,所以一个药物只有一个药品通用名,比商品名使用起来更为方便。

第二章:药物设计的基本原理和方法1、目前新药设计的靶点集中在受体、酶、核酸、离子通道和基因等上。

2、先导化合物(Lead Compound):通过各种途径得到的具有一定生理活性的化学物质。

3、先导化合物的发现方法和途径:a、从天然产物活性成分中发现先导化合物;b、通过分子生物学途径发现先导化合物;c、通过随机机遇发现先导化合物;d、从代谢产物中发现先导化合物;e、从临床药物的副作用或者老药新用途中发现新药;f、从药物合成中间体中发现先导化合物;g、通过计算机辅助药物筛选寻找先导化合物。

药物化学结构和药效的关系

药物化学结构和药效的关系
式更易发挥作用。因此药物应有适宜的解离度.
例:
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
2.6 药物的电子云密度分布对药效的影响
如果药物分子中的电荷分布正好和其特定 受体相适应,药物与受体通过形成离子键、偶 极-偶极相互作用、范德华力、氢键等分子间引 力相互吸引,就容易形成复合物,而具有较高 活性。
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
下例为苯甲酸酯类局麻药分子与受体通过形成 离子键,偶极-偶极相互作用,范德华力相互作 用形成复合物的模型。
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
(2)增加药物分子的位阻:
抵抗青霉素酶得水解
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
(3)电性的影响:
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
2.卤素对药物生物活性的影响
强吸电子基,影响电荷分布
3.羟基、醚键对药物生物活性的影响
-OH增强与受体的结合力(氢键),增加水溶性,改变生物活性 -O-有利于定向排布,易于通过生物膜
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
药物的化学结构与生物活性(药效)间 的关系,通常称为构效关系(Structureactivity relationships, SAR),是药物化 学研究的主要内容之一。
资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
本章内容
药物作用机制 受体学说 影响药物产生作用的主要因素 药物结构的官能团对药效的影响 药物的理化性质对药效的影响 药物的电子云密度分布对药效的影响 药物的立体结构对药效的影响
4.磺酸基、羧基与酯对药物生物活性的影响
-SO3H、-COOH使水溶性、解离度增大,不易通过生物膜, 生物活性减弱;
-COOR使脂溶性增大,生物活性增大
5.酰胺基与胺基对药物生物活性的影响

第3章 药物的结构与生物活性

第3章 药物的结构与生物活性

14
1、药物与受体的相互键合作用对药 效的影响
• 药物与受体的结合方式主要分为可逆和不可逆 两种。药物与受体以共价键结合时,形成不可 逆复合物,往往产生很强的活性。如青霉素的 作用机制是与黏肽转肽酶酰化反应。
• 但在大多数情况下,药物与受体的结合是可逆 的,药物与受体可逆的结合方式主要是:离子 键、氢键、离子偶极、偶极-偶极、范德华力、 电荷转移复合物和疏水作用等。
9
• 当药物结构中含有氢键的接受体官能团, 以及氢键的给予体官能团时,可增加药物 的亲水性。这种官能团的数目越多,药物 的亲水性越强,这种官能团主要有羟基、 氨基和羧基,通过这些基团的数目,可以 判断药物的溶解度趋势。 • 分子中如含有亲脂性的烷基、卤素和芳环 等,一般会增加药物的脂溶性。
10
• 中枢神经系统的药物,需要穿过血脑屏障, 适当增强药物亲脂性,有利吸收,可增强 活性。而一般降低亲脂性,不利吸收,活 性下降。如巴比妥类药物是作用于中枢神 经系统,活性好的药物的分配系数logp在 2.0左右。
第三章 药物的结构与生物活性 (构效关系)
Structure - Activity Relationships of Drugs
1
• • • •
药物从给药到产生药效的过程分为三个阶段: 药剂相(Pharmaceutical phase) 药物动力相(Pharmacokinetic phase) 药效相(Pharmacodynemic phase)
15
• 药物与受体往往是以多种键合方式结合, 一般作用部位越多,作用力越强而药物活 性较好。
16
药物与受体作用常见的键合方式示 意图
偶极-偶极键
疏水键
O N H OO 酶 S HN O CH3 CH3 O离子键

(优选)药物的化学结构与药理活性

(优选)药物的化学结构与药理活性

三、药效学时相的影响因素
• 根据药物在体内的作用方式,把药物分为: • 结构特异性药物(structurally specific drugs) • 结构非特异性药物(structurally nonspecific
drugs)。 • 大多数药物通过与受体或酶的相互作用而发挥药
理作用,药物结构上细微的改变将会影响药效, 这种药物称为结构特异性药物。
• logP是构成整个分子的所有官能团的亲水性和疏水性的总 和,分子中的每一个取代基对分子整体的亲水性和疏水性 都有影响,即logP=∑π(fragments)。
• P值越大,则药物的亲脂性越高。对于作用于不同 系统的药物,对亲脂性的要求不同。一般来说, 脂水分配系数应有一个适当的范围,才能显示最 好的药效。例如,中枢神经系统的药物需要穿过 血脑屏障,适当增加药物亲脂性可增强活性,降 低亲脂性可使活性降低。易于穿过血脑屏障的适
• 多数药物为弱酸或弱碱,其解离度由化合物的解离常数 pKa和溶液介质的pH决定。
• 药物解离后以部分离子型和部分分子型两种形式存在,以 乙酸和甲胺为例,pKa的计算方法为:
解离度对药效的影响
• 弱酸或弱碱类药物在体液中解离后, 离子型与非离子型(分子型)分子的 比率由解离指数pKa和介质的pH决定。
和一个羧酸基,根据溶液的pH, 这个分子既可以接受一个质子,也 可以给出一个质子,或同时发生,因此它既是一个酸,又是一个碱, 是一个两性化合物。在胃肠不同阶段,有不同的酸碱性,因此环丙 沙星有不同的解离形式,在pH 4.0时,烷氨基和羧基均被离子化; 在pH 1.0~3.5时,只有烷氨基团离子化。
1.脂水分配系数与生物活性
(共轭碱)占20.1%。

共轭碱
8.0=7.4 + log[酸]/[碱] 0.6=log[酸]/[碱] 100.6=[酸]/[碱]=3.16/1

药物化学 化学结构与生物活性的关系

药物化学 化学结构与生物活性的关系
O H O N H O NH
H H O N H O NH
如巴比妥类药物结构变化
• 巴比妥类药物,在5位有两个烃基取代时,显示出 镇静安眠作用
O NH O N H O OHO N H O N O-
苯巴比妥的生物活性
• 5位双取代后不能转变成芳环结构
– pKa通常在7.0-8.5间,
• 在生理pH下,苯巴比妥约有50%左右以分 子型存在,可进入中枢而起作用
如全身麻醉药,从其化学结构上看,有气体、 低分子量的卤烃、醇、醚、烯烃等,其作用 主要受药物的脂水(气)分配系数的影响。
特异性结构药物
Structurally Specific Drug 作用依赖于药物分子的特异的化学结构,及其按某种 特异的空间相互关系排列 作用与体内特定的受体的相互作用有关
设计新药时必须考虑到化合物的理化性质
药物口服给药后,经胃肠道吸收进入血液 药物在转运过程中,必须通过各种生物膜,才能 到达作用部位或受体部位 药物分布到作用部位并且在作用部位达到有效浓 度,是药物与受体结合的基本条件 能和受体良好结合的药物并不一定具有适合转运 过程的最适宜理化性质参数
药物产生药效的两个主要决定因素
药物的理化性质 及药物和受体的相互作用
物理性质
药物的性质 药物结构 药物的空间 立体化学
NH3 NH3 C NH O CH2 NH C O CH2 CH2 O CH2 CH2 CH2 C O O CH2 O CH2 O CH2 O CH2 H H H H H H H H N N N N N N N N H H H H H H H H CH2 O CH2 O CH2 O CH2 O S N NH N H O
RCOOH
Ka

药物化学第三章-药物的结构与生物活性

药物化学第三章-药物的结构与生物活性

分 子 间 引 力
静 电 作 用
离子键
(ionic bond, ion-ion bond)
(electrostatic interaction)
指药物带正电荷的正离子与受体带负电的负离 子之间,因静电引力而产生的电性作用
偶极-偶极作用
(dipole-dipole interaction) (electrostatic interaction)
0.72nm H H O H Z-己烯雌酚 H E-己烯雌酚 O 1.45nm H O 1.45nm O H
O
O 雌二醇
(2)几何异构对药效的影响
产生:由双键或环等刚性或半刚性系统导致 分子内旋转受到限制 几何异构体的理化性质和生理活性都有较大 的差异
顺式异构体抗精神病作用比反式强5-10倍
解离度对药物活性的影响
5
三、药物和受体间的相互作用对药效的影响
受体学说
药物 + 受体 药物受体复合物
受体构象改变
药理效应
受体:位于细胞膜或细胞内能识别相应化学信使 并与之结合,产生某些生物学效应的一类物质。 影响药物与受体相互作用的因素有很多 药物受体的结合方式 药物结构中的各官能团 药物分子的电荷分布 药物分子的构型、构象等立体因素
结构非特异性药物:
活性取决于药物分子的各种理化性质 药物作用与化学结构关系不密切 药物结构有所改变,活性并无大的变化
结构特异性药物:
靶点是不同的受体(蛋白、酶),所以生物活性主要 与药物结构与受体间的相互作用有关 活性与化学结构的关系密切 药物化学结构稍加变化,药物分子与受体的相互作 用和相互匹配也发生变化,从而影响药效学性质。
F N O C N C2 H5 诺氟沙星 COOH

药物化学第3章

药物化学第3章
中国药科大学
第三节 第Ⅰ相的生物转化 (Phase Ⅰ Biotransformation)
1
2
3
4
氧化作用
(Oxidation)
还原作用
(Reduction)
脱卤素反应
(Dehalogenati on)
பைடு நூலகம்水解作用
(Hydrolysis)
中国药科大学
一、氧化反应(Oxidations)
药物代谢中的氧化反应包括失去电子、氧化反 应、脱氢反应等,是在CYP-450酶系、单加氧 酶、过氧化物酶等酶的催化下进行的反应。
中国药科大学
四、水解酶
水解酶主要参与羧酸酯和酰胺类药物的水解代谢,这些非 特定的水解酶大多存在于血浆、肝、肾和肠中,因此大部 分酯和酰胺类药物在这些部位发生水解。然而哺乳类动物 的组织中也含有这些水解酶,使药物发生水解代谢。但是 药物在肝脏、消化道及血液中更易被水解。 酯水解酶包括酯酶、胆碱酯酶及许多丝氨酸内肽酯酶。其 他如芳磺酸酯酶、芳基磷酸二酯酶、β-葡萄糖苷酸酶、环 氧化物水解酶(epoxide hydrolase)等,它们和酯水解 酶的作用相似。 通常酰胺类化合物比酯类化合物稳定而难水解,水解速度 较慢,因此大部分酰胺类药物是以原型从尿中排出。
RH + NADPH + H
+
P450
+ O2
ROH + NADP+ + H2O
NADPH:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
中国药科大学
细胞色素P450催化羟基化反应
NADP+
Drug CYP eR-Ase CYP Fe+3 Drug
PC
Drug OH

药物化学中的结构—活性关系研究

药物化学中的结构—活性关系研究

药物化学中的结构—活性关系研究药物化学是将化学理论及技术应用于药物筛选、人类健康疾病治疗的学科。

在药物化学中,研究药物的结构和作用机理有着重要的意义。

而药物分子和生物分子之间的结构—活性关系则是研究药物小分子与生物分子相互作用、药物效应和药效评价的主要手段。

一、结构—活性关系的定义结构—活性关系指的是一种定量、描述性的方法,通过比较不同化合物的化学结构,以预测它们对于生物系统的活性。

简单来说,就是通过结构的改变来控制分子的生物活性。

药物化学家可以通过结构—活性关系研究表示分子结构与体内活性之间的关系,以设计更有效、更安全的药物。

二、结构—活性关系的研究方法1.相关性分析方法相关性分析方法是指通过合适的统计学方法,建立药效与结构参数之间的定量关系模型。

另外,还可以发现一些活性基团,即能够影响分子的生物活性的小分子部分,为设计新药提供了依据。

2.热力学方法热力学方法包括药物分子与受体结合后的能量变化、溶解度、离子化常数等,是通过实验手段确定药物分子与受体间相互作用的物理性质。

这些物理性质的变化可以被认为是药物分子结构变化或受体结构变化的结果,结构—活性关系因此得以分析。

3.分子模拟方法分子模拟方法可以提供药物分子和受体之间相互作用的三维构象和动力学信息,这对于理解分子间的相互作用和分子的生物效应是至关重要的。

常见的分子模拟方法包括分子力学模拟、分子对接和分子动力学模拟。

三、结构—活性关系的应用及意义结构—活性关系在药物化学中广泛应用,可以促进新药的发现和设计,为药物研发提供重要的理论基础和实践指导。

此外,结构—活性关系研究还可以解释药物并发症的发生机理和内在规律,进一步提高药物疗效和安全性。

总之,结构—活性关系研究对于药物化学的发展和现代医学的进步都有着重要的意义。

药物化学家应该不断探索新的计算方法和实验手段,加强药物分子设计及优化,使药物分子与生物分子之间的相互作用更加准确、更加有效。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

[A-] [HA]
解离型 非解离型
10pKa-pH=
[BH+] [B]
解离型 非解离型
pH=pKa [HA]=[A-]
pH=pKa
[BH+]=[B]
pKa 即弱酸性或弱碱性药物在50% 解离时的溶液pH值。
2.酸碱性和解离度对药物的影响
弱酸性药物在酸性的胃(pH=1)中几乎不解离, 99%呈分子型,易在胃吸收(如巴比妥类和水 杨酸类)。
活性取决于药物分子的各种理化性质 药物作用与化学结构关系不密切 药物结构有所改变,活性并无大的变化
结构特异性药物:
靶点是不同的受体(蛋白、酶),所以生物活性主要 与药物结构与受体间的相互作用有关
活性与化学结构的关系密切 药物化学结构稍加变化,药物分子与受体的相互作
用和相互匹配也发生变化,从而影响药效学性质。
离解度过小,离子浓度下降,也不利于药物的转运 预测药物离子化程度
弱酸性药物
弱碱性药物
HAห้องสมุดไป่ตู้Ka
H+ + A-
BH+ Ka
H++ B
[H+][A-] Ka = HA pKa = pH -log [A-]
[HA]
[H+][B] Ka = BH+
pKa
= pH -log [B] [BH+]
10pH-pKa=
药物化学
第三章 药物的结构和生物活性
Structure- Activity Relationships of Drugs
本章主要内容
第一节 药物的结构与活性的关系 影响药物到达作用部位的因素 药物-受体的相互作用对药效的影响
第二节 定量构效关系 第三节 计算机辅助药物设计 CADD
药物作用的三个重要相
中枢神经系统药物需要需要穿过血脑屏障, 适当增强药物亲脂性,有利于吸收,增强活 性,巴比妥药物lgP在2.0左右。
麻醉药物活性与结构没有明显关系,一般 lgP值越大,麻醉作用越强
药物水溶性与药物形成氢键的数目以及离子 化程度有关。容易离子化的药物可增加其水 溶性。
2.酸碱性和解离度对药物的影响
~0.5
离子键
(ionic bond, ion-ion bond) (electrostatic interaction)
指药物带正电荷的正离子与受体带负电的负离 子之间,因静电引力而产生的电性作用
偶极-偶极作用 (dipole-dipole interaction)
给药剂量
剂型崩解药物溶出
药剂相
可被吸收的药物
药物利用度
吸收、转运、分布、代谢、排 泄 药代动力相
可产生作用的药物
生物利用度
药物与靶点相互作用
药效相
效应
§ 1. 药物的结构与活性的关系
Structure- Activity Relationships of Drugs
一、影响药物活性的主要因素
结构非特异性药物:
评价药物亲脂性或亲水性大小的标准
分配系数大,药物的脂溶性高,容易进入通过组织 和器官的膜进入到作用部位。
分配系数小,水溶性高,容易被输运,药物的分配 系数取决于它们的化学结构。
1.溶解度、分配系数对药效的影响
亲水性基团:氢键接受体、氢键给体(羟基、 羧基、氨基等)
亲脂性基团:烷基、卤素和芳环等
很多药物是弱有机酸和弱有机碱,这些药物在体液中 可部分解离 解离形式存在[离子型,水溶性的]——易于转运 非解离形式[分子型,脂溶性的]——易于吸收
解离度由化合物解离常数pKa和溶液介质的pH决定 药物发挥作用应有适当的解离度
药物的解离度增加,会使药物的离子浓度上升,未 解离的分子型减少,可减少在亲脂性组织中的吸收
影响药物到达作用部 位的因素(理化性质)
药物-受体间相互作用 的影响
二、药物的理化性质对活性的影响
药物分布到作用部位并且在作用部位达到有效 浓度,是药物与受体结合的基本条件。
药代动力学性质(吸收、转运、分布、代谢、排 泄)会对药物在受体部位的浓度产生直接影响。
药代动力学性质由药物理化性质决定。
弱碱性药物在胃中几乎100%呈离子型,无 法·吸收,易在肠道(pH=7-8)中吸收(如奎宁、 氨苯砜、地西泮和麻黄碱)
碱性极弱的药物(如咖啡因和茶碱)在胃中也 易吸收。
强碱性药物胍乙啶及完全离子化的季铵盐类和 磺酸类药物在胃肠道均不易吸收,更不会进入 神经系统。
解离度对药物活性的影响
5
三、药物和受体间的相互作用对药效的影响
1.药物和受体之间主要的相互键合作用
药物与受体的结合方式主要分为可逆和不可逆两种。 不可逆结合:共价键 可逆结合:非共价键
离子键 氢键 离子-偶极键及偶极-偶极键(定向力) 范德华力(色散力) 疏水键 电荷转移复合物 金属离子络合物
1.药物和受体之间主要的相互键合作用
作用类型
受体学说
药 物 + 受 体
药 物 受 体 复 合 物
受 体 构 象 改 变
药 理 效 应
受体:位于细胞膜或细胞内能识别相应化学信使 并与之结合,产生某些生物学效应的一类物质。
影响药物与受体相互作用的因素有很多 药物受体的结合方式 药物结构中的各官能团 药物分子的电荷分布 药物分子的构型、构象等立体因素
药物理化性质主要有
溶解度 分配系数
氧化还原势 热力学性质
解离度
光谱性质
1.溶解度、分配系数对药效的影响
Corg
P=
Cw
Corg表示药物在生物非水相或正辛醇中的浓度 Cw表示药物在水相的浓度
脂水分配系数P即药物在有机相和水相中分配达到平 衡时的物质的量浓度Corg和Cw之比,常用其对数lgP 表示。
键能(KJ/mol) 有效半径(nm)
共价键

范德华力

疏水键

氢键
引静
离子键
力 电 离子-偶极键
作 偶极-偶极
用 诱导偶极
140-800 0.3-1.9
3.4 4-30 20-40 ~2 0.5 <0.5
键长 0.2-0.4 0.2-0.4 0.25-0.35 0.5-1.0 0.5-1.0 0.2-0.4
大多数药物属于结构特异性药物,是药物研究 的重点。
药效团
早期:在相同作用类型的药物中可发现化学结构相 同的部分-药效团
广义:指药物与受体结合时,在三维空间上具有相 同的疏水性、电性和立体性质,具有相似的构象
决定药物发挥药效的两个决定因素:
药物在作用部位 达到有效浓度
药物与受体的 作用强度(亲和力)
相关文档
最新文档