第3章药物设计的基本原理和方法(4)
药物设计原理和方法

OR RO RO OR O R= OR OR
O O OH
O O O H3C O
H N O
CH3
13
舒它西林
• 双酯结构的前体药物
– – – – – Ampicillin与 Ampicillin与Sulbactam 1: 1:1 以次甲基相连形成 口服后 迅速吸收 非特定酯酶的作用 水解 较高的血清浓度的Ampicillin Ampicillin和 较高的血清浓度的Ampicillin和Sulbactam
24
载体联结前药
药物 载体
体内水解
药物
+
载体
• 载体联结前药是指由一个活性药物(原药) 载体联结前药是指由一个活性药物(原药)
和一个可被酶除去的载体部分联结的前药。 和一个可被酶除去的载体部分联结的前药。 • 载体联结前药通常在体内经酶水解释放出 原药
25
CarrierCarrier-linked Prodrug (Carrier Prodrug)
与肠促酶胰肽-B受体结合 与肠促酶胰肽 受体结合
9
实例— 实例—5-脂氧酶抑制剂
10
几何异构体
• 己烯雌酚
11
先导分子的碎片类似物
从可卡因到普鲁卡因
12
拼合原理(combination 拼合原理( principles) principles)
• Salol Principles • 药效基团 • 互联体前药 • 实例: 实例:
6
•
环类似物
• 刚性类似物:将双键、三键、小环引入柔 刚性类似物:将双键、三键、
性分子
哌替啶类似物
乙酰胆碱类似物
7
烃链同系化、环的大小改变及环 烃链同系化、 位置异构体
药物设计药物设计原理和方法

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适宜衍生化的功能基及衍生化物:
醇羟基或酚羟基可衍生成酯或活泼醚;羧基可衍生成酯或酰胺;氨基(包括胺、酰胺和亚胺)可衍生成烷氧羰酰胺
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2.4.1 提高生物利用度的前药
若原药分子中含有羟基、羧基或磷酸基,会因极性强或带有电荷而难以吸收。应用前药原理引入酯键可提高脂溶性,改善了脂/水分配系数,有利肠道吸收,或克服了首过效应。
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2.4.2 增加水溶性的前药
有些酸性、碱性或盐类药物因为水溶性很小,不便制成注射剂使用;有些则会影响吸收。一般可将其制成适当的水溶性盐类。
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2.4.2.1 磺胺嘧啶钠:将水溶性差的磺胺嘧啶制成钠盐,可增大水溶性,供注射用。
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2.4.2.2 强力霉素盐酸盐:强力霉素微溶于水,制成水溶性好的盐酸盐,供注射用。
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软药:是指一类本身有治疗效用或生物活性的化学实体,当在体内呈现药效并达到治疗目的后,按预料的代谢途径和可控的代谢速率的代谢, 转变成无毒、无活性的代谢物。
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软药通常是在局部呈现药理作用,若分布或扩散到其他部位时,会迅速代谢失活,从而避免出现不良反应和毒性。
软药所发生的失活过程是单一的低能量和高容量的酶促反应
3.3.1 脂肪族三价等排体最常见的三价电子等排体是-CH=与-N=的变换,广泛应用于新药设计中。
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3.3.1.1 胆固醇胆固醇的C20和C25被N替换,得化合物(2)是体内胆固醇生物合成的强效抑制剂。
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3.3.1.2 抗抑郁药地昔帕明(3)、去甲替林(4)和普罗替林(5)是三环类抗精神病药,相互之间是三价原子等排变换。
药物设计的基本原理和方法

靶点定位
02
药物的靶点可以是细胞内的特定分子、细胞膜上的受体或细胞
器等。
药效学特征
03
药物的细胞和组织特异性与其药效学特征密切相关,决定了药
物的治疗效果和副作用。
03
CATALOGUE
药物设计的计算方法
基于配体的药物设计
总结词
基于配体的药物设计是指根据已知活性配体分子的结构特征和药效团,预测和 设计新药分子。
02
CATALOGUE
药物作用的分子机制
药物与受体的相互作用
药物与受体结合
药物通过与细胞膜上的受体结合,传递信号,调节细 胞功能。
药物作用模式
药物与受体结合后,可以激动或拮抗受体,产生兴奋 或抑制效应。
亲和力与选择性
药物与受体结合的亲和力决定了药物作用的强度,而 选择性决定了药物作用的特异性。
药物作用的信号转导通路
人工智能可以帮助研究人员分析大量数据,发现潜在的药物靶点,预测分子的三维 结构和相互作用模式,提高药物设计的精度和效率。
人工智能还可以模拟药物在体内的代谢和分布过程,预测药物的疗效和安全性,为 新药临床试验提供有力支持。
基于免疫疗法的药物设计
免疫疗法已成为一种重要的治疗手段 ,通过调节人体免疫系统来攻击肿瘤 细胞或其他有害物质。
基于结构的药物设计
总结词
基于结构的药物设计是指根据已知靶蛋 白的三维结构,设计和筛选能够与靶蛋 白结合并影响其功能的小分子药物。
VS
详细描述
该方法依赖于对靶蛋白三维结构的了解, 通过计算机辅助药物设计软件,设计和筛 选能够与靶蛋白结合并影响其功能的小分 子药物。这种方法需要高分辨率的靶蛋白 结构信息,并考虑蛋白质的动态性质。
药物设计的原理是

药物设计的原理是药物设计是指利用现代科学技术和药学等相关知识,通过分子设计和合成药物分子,以满足治疗疾病的需要。
药物设计的基本原理包括药物作用靶点选择、药物分子的合成、药物的优化等。
首先,药物设计需要明确疾病的发病机制,找到适合的治疗靶点。
靶点可以是特定的蛋白质、酶、离子通道等,这些靶点参与了生理、病理过程的调控。
通过选择合适的靶点,药物设计师可以根据其功能特点开发出有针对性的药物。
在药物分子的合成过程中,药物设计师需要设计与靶点相互作用的化学结构,并通过有机合成方法合成出药物分子。
药物设计师会考虑药物分子的生理学、药代学性质以及药物的有效性和安全性等方面的因素。
通常,药物分子具有独特的化学结构和功能团,可以与靶点发生特异性的相互作用,从而达到治疗效果。
药物设计的一个重要原则是结构活性关系(Structure-Activity Relationship,SAR)。
药物设计师通过对已知活性药物结构进行结构修饰、改变或优化,使药物分子具备更好的活性和选择性。
这涉及到合理的分子模拟和计算方法,如分子对接、药物动力学和动力学模拟等。
通过这些方法,药物设计师可以预测药物与靶点的相互作用模式和药物分子在体内的代谢途径,为药物分子的优化提供指导。
此外,药物设计也需要考虑药物分子的药物代谢特性。
药物在人体内经历一系列的代谢途径,包括吸收、分布、代谢和排泄。
药物的代谢特性对于药物的治疗效果和毒副作用具有重要影响。
药物设计师可以通过结构优化以及设计药物释放系统等方法,调控药物在体内的代谢过程,提高药物的生物利用度和疗效。
此外,近年来,药物设计中也注重了计算机辅助药物设计(Computer-Aided Drug Design,CADD)。
计算机辅助药物设计通过建立药物分子与靶点的结构模型,应用计算机算法进行分析和预测,加速药物设计的过程。
CADD包括药物活性预测、分子对接、虚拟筛选等技术,它们在药物设计中发挥着重要的作用,并提高了药物研发的效率。
药物设计的原理及方法

基于已知的生物活性分子结构特征、生物靶标结构特征以及 药效团模型,采用计算机辅助药物设计(CADD)和基于片 段的药物设计(FBDD)等手段,预测和设计新的可能具有药 理活性的分子结构。
药物设计的目的和意义
目的
通过药物设计,可以预测和设计出具有特定药理活性的新分子结构,以满足临 床治疗的需求,提高药物的疗效、降低副作用、改善药物的代谢性质等。
04
CATALOGUE
药物设计的应用
新药研发
靶点发现与验证
通过基因组学、蛋白质组学等技 术手段,发现并验证潜在的药物 作用靶点,为新药研发提供目标
。
药物筛选
利用高通量筛选技术,从大量化合 物中筛选出具有潜在活性的候选药 物,进一步降低新药研发成本和时 间。
结构生物学方法
利用X射线晶体学、核磁共振等技术 ,解析药物作用靶点的三维结构, 为新药设计提供结构基础。
基于片段的药物设计
将已知活性片段作为药物设计的起点,设计和筛选能够与靶标结合 的小分子化合物。
02
CATALOGUE
药物设计原理
药物作用靶点
靶点选择
选择与疾病相关的靶点,如蛋白 质、酶、受体或离子通道等,是 药物设计的关键步骤。
靶点验证
验证靶点的生物学功能和药理学 特性,以确保所选靶点是有效的 治疗目标。
计算机辅助药物设计
利用计算机模拟技术,预测药物与靶点的相互作 用,为药物改造和优化提供理论支持。
3
合成生物学方法
利用合成生物学技术,设计和构建具有特定功能 的基因线路或细胞工厂,生产具有特定活性的药 物分子。
05
CATALOGUE
药物设计的挑战与展望
药物设计的挑战
第三章药物设计的基本原理和方法

第三章:药物设计的基本原理和方法概述药物设计是指根据疾病的病理生理过程,以及分子水平的生命科学创新为基础,运用计算机辅助药物设计、合成药物、验证药物效果等多学科交叉的理论和方法,研制出具有筛选性和靶向性的新型药物。
本文讨论药物设计的基本原理和方法。
药物设计的原则选择恰当的靶点药物和其所要治疗的疾病之间的关键是选择恰当的靶点,即在细胞或器官层级上与特定分子相互作用的新型化合物。
药物的靶点可能是酶、激素受体、离子通道、转录因子或其他蛋白质等。
确定可行的物化特性新型药物也需要具有一些物化特性,如良好的溶解性、合理的分布系数、合适的药代动力学和毒性水平等。
这些特性需要在药物设计的早期考虑,以保持最高程度的药物有效性和安全性。
靶向性药物设计需要有靶向性,即新型药物必须与目标分子更具选择性,从而降低其他细胞和蛋白质的影响和干扰。
可逆性新型药物必须保证可逆性,即能够与目标分子迅速结合和解离结合,这样可以防止药物不必要的堆积和不良反应的产生。
耐药性新型药物还必须克服耐药性的问题,这可以通过合理的药物配伍、合理的剂量和临床监测来达成。
药物设计的方法高通量筛选技术高通量筛选技术可以根据药物与目标之间的相互作用来筛选出优化的药物分子。
这种方法可以在速度快、成本低、提高药物筛选的效率等方面起到重要作用。
分子模拟分子模拟是基于分子动力学原理的计算机模拟方法,可以模拟药物分子与靶点结合的过程,从而预测和分析药物的性能。
这种方法具有速度快、全面性和准确性高的特点。
分子对接技术分子对接技术是模拟药物分子在目标分子表面的结合情况,通过计算从而找到最优的药物结构。
这种方法可以在改善药物生物利用度、减少药物副作用、提高药物特异性等方面发挥重要的作用。
三维定量构效关系三维定量构效关系(3D-QSAR)是指通过分子构象学、药理、计算化学等多方面综合分析药物分子构效关系的方法。
通过建立与三维分子结构有关的统计和数学模型,从而预测药物分子与靶标分子的结合方式和药效,以此优化药物的结构和性能。
药物设计的基本原理和方法 PPT

先导化合物发现的方法和途径
以现有的药物作为先导化合物
1.由药物副作用发现先导化合物 基于抗结核药异烟肼的副作用,发展了单胺氧化酶抑制剂类抗抑郁
药,如异丙烟肼。
二、新药设计与开发
Drug design and development
先导化合物发现的方法和途径
二、新药设计与开发
Drug design and developmentΒιβλιοθήκη 先导化合物发现的方法和途径
利用计算机进行靶向筛选得到先导化合物
以生物靶点为基础,利用计算机软件对化合物进行靶向合理筛选和从 头设计已成为发现先导化合物的一个重要手段。
二、新药设计与开发
Drug design and development
二、新药设计与开发
Drug design and development
先导化合物发现的方法和途径
用活性内源物质作为先导化合物
根据对生理病理的了解来研究新药,通常是针对与该生理活动有关的 酶或受体来设计药物,被称为合理药物设计。内源性神经递质、受体或酶 的底物就是初始的先导化合物。例如以炎症介质5-羟色胺为先导化合物研 发了抗炎药吲哚美辛。
高通量筛选(High-throughput screening)是以随机筛选和广泛筛选 为基础的。高通量筛选是利用近二、三十年来生物化学、分子生物学、分 子药理学和生物技术的研究成果,将已阐明影响生命过程的一些环节的酶、 受体、离子通道等作为药物作用的靶标进行分离、纯化和鉴定,由此建立 分子、细胞水平的高特异性的体外筛选模型,具有灵敏度高、特异性强、 需用药量少、快速筛选的特点。
二、新药设计与开发
Drug design and development
药物设计的基本原理和方法

前药设计的目的
• 1. 提高药物的选择性 • 2. 增加药物的稳定性 • 3. 延长药物的作用时间 • 4. 改善药物的吸收和溶解性能 • 5. 降低药物的毒副作用 • 6. 改善药物的不良口感
OR
RO
R = H,
• 从植物获得的一类最重要的活性物质是生物碱, 均含有胺基并呈碱性。
N HO MeO
N Quinine
HO
O H N Me
HO Morphine
Et OH O
N
O
N
O
喜树碱 Camptothecin
NMe2 HO
Et OH O
N
O
N
O
拓扑替康 Topotecan
N Et
NO
Et OH O
O
N
O
N
O
CONHNH2
N
异烟肼
S N
N
异丙嗪
Me CONHNH C Me
H
N
异丙烟肼
S
Cl
N
N
氯丙嗪
b. 以现有突破性药物作先导
以已经上市的药物为先导化合物,进行结构修饰 和改进, 发展“Me too” 和 “Me better”药物.
N
S
N CH3 H
NHCH3 NCN
西咪替丁
“Me Too”药物
S (CH3)2NCH2 O
O
O
N N
保泰松
O
S
O
O
N N
磺吡酮
O
O
N N
OH
羟布宗
OH O
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Logp = logPH +ΣπX +ΣFX
母体化合物的lo g P 需进行校正的各种因素之和 母体上各取代基为值的总和
二、电性参数( Electronic Parameters)
可用查表方法直接得到的电性参数有:、 、 、 * 等 Hammett常数 ,表示芳香族 取代基的诱导和共轭效应之和
第五节定量构效关系方法简介 (Quantitative Structure –Activity Relationships)
定量构效关系(Quantitative Structure –Activity Relationships,QSAR): 是一种新药设计的研究方法,可以作为先导化合物优化的一种 手段。也是计算机辅助药物设计的一个重要内容
17.03.2019 3来自Hansch方法认为,药物能呈现生物活性,是药物小分子与生物 大分子相互作用的结果,这种相互作用,与药物的各种热力学 性质有关,而且这些热力学性质具有加和性,Hansch分析法又 称线性自由能相关模型。
Hansch方程的基本通式是:
Log 1/C = a2 + b + c + dEs + · · · +k Log l/C = a logP2 + blogP + c + dEs + · · · +k
Es=logKx-logKH
(2)摩尔折射率(MR,molar refractivity),近似代表分子体积
(3)Van der Waals体积,可直接描述取代基以及化合物的体积大小
(4)STERIMOL多维立体参数(verloop参数),是研究药物 与受体结合大有用的立体参数,它可直接描述取代基在三维空 间上的立体信息。
量变规律, 或得到构效关系的数学方程, 并根据信息进一步 对药物的化学结构进行优化。
17.03.2019 2
分三种方法:
第一种方法: Hannsch分析法,1964年由美国Hansch和日本藤田建立 该法的特点是以热力学为基础,应用化合物的疏水性参数、 电性参数和立体参数表达药物的结构特征,分析结构与生物 活性的构效关系。 第二种方法 Free-Wilson法 用数学加和模型表达药物的结构特征,分析其定量构效关系 第三种方法 Kier分子连接性法 根据拓扑学原理将分子连接性指数作为化合物结构的参数 结构参数的物理意义明确,便于研究构效关系,设计并预测 化合物的活性,应用最为广泛
化合物的生物活性参数 结构的疏水多数 化合物的结构特性参数 结构的电性参数 结构立体特征参数
17.03.2019
上述参数除电性参数外,大多数有加和性,便于计算
4
Hansch方程有时还使用I作为指示变量,I是一种半定量的参数, 只有1和0两个值。 当分子中有该取代基时I为1,当分子中没有该取代基时I为0。
1868年,有人提出药物的生物活性与化合物的结构特征呈函数关系 :
A=f(C)
生物活性
17.03.2019
化合物的结构特征
1
由于学科的限制,并没有成功地将此关系用于药物设计
20世纪 60年代
发展建立了三种定量构效关系的研究方法
使定量构效关系研究变为可能, 并在药物设计中发挥重要作用
定量构效关系:
是指选择一定的数学模式 ,应用药物分子的物理化学参数、 结构参数 和拓扑参数 及生物活性, 对药物分子的化学结构 与其生物活性间关系进行定量分析, 找出结构与活性间的
17.03.2019 8
四、Hausch方法在药物设计中的应用 (Application of Hansch Method in Drug Design)
在新药设计中应用Hansch方法的条件:
1 所有化合物应是同源物,结构上具有相同的基本母核,与 同一个受体作用具有相同的作用机理; 2 所设计化合物的物理化学性质差异要大 所选择参数之间不能有相关性,要有比较大的差异,并 且生物活性数据的变化幅度应大于一个对数单位(即大 于10倍),否则得不到足够的信息;
17.03.2019
9
Hansch方法的一般操作过程
分五个步骤:
第一,从先导化合物出发,设计并合成首批化合物; 第二,用可靠的定量方法测活性; 第三,确定及计算化合物及取代基的各种理化参数或常数; 第四,用计算机程序计算Hansch方程,求出一个或几个显 著相关的方程; 第五,用所得方程定任地设计第二批新的化合物,并预测活性 Hansch方程除了研究定量构效关系外, 还能用来解释药物作用机理,推测和描述可能的受体模型, 研究除活性以外的其他药代动力学定量关系
对氢来说,πH=0取代基疏水常数的优点是可直接查表得到
取 代 基
Br
CI
F
NO2
H
OH
NH2
CH3
C2H5
C6H5
π值
0.86
0.71
0.14
-0.28
0.00
-0.67
-1.23
0.56
1.02
1.96
6
17.03.2019
更多的π值可查Hansch的数据手册
π 值可直接作疏水参数,也可以通过加和的方法,计算化合物logP
17.03.2019
5
logP的测定:
用经典的摇瓶法测定,为最准确的数据 logP还能用HPLC的方法
对一些已知此合物,可以从Hansch的数据手册或计算机辅助药物 设计工作站的数据库查到logP的有关数据。 目前最快速的方法是在计算机工作站上建构化合物的二维结构, 通过分子动力学计算优化,得到三维优势构象,用CLOGP商业 软件模块计算,可自动得到logP的数据 研究对象是同源化合物时,由于具有相同的基本母核,可用取代 基疏水常数(Substituent hydrophobic constant)π值作疏水参数。
I用来描述不能用连续变量表达的药物分子特征
一、疏水性参数(Lipophilicity Parameters)
分子疏水性参数IogP,即分子的脂水分配系数(partition coefficient),表示分子的疏水性
化合物在有机相和水相中分配 平衡时的量(摩尔)浓度Co和 CW之比值,P=CO/CW P值一般较大, 常用IogP表示
取代基的诱导效应参数,对值 则是取代基的共轭效应参数
各种与电性性质有关的物化参数如仍极矩(μ )、解离常数 值等也均是常用的电性参数 17.03.2019 7
红外、紫外、NMR、MS等光谱数据,也可用来作构效关系研 究的电性参数
三、立体参数(Steric Parameters)
该类参数的种类也很多,主要是: (1)取代基的taft Es参数,这是从化学反应导出的立体参数。