第十三章药物的构效关系与新药研究知识课件.ppt
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- 第十三 药物 关系 新药 研究 知识 课件
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1、v 新药研究的主要目的是发明、发现结构新颖并且安全、有效的新药研究的主要目的是发明、发现结构新颖并且安全、有效的新药,新药研究的重点是发现先导化合物及优化先导化合物,新药,新药研究的重点是发现先导化合物及优化先导化合物,从而开发出在临床上使用的、可用于治疗各种疾病的安全、有从而开发出在临床上使用的、可用于治疗各种疾病的安全、有效的药物。效的药物。 实例:实例: 青霉素的发现青霉素的发现 磺胺类药物的发明磺胺类药物的发明 青蒿素的发现青蒿素的发现 掌握掌握 熟悉熟悉 熟悉熟悉寻找新药或先导化合物的基寻找新药或先导化合物的基本途径本途径 受体间相互作用对药效的影响受体间相互作用对药效的影响 先导化
2、合物的优化先导化合物的优化 ; ;药物的药物的结构修饰结构修饰 的目的和方法的目的和方法 学习要求学习要求 授课内容授课内容 重点难点重点难点 拓展链接拓展链接 学习小结学习小结药物的构效关系药物的构效关系与新药研究知识与新药研究知识 学以致用学以致用 重点重点 难点难点寻找新药或先导化合物的基寻找新药或先导化合物的基本途径本途径理化性质对药效的影响理化性质对药效的影响受体间相互作用对药效的影响受体间相互作用对药效的影响 学习要求学习要求 授课内容授课内容 重点难点重点难点 拓展链接拓展链接 学习小结学习小结 学以致用学以致用药物的构效关系药物的构效关系与新药研究知识与新药研究知识 第一节第一
3、节 第二节第二节药物的化学结构与药效的关系药物的化学结构与药效的关系 第二节第二节 新药研究知识简介新药研究知识简介 学习要求学习要求 授课内容授课内容 重点难点重点难点 拓展链接拓展链接 学习小结学习小结 学以致用学以致用药物的构效关系药物的构效关系与新药研究知识与新药研究知识 第一节第一节 第二节第二节相同几何结构的化合物会有相相同几何结构的化合物会有相似的药效,如双酚似的药效,如双酚A A有弱雌激素有弱雌激素作用;有立体异构的药物,该作用;有立体异构的药物,该药物的不同异构体药效不同。药物的不同异构体药效不同。利用前药原理制备优良的药利用前药原理制备优良的药物是药物结构修饰改造的常物是药
4、物结构修饰改造的常用方法用方法 学习要求学习要求 授课内容授课内容 重点难点重点难点 拓展链接拓展链接 学习小结学习小结 学以致用学以致用药物的构效关系药物的构效关系与新药研究知识与新药研究知识 第一节第一节 第二节第二节药物的药效与其结构密切相关,表现为如下药物的药效与其结构密切相关,表现为如下三个方面:三个方面:1、药物产生作用的主要因素;、药物产生作用的主要因素;2、理化性质对药效的影响:理化性质对药效的影响:(1)溶解度和分配系溶解度和分配系数;数;(2)酸碱性和离解度;酸碱性和离解度;3、受体间相互作、受体间相互作用对药效的影响:用对药效的影响:(1)药物与受体的相互键合药物与受体的
5、相互键合作用;作用;(2)药物的各功能基团;药物的各功能基团;(3)药物的电荷药物的电荷分布;分布;(4)立体因素立体因素1、先导化合物的发现方法归纳为、先导化合物的发现方法归纳为9点:点:(1)随随机机(青霉素青霉素);(2)天然产物天然产物(生物碱生物碱);(3)内源性内源性物质物质(激素激素);(4)药物代谢物药物代谢物(磺胺类药物磺胺类药物);(5)临床副作用、老药新用及模仿临床副作用、老药新用及模仿(me-too)结构改结构改造;造;(6)基于生物大分子的基于生物大分子的CADD;(7)组合化组合化学和学和HTS;(8)中间体中间体 (9)生物工程、寡义核苷生物工程、寡义核苷酸技术、
6、单克隆技术等新技术。酸技术、单克隆技术等新技术。2、先导化合物的优化:结构改造、电子等排、先导化合物的优化:结构改造、电子等排、前药、前药、QSAR3、药物的结构修饰:、药物的结构修饰:(1) 修饰的目的修饰的目的(2) 修饰的方法修饰的方法 学习要求学习要求 授课内容授课内容 重点难点重点难点 拓展链接拓展链接 学习小结学习小结 学以致用学以致用药物的构效关系药物的构效关系与新药研究知识与新药研究知识 单选题单选题 多选题多选题 问答题问答题 学习要求学习要求 授课内容授课内容 重点难点重点难点 拓展链接拓展链接 学习小结学习小结 学以致用学以致用 案例分析案例分析药物的构效关系药物的构效关
7、系与新药研究知识与新药研究知识v 药物的化学结构与活性的关系,简药物的化学结构与活性的关系,简称构效关系(称构效关系(Structure Activity Structure Activity RelationshipsRelationships,SARSAR) 磺胺类磺胺类药物结构药物结构青霉素类青霉素类药物结构药物结构巴比妥类巴比妥类药物结构药物结构v 结构非特异性药物结构非特异性药物:药物活性主要取药物活性主要取决于药物分子的各种理化性质,与决于药物分子的各种理化性质,与化学结构关系不大,当结构有所改化学结构关系不大,当结构有所改变时,活性并无大的变化,如吸入变时,活性并无大的变化,如吸
8、入麻醉药麻醉乙醚、氟烷等。麻醉药麻醉乙醚、氟烷等。v 结构特异性药物结构特异性药物:作用靶点是特定的作用靶点是特定的受体、酶及离子通道等,其活性主受体、酶及离子通道等,其活性主要与药物分子与受体的相互作用和要与药物分子与受体的相互作用和相互匹配有关,化学结构稍加变化,相互匹配有关,化学结构稍加变化,与受体匹配性发生变化,会直接影与受体匹配性发生变化,会直接影响其药效学性质。响其药效学性质。NHNHR1R2OOONSORCONHCH3CH3COOHH2NS NHROO结构非特异结构非特异性药物性药物 乙醚乙醚CH3CH2OCH2CH3 受体(受体(receptor)是一种具有立体结构的生物大分子
9、,大部分为蛋)是一种具有立体结构的生物大分子,大部分为蛋白质,这些蛋白质由氨基酸组成,主要为糖蛋白和脂蛋白,有时也白质,这些蛋白质由氨基酸组成,主要为糖蛋白和脂蛋白,有时也将酶、核酸和膜聚合体等包括在内,统称为受体。将酶、核酸和膜聚合体等包括在内,统称为受体。 具有相同药理作用的药物,其化学结构具有相同或相似的部分,这具有相同药理作用的药物,其化学结构具有相同或相似的部分,这部分相同或相似的结构称为药效团(部分相同或相似的结构称为药效团(pharmacophore) 药物血液胃肠道组织排泄代谢血浆蛋白口服给药非肠道给药代谢物消除分布吸收u药物理化性质决定药物在体内的过程(吸收、转运、药物理化性
10、质决定药物在体内的过程(吸收、转运、分布、代谢、排泄)分布、代谢、排泄)。u对药效影响较大的主要是溶解度、分配系数和解离度。对药效影响较大的主要是溶解度、分配系数和解离度。 u药物的脂水分配系数药物的脂水分配系数P是药物在有机相中和水相中分是药物在有机相中和水相中分配达到平衡时的浓度配达到平衡时的浓度Co和和Cw的比值,即的比值,即P=Co/Cw uP值增大,药物的脂溶性增加值增大,药物的脂溶性增加u(一)溶解度和分配系数对药效的影响(一)溶解度和分配系数对药效的影响u有机药物中多数为弱酸或弱碱性,在体内有机药物中多数为弱酸或弱碱性,在体内pH 7.4pH 7.4环境中可环境中可部分解离,其解
11、离度由化合物的解离常数部分解离,其解离度由化合物的解离常数pKapKa和溶液介质的和溶液介质的pHpH决定,因此药物的酸碱性是影响药物活性的重要因素。决定,因此药物的酸碱性是影响药物活性的重要因素。 upKapKa的计算方法如下:的计算方法如下: u(二)酸碱性和解离度对药效的影响(二)酸碱性和解离度对药效的影响 酸性药物:碱性药物:RCOOH + H2O RCOO-+ H3O+pKa=pH-logRCOO-RCOOHRNH2+H2ORNH3+OH-pKa=pH-logRNH2RNH3+ 药物与受体形成复合物后才能产生药理作用,结构特异性药物药物与受体形成复合物后才能产生药理作用,结构特异性药
12、物能和特定的受体结合,因此这样的药物选择性强,副作用低。能和特定的受体结合,因此这样的药物选择性强,副作用低。 (一)药物与受体的相互键合作用对药效的影响(一)药物与受体的相互键合作用对药效的影响u药物与受体的结合的方式包括共价键、静电力、氢键药物与受体的结合的方式包括共价键、静电力、氢键、疏水作用力、范德华引力、电荷转移复合物等、疏水作用力、范德华引力、电荷转移复合物等 R NH3O C受体ORHNCRHN受体HHHO C受体A、共价键 B、离子键 C、氢键R NC:受体OC HH C受体CC受体D、偶极键 E、疏水键 F、范德华力 药物的药理作用主要依赖于分子整体,一些特定官能团可使整个分
13、子药物的药理作用主要依赖于分子整体,一些特定官能团可使整个分子结构和理化性质发生变化,影响药物与受体的结合,从而影响药效。结构和理化性质发生变化,影响药物与受体的结合,从而影响药效。 (二)药物的各功能基团对药效的影响(二)药物的各功能基团对药效的影响u一个分子中可能含有多种官能团,而具有酸碱两性。如环丙沙星含有一个烷基仲胺和一个羧酸基,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 1.03.5时,只有烷氨基团离子化。NFNCOOHHNO烃基胺(碱性)芳胺(弱碱性)卤素(中性)酮(
14、中性)芳胺(弱碱性)羧酸(酸性)NFNCOOHNOHH胃(pH1.0-3.5 )NFNCOONOHH十二指肠(pH-4)v 引入如下基团及其作用。引入如下基团及其作用。 v 1烃基:可以增加脂溶性烃基:可以增加脂溶性 v 2卤素:可影响药物的电荷分布、脂溶性和作用时间,增强与受卤素:可影响药物的电荷分布、脂溶性和作用时间,增强与受体的电性结合作用体的电性结合作用 v 3磺酸基:可以增加药物的亲水性和溶解度磺酸基:可以增加药物的亲水性和溶解度v 4羧基:羧基可增加生物活性羧基:羧基可增加生物活性 v 5酯基:酯基的脂溶性增强,容易被吸收和转运,其生物活性也酯基:酯基的脂溶性增强,容易被吸收和转运
15、,其生物活性也较强较强v 6酰胺基:与生物大分子形成氢键能力更强,增强与受体的结合酰胺基:与生物大分子形成氢键能力更强,增强与受体的结合作用作用v 7胺基:胺基的化合物易与受体蛋白质的羧基结合胺基:胺基的化合物易与受体蛋白质的羧基结合 v 8醚类:化合物易于通过生物膜,有利于药物的转运醚类:化合物易于通过生物膜,有利于药物的转运 (三)药物电荷分布对药效的影响(三)药物电荷分布对药效的影响 u原子的电负性不同,导致药物分子电子云密度分布不均匀,受体大多原子的电负性不同,导致药物分子电子云密度分布不均匀,受体大多是蛋白质,而蛋白质是由肽组成的,其电子云密度分布也是不均匀的。是蛋白质,而蛋白质是由
16、肽组成的,其电子云密度分布也是不均匀的。 根据电性的同性相斥异性相吸原理,药物的正、负电荷和受体的负、正根据电性的同性相斥异性相吸原理,药物的正、负电荷和受体的负、正电荷产生静电引力电荷产生静电引力 结合较好。结合较好。u如普鲁卡因氨基供电子,使苯环对位上羧基氧电子密度大,易与受体如普鲁卡因氨基供电子,使苯环对位上羧基氧电子密度大,易与受体的正电部位结合,而硝基卡因,由于硝基的吸电子作用,降低苯环对位的正电部位结合,而硝基卡因,由于硝基的吸电子作用,降低苯环对位羧基氧上的电荷密度,使与受体的结合弱,没有麻醉活性。羧基氧上的电荷密度,使与受体的结合弱,没有麻醉活性。 COOCH2CH2NCH2C
17、H3CH2CH3HH2N偶极引力静电引力(离子键)分子引力(范德华力)分子引力(范德华力)(四)立体因素对药效的影响(四)立体因素对药效的影响 u人体中的受体、酶,由于肽链的折叠、弯曲会形成口袋,药物分人体中的受体、酶,由于肽链的折叠、弯曲会形成口袋,药物分子以各种键合方式和生物大分子结合,就像药物分子装在生物大分子以各种键合方式和生物大分子结合,就像药物分子装在生物大分子的口袋中,并通过键合力的作用将药物分子固定在口袋中子的口袋中,并通过键合力的作用将药物分子固定在口袋中 蛋白3V3M与其配体结合情况:中间绿色为药物分子,A、B、C、D为四个主要结合点,周围为蛋白的部分氨基酸 1 1几何异构
18、对药效的影响几何异构对药效的影响 u几何异构相似的化合物往往会有相似的药理作用几何异构相似的化合物往往会有相似的药理作用u如雌二醇与反式己烯雌酚几何异构相似,后者有较好的雌激素作用如雌二醇与反式己烯雌酚几何异构相似,后者有较好的雌激素作用OHHO1.45nm雌二醇HOOH1.45nmHOOH0.72nm顺式己烯雌酚反式己烯雌酚v反式己烯雌酚几何结构与雌二醇几何结构相似,反式己烯雌酚反式己烯雌酚几何结构与雌二醇几何结构相似,反式己烯雌酚具有很强的雌激素活性;双酚具有很强的雌激素活性;双酚A A与反式己烯雌酚分子几何结构有与反式己烯雌酚分子几何结构有相似之处,因此双酚相似之处,因此双酚A A也有弱
19、的雌激素作用,能引起女童早熟。也有弱的雌激素作用,能引起女童早熟。 学以致用学以致用双酚双酚A A能引起女童早熟吗?能引起女童早熟吗? HOCH3CCH3OH双酚AOHHO1.45nm雌二醇HOOH1.45nm反式己烯雌酚2光学异构体对活性的影响光学异构体对活性的影响u有些药物分子中存在一个或多个手性中心,就有光学异构体存有些药物分子中存在一个或多个手性中心,就有光学异构体存在在,互为光学异构体的药物分子药理活性也有所不同互为光学异构体的药物分子药理活性也有所不同 u药物与受体结合时的较高的立体选择性。如药物与受体结合时的较高的立体选择性。如R-(-)-异丙基肾上腺异丙基肾上腺素作为支气管舒张
20、剂,比素作为支气管舒张剂,比S-(+)-异丙基肾上腺素强异丙基肾上腺素强800倍;是因为倍;是因为前者与受体有前者与受体有A、B、C三个结合部位三个结合部位 ,而后者只有,而后者只有A、C两个结两个结合部位,故活性下降合部位,故活性下降NH3CH3CHOOHOHHBA(R)-(-)-异丙肾上腺素(S)-()-异丙肾上腺素NH3CH3CHOHOHOHHCA受体受体CB3 3构象对活性的影响构象对活性的影响 u构象对药物分子与受体相互作用时的互补性影响很大,不同构象的药构象对药物分子与受体相互作用时的互补性影响很大,不同构象的药物分子,生物活性有着较大差异。受体的作用部位一般有高度立体选择物分子,
21、生物活性有着较大差异。受体的作用部位一般有高度立体选择性,受体只能与药物多种构象中的一种结合。只有被受体识别并与受体性,受体只能与药物多种构象中的一种结合。只有被受体识别并与受体结合的构象,才能产生特定的药理作用。结合的构象,才能产生特定的药理作用。 u如:与镇痛药有关的药物吗啡如:与镇痛药有关的药物吗啡(含有五个环含有五个环)、左啡诺、左啡诺(含有四个环含有四个环)、依、依他佐辛他佐辛(含有三个环含有三个环)、哌替啶、哌替啶(含有两个环含有两个环)等因具有相同的构象,均可和等因具有相同的构象,均可和阿片受体结合,从而都具有镇痛作用阿片受体结合,从而都具有镇痛作用 OHONHOCH3HONCH
22、3HONCH3CH3HONCH3OOCH2CH3吗啡左啡诺依他佐辛哌替啶u了解药物产生作用的主要因素了解药物产生作用的主要因素 u药效团药效团( (特异性药物、非特异性药物特异性药物、非特异性药物) ) u了解理化性质对药效的影响了解理化性质对药效的影响 u溶解度和分配系数溶解度和分配系数 u酸碱性和离解度酸碱性和离解度 u了解药物与受体间相互作用对药效的影响了解药物与受体间相互作用对药效的影响 u药物与受体的相互键合作用药物与受体的相互键合作用 u药物的各功能基团药物的各功能基团 u药物的电荷分布药物的电荷分布 u立体因素立体因素( (几何异构、光学异构、构象几何异构、光学异构、构象) )
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