药物设计学课件-07先导物的优化.ppt
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- 药物 设计 课件 07 先导 优化
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1、先导物的优化Optimization of leads1先导物的优化O p t i m i z a t i o n o f l e a d s 1第一节 概述先导物可能活性不强,作用特异性低,也可能药物代谢动力学性质不佳或存在不良作用、毒性较大而无效2第一节 概述先导物可能活性不强,作用特异性低,也可能药物代谢一、优化的概念和基本方法先导物的优化(optimization)对先导物作结构改造和修饰,以改善药效学和药动学性质,获得疗效好、毒副作用小的新药结构PBDDSBDD优化是SBDD和PBDD的重要手段3一、优化的概念和基本方法先导物的优化(o p t i m i z a t i o基于结构
2、的药物设计中优化的目标提高活性和特异性(提高活性和特异性(药效学性质)追求治疗效率 活性高 毒性小4基于结构的药物设计中优化的目标提高活性和特异性(药效学性基于性质的药物设计中优化的目标 改善ADME性质(药动学性质)保证吸收 定向分布 控制代谢 充分消除5基于性质的药物设计中优化的目标 改善A D ME 性质(药动学(1)保证吸收 口服吸收 穿透BBB 可电离化合物pKa值测定吸收的体外评价 生物膜模型(Caco细胞)测定 AHTS实验模型测定(实验模型测定(Absorption HTS)构吸关系研究SAbR 五倍律、Ghose律、Oprea律、类药性指数6(1)保证吸收 口服吸收 穿透B
3、B B 可电离化合物p(2)定向分布 A/DHTS 考虑SAbR和SDR代谢 普通药物药物作用潜在毒性消除潜在毒性代谢不可控的作用时间 前 药(非活性非活性)程序代谢活性分子药物作用延长作用时间消除潜在毒性 软 药药物作用降低毒性程序代谢消除无毒性缩短作用时间7(2)定向分布 A/D H T S 考虑S A b R 和S D R(3)控制代谢ONOHaryloxypropanolaminepharmacophoreOOHNmetabophoreCH2CH2CO2CH3芳氧丙醇胺类艾司洛尔Esmolol-阻断剂超短效药物(属软药)Duration of time(min)SMR研究:研究:605
4、040302010(CH2)nCO2CH3OOHN80123n(3)控制代谢O N O H a r y l o x y p r o p a n o l a m i(4)充分消除肺部给药舌下给药口服给药肺肺动脉肺静脉心脏消化道门静脉胆分泌静脉注射肝脏代谢粪便排泄肌肉静脉肌肉注射肾动脉肾肾静脉9尿液排泄(4)充分消除肺部给药舌下给药口服给药肺肺动脉肺静脉心脏消优化的理论方法和工具优化一般都是经验性的操作,经反复实验证实,得到的一些理论和方法:前药生物电子等排拼合软药优化的非常重要的工具SAR和QSAR10优化的理论方法和工具优化一般都是经验性的操作,经反复实验证实优化的原则1、明确优化目标,应用相
5、关知识、理论和方法、明确优化目标,应用相关知识、理论和方法配合作用机制分析,构象分析,对接分析,理化性质分析2、最小修饰原则、最小修饰原则对先导物作微小的结构变化,循序渐进,过度修饰可能导致活性降低3、合成方法简单、原料易得、合成方法简单、原料易得4、避免手性原子、避免手性原子11优化的原则1、明确优化目标,应用相关知识、理论和方法配合作用二、基于结构的药物设计中的优化方法1、附加结合作用确定配体-受体结合部位对接模型分析结合部位有无未使用的结合点分析结合部位添加新的官能团与空结合区相互作用,有可能增加与受体的亲和力和选择性修饰结合部位,增强已有作用12二、基于结构的药物设计中的优化方法1、附
6、加结合作用确定配体*修饰方法(1)分析结合部位,在空位添加新的原子或基团,与结合部位作用力和距离契合,配体-受体结合更吻合13*修饰方法(1)分析结合部位,在空位添加新的原子或*增加烃基体积增强疏水结合区的VDW作用先导化合物H3C增加VDW作用H2C先导化合物疏水缝隙CH3结合部位结合部位疏水缝隙增加VDW作用结合部位结合部位14*增加烃基体积增强疏水结合区的V D W作用先导化合物*HOHO新基团NHHPhOHHOMorphineNMeHOHON-Phenethyl morphine止痛作用增强PhCH3HSOCaproprilNCO2HHO2CNH新基团CH3NOCO2HEnalapri
7、lACE抑制剂抑制剂15与ACE结合力增加*H O H O 新基团N H H P h O H H O Mo r p h i n e N Me H O*改变胺的pKa值NH2NH2CH3F 改变芳香基上取代基可调节与芳香基的作用力 将碳原子改变为杂原子可增加氢键作用16*改变胺的p K a 值N H 2 N H 2 C H 3 F 改变芳香基上取*修饰方法(2)微调先导化合物上结合官能团的相对位置,或改变其电子性质 链增长或缩短链增长结合部位结合部位链缩短17结合部位结合部位*修饰方法(2)微调先导化合物上结合官能团的相对位*扩环或缩环扩环结合部位结合部位 调换官能团取代位置官能团换位18结合部
8、位结合部位*扩环或缩环扩环结合部位结合部位 调换官能团取代位置官*HOHO 引入位阻基团使配体与结合部位立体冲突提高对相似受体的选择性提高对相似受体的选择性H OH HN甲基取代基CH3可与和受体结合HOHOH OH HN异丙基取代基CHCH3CH3肾上腺素异丙肾上腺素对受体选择性结合19*H O H O 引入位阻基团使配体与结合部位立体冲突提高对2、简化复杂的分子为易于合成,对复杂的先导物结构(如天然产物),在保留药效基团的前提下,可以简化分子天然产物(含药效基团)次生代谢物(保留药效基团)药理活性202、简化复杂的分子为易于合成,对复杂的先导物结构(如天然产*去除非药效基团单元的官能团,可
9、以使合成简单,减少产生副作用的机会HOPhCldrugCOOHNHMeOMeHOPhdrugNHMe 去除手性中心,便于合成,并可避免不同对映体的不同活性带来的问题XC手性药物Y非手性药物HXNY或非手性药物XCYY21*去除非药效基团单元的官能团,可以使合成简单,减少产生副*剖裂物去除多余的环,可以使合成简单,并减小分子体积,利于与作用部位的契合H3CO2COOCocaineOOEucaineNHNCH3H2NOOProcaineN22*剖裂物去除多余的环,可以使合成简单,并减小分子体*AHOOHOHEDBCCH 3NHHHOCH 3NHHADBCLevorphanolMorphineCH
10、2 CH=C(CH 3)2NHCH 3CH 3COOC 2 H 5CH 3NADAH 3CCH 3NCH 3AHOB DCOCH 2 CH 3PentazocinePethidineMethadone23*A H O O H O H E D B C C H 3 N H H H O C H 3 N H H A D*药物-受体相互作用力的掩蔽羟基24*药物-受体相互作用力的掩蔽羟基2 4*酰氨基25*酰氨基2 5*No dipole interaction26*N o d i p o l e i n t e r a c t i o n 2 6*27*2 7*28*2 83、构象限制 刚性化单键旋转
11、+分子柔性太大,成为活性构象的几率减少,导致活性降低;并且可能与其他的受体结合而产生副作用对含多个单键的高度柔性的分子作构象限制,设计出较刚性的分子,保留活性构象,可能产生活性增加,副作用减少的效果293、构象限制 刚性化单键旋转+分子柔性太大,成为活*HOHOHOHNH2HOHNH2OHHONH2HOHNAHOHO去甲肾上腺素NA为柔性分子,可以作用于多种肾上腺素受体亚型。对于不同亚型的受体,NA的活性构象不同制备出刚性类似物,保留某一肾上腺素受体亚型的活性构象,可能产生选择性受体活性30*H O H O H O H N H 2 H O H N H 2 O H H O N H 2 H O H
12、 N A H*刚性化方法(1):以环锁住柔性键XNHMeXHN引入环CH3XNMeXNHMeXMeNNHMeX引入环状结构,其中含有先前可旋转的单键,能减少许多构象31*刚性化方法(1):以环锁住柔性键X N H Me X H N 引入环C H*刚性化方法(2):引入刚性官能团ONH刚性官能团:如烯、炔、酰胺、芳环等32*刚性化方法(2):引入刚性官能团O N H 刚性官能团:如烯、炔*刚性化方法(3):引入立体位阻基团XYXCH3有利的构象YXYCH3不利的构象立体冲突引入大体积基团,由于立体冲突而阻止特定的构象,以避免不利的构象导致的副作用,或增加有利的构象立体冲突CH3HNN不利的构象H
13、NONCF3OMeNCH3 HHNONCF3OMe有利的构象N5-HT拮抗剂拮抗剂33*刚性化方法(3):引入立体位阻基团X Y X C H 3 有利的构象Y三、基于性质的药物设计中优化的方法1、改变药物溶解度药物的极性和pKa值可明显改变其在极性和非极性环境中的溶解度,溶解度大小决定着药物吸收和分布脂肪层drug药物掩饰OHdrugOdrug体内代谢 drugO药物OH前药用易代谢的基团掩饰极性基团成为前药(prodrug),改变药物的极性。在体内转化为活性药物形式34三、基于性质的药物设计中优化的方法1、改变药物溶解度药物的*利用前药不同的溶解性可用于调节分布,作用于靶区。OONSNHCO
14、2HN NOH肠道菌OONSNHCO2HNH2+H2NOH柳氮磺胺吡啶 Sulfasalazine磺胺吡啶 Sulfapyridine氨基水杨酸Aminosalicylate磺胺类药,用于肠道感染降低极性的方法:-COOH-COOR;-OH-O-COR35*利用前药不同的溶解性可用于调节分布,作用于靶区。O O N S N*增加极性的方法:用电离基团与活性药物结合OHOOO C CH2CH2C OH;O2-PO3 环芳烃用杂环取代N;NN 去除烃基例:H3COH3COOCH3OHOCH3Combretastatin A-4H3COH3COOCH3OOOCH3Combretastatin A-4
15、 phosphatePOO36抗肿瘤药物前药,极性增加*增加极性的方法:用电离基团与活性药物结合O H O O O *胺类药物的最佳pKa值为6-8,它既能以离子形式存在溶于水中,也能以游离碱的形式存在溶于脂肪中 药物中如含有氨基,可通过改变药物的pKa值大小来调节极性NH2NH2强碱CH3F弱碱pKa值pKa值氨电离程度水溶性非极性中溶解性以游离碱形式存在 调节氨基pKa值时,应不影响与结合部位的作用力37*胺类药物的最佳p K a 值为6-8,它既能以离子形式存在2、改变药物稳定性、改变药物稳定性口服吸收药物必须化学和代谢稳定了解官能团的代谢作用有助于设计更稳定的药物 阻碍代谢可在易代谢的
16、部位引入代谢稳定的基团,以避免代谢作用药物代谢药物OH药物XX=F or Cl382、改变药物稳定性口服吸收药物必须化学和代谢稳定了解官能团的*替代易代谢基团易代谢的基团应去除或更换药物代谢CH3药物COOH药物X稳定X=H,F or Cl39*替代易代谢基团易代谢的基团应去除或更换药物代谢C H 3 药*立体屏蔽易代谢基团附近引入立体屏蔽基团,以避免酶分解屏蔽OO药物药物CCOROR稳定 CH3HNORNHOHNR代谢HNORNHHHOROHNHNORONMeHNR40稳定*立体屏蔽易代谢基团附近引入立体屏蔽基团,以避免酶分解屏*电子效应屏蔽易代谢基团通过电子效应调节稳定性药物OCO R药物
17、OCHN R稳定药物OOR药物OONHR稳定41*电子效应屏蔽易代谢基团通过电子效应调节稳定性药物O C O*立体化学屏蔽改变药物的手性中心,使蛋白酶不能识别HNH RONHOHS NHO代谢HNH RNHHHOROHNHRHNH RONHOHR NHR稳定42*立体化学屏蔽改变药物的手性中心,使蛋白酶不能识别H N H *协同药物通过第2种药物作用于代谢酶,可以提高某药物的稳定性HOHONH2NH2H3C COOH抗帕金森氏病药卡比多巴 Carbidopa抑制HOHOL-多巴NH2H COOH多巴脱羧酶HOHO多巴胺NH243*协同药物通过第2 种药物作用于代谢酶,可以提高某药物的稳*过于稳
18、定的药物可能引起不易代谢和消除而增加毒性 引入易代谢基团,代谢产物极性较大,易于消除OCH2OCR代谢HCH3代谢COOHCH3OC OR代谢CH2OHCOOH44*过于稳定的药物可能引起不易代谢和消除而增加毒性 引入易代四、模仿药物的概念实际工作中更趋向于修整先导化合物结构,以避免涉及先导化合物的发现(模仿药物me-too drugs)模仿药物对原有药物进行结构改造而得到的作用类似,性能可能更好的药物模仿药物的战略:新药创制的捷径,属二次创新模仿药物的战术:先导化合物优化的理论和方法45四、模仿药物的概念实际工作中更趋向于修整先导化合物结构,以避N SO2NH2NH2 NH2NNSSNH2法
19、莫替丁CHNO2CH3CH3HNSNHNNCNNHCH3CH3CH3CHNO2NOSNHNHCH3NCH3NNSSNHNHCH3尼扎替丁OONHOH西咪替丁雷尼替丁罗沙替丁NH2 NSHNHN SO2Br第一代1976 年 上 市,第一个年销售超十亿美元的重磅炸弹药物半衰期较,有抗雄激素副作用H2NNS第二代作用强于西咪替丁510倍,为长效制剂,无抗雄激素副作用乙溴替丁第三代法莫替丁作用强于西咪替 丁 20160 倍,生 物利 用度 近100%,副作用更小46N S O 2 N H 2 N H 2 N H 2 N N S S N H 2 法莫替丁C H N O第二节 前药一、前药的基本原理前药
20、(prodrug)Albert 1958年提出,描述年提出,描述经过生物转化后才显示出药理作用的任何化合物药效潜伏化Harper1959年提出,通过对生物活性化合物的化学修饰形成新的化合物,后者在体内酶的作用下释放出母体化合物而发挥作用47第二节 前药一、前药的基本原理前药(p r o d r u g)A l前药泛指一类体外活性较小或无活性,在体内经酶或非酶作用,释出活性物质而发挥药理作用的化合物生物前体 未经修饰,具前药性质的药物,往往是偶然发现载体前药 为改善药动学性质而设计的药物为改善药动学性质而设计的药物前药特指载体前药,将活性的原药与无毒性的暂时转运基团共价连接,生成新化学实体化学修
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