药物化学绪论课件.ppt
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- 药物 化学 绪论 课件
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1、药物化学概论药物化学概论教材变化与发展趋势教材变化与发展趋势n旧版教材:各类药物 第十七章 药物设计概述 第十八章 药物生物技术n强调创新意识,培养学生创新能力。n新版教材 第一章 新药研究与开发 第二章 药物设计的基本原理和方法 第三章 药物的结构与生物活性 第四章 药物代谢 各类药物医药:全球经济发展的重要支柱产业2200亿美元亿美元1997年年3300亿美元亿美元2000年年6000亿美元亿美元2010年年世界医药市场的总销售额世界医药市场的总销售额我国医药产业仍面临十分严峻的挑战!候选物候选物化合物筛选 I 期试验 II 期试验 III 期试验 化合物化合物新药5 亿美元,亿美元,10
2、15年年一个赚钱行业,一个烧钱的行业!为了开发一个具有发展前途的新的活性物质,平均要实验10000个合成或天然化合物,耗资数亿美元耗资数亿美元。开发新药成为一项科学技术含量极高的十分艰难的任务。更重要是解除人类痛苦的行业,使人生活更幸福更重要是解除人类痛苦的行业,使人生活更幸福!最基本责任和义务:最基本责任和义务:药物研究与开发的现状药物研究与开发的现状 现有原料药约现有原料药约4000种,其中有机合成药约种,其中有机合成药约50%,动植物有效成分为,动植物有效成分为30%,生化和微生物药物,生化和微生物药物约约12%,无机药物为,无机药物为8%。目前仅有目前仅有1/3左右的疾病,可以得到较满
3、意的药左右的疾病,可以得到较满意的药物治疗。一些常见或危害较大的疾病,如肿瘤,物治疗。一些常见或危害较大的疾病,如肿瘤,心血管疾病,中枢神经系统疾病、病毒和严重感心血管疾病,中枢神经系统疾病、病毒和严重感染等方面的药物,还需要进一步努力研究高效、染等方面的药物,还需要进一步努力研究高效、毒副作用小的新药。毒副作用小的新药。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。药物药物特殊化学品特殊化学品 用来预防、治疗、诊断疾病,用来预防、治疗、诊断疾病,或为了调节人体生理机能、提高生活质量、或为了调节人体生理机能、提高生活质量、保持身体健康保持身体健康毒物:是指对机体呈现有害作用
4、毒物:是指对机体呈现有害作用的化学物质。的化学物质。什么是药物什么是药物是关于药物的发现、发展和确证,并在分子水平上研究药物作用方式的一门科学!药物化学药物化学(Medicinal Chemistry)n化学是身体、生物是其灵魂,药物设计是其神!它是成为连接化学与生命科学使其融合为一体的交叉学科。看图(结构)说话!药物化学药物化学结构发现和结构改造!结构发现和结构改造!探索研究和开发新药以发现具有进一步研究、探索研究和开发新药以发现具有进一步研究、开发价值的先导化合物(开发价值的先导化合物(Lead Compound),),实现药物的产业化。实现药物的产业化。研究药物的理化性质、变化规律、杂质
5、来研究药物的理化性质、变化规律、杂质来源和体内代谢等,为制定质量标准、剂型设计源和体内代谢等,为制定质量标准、剂型设计和临床药学研究提供依据,并且指导临床合理和临床药学研究提供依据,并且指导临床合理用药。用药。药物化学的研究主要任务1.生物学科生物学科 潜在药物作用靶点潜在药物作用靶点参考内源性配体或已知活性物质的结构特征,参考内源性配体或已知活性物质的结构特征,设计新的活性化合物分子设计新的活性化合物分子研究化学药物与生物体相互作用的方式,在研究化学药物与生物体相互作用的方式,在生物体内吸收、分布和代谢的规律及代谢产物;生物体内吸收、分布和代谢的规律及代谢产物;药物化学的研究的主要内容 制备
6、原理,合成路线及其稳定性;制备原理,合成路线及其稳定性;化学药物的化学结构与生物活性(药理活化学药物的化学结构与生物活性(药理活性)之间的关系(构效关系);性)之间的关系(构效关系);化学结构与活性化合物代谢之间的关系化学结构与活性化合物代谢之间的关系(构代关系)(构代关系)化学结构与活性化合物毒性之间的关系化学结构与活性化合物毒性之间的关系(构毒关系)(构毒关系)寻找和发现新药寻找和发现新药2.化学学科化学学科药物化学的研究的主要内容禁忌配伍:巴比妥类药物的钠盐由于具有弱碱性,忌与酸性药物配伍使用。预防水解:青霉素只能用粉针制剂。(为阻止胃液对其分解,胃酸会导致酰胺基侧链水解和内酰胺环的开环
7、。一般只能使用注射液)。减弱耐受性:异烟肼是治疗结核病的首选药物,适用于各种类型的结核病,但单用易引起细菌的耐药性,而对氨基水杨酸抗结核作用弱,但细菌不易耐药,当二者合用时则延缓细菌对异烟肼及其它抗结核药的耐药性。1为有效地利用现有药物提供理论基础。为有效地利用现有药物提供理论基础。(学生学习重点学生学习重点)v神农尝百草药物化学的研究和发展Research and Development of Medicinal Chemistry1.发现阶段19世纪发现的具有药效的生物碱有世纪发现的具有药效的生物碱有10余种余种n 1817年,从吐根中提得吐根碱年,从吐根中提得吐根碱;n 1818年,从番
8、木鳖中得到番木鳖碱年,从番木鳖中得到番木鳖碱;n 1820年,从金鸡纳树皮中分离出奎宁、辛可宁年,从金鸡纳树皮中分离出奎宁、辛可宁;从秋从秋 水仙种子中分离出秋水仙碱;水仙种子中分离出秋水仙碱;n1821年,从咖啡豆中得到咖啡因年,从咖啡豆中得到咖啡因;n1828年,从烟草中提取出尼古丁年,从烟草中提取出尼古丁;n1832年,从鸦片中分离出那塞因与可待因年,从鸦片中分离出那塞因与可待因;n1856年,从古柯树叶中得到古柯碱年,从古柯树叶中得到古柯碱;n1871年,从山道年篙中得到山道年碱年,从山道年篙中得到山道年碱;n1885年,从麻黄中提取出麻黄素和伪麻黄素。年,从麻黄中提取出麻黄素和伪麻黄
9、素。1.发现阶段n中国科学院上海药物研究所朱大元研究员,研制的一类新药蒿甲醚,是国际公认的、由我国研制的新型抗疟药。Artemisinin(青蒿素)OOOOCH3CH3H3COCH3HHHn19世纪,有机化学工业从无到有发展很快。世纪,有机化学工业从无到有发展很快。人们在煤焦油中分离出苯、萘、蒽、甲苯、人们在煤焦油中分离出苯、萘、蒽、甲苯、苯胺等一系列新的化合物。苯胺等一系列新的化合物。1856年,化学家帕金年,化学家帕金(W.H.Parkin1838-1907,英,英)以苯胺为原料合成了苯胺紫以苯胺为原料合成了苯胺紫第一第一个人工合成的染料。以后化学家又合成了一个人工合成的染料。以后化学家又
10、合成了一系列染料,发现了药物和香料。系列染料,发现了药物和香料。1.发现阶段19世纪化工发展促使化学制药的发展世纪化工发展促使化学制药的发展古柯碱 苯佐卡因 优卡因 普鲁卡因NHOH2NNHClOONOONH2COOC2H5启示启示:药物分子中有一些特殊的结构,包括特殊基团,是发挥药效必需的,具有相同结构的物质会产生相同的治疗效应(麻醉作用)。古柯碱(脱品环)苯佐卡因优卡因普鲁卡因OONHn代谢拮抗对氨基苯甲酸结构NH2OHO2.发展阶段叶酸叶酸对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸NNNNCH2NHONHOOHCOOHOHH2N百浪多息百浪多息 ProntosilH2NNNSO2NH2NH2磺胺 Sulf
11、onilamideH2NSO2NH2磺酰胺类药物磺胺复方磺胺甲恶唑片磺胺嘧啶2.发展阶段内酰胺类抗生素母核内酰胺类抗生素母核 X=S,PenamX=O,OxapenamX=C,CarbapenamX=S,PenamX=C,CarbapenamX=S,PenamX=O,OxapenamX=C,CarbapenamMonobactam头孢菌素与粘肽末端结构的相似性 (a)粘肽D-Ala-D-Ala的末端结构 (b)头孢菌素的构象药物分类天然药物天然药物包括植物药、动物药和矿物药三大类。中草药是指中药中的植物药类。“中药”是在中医药理论指导下用于防病治病的药物,有着“天然药物”的自然属性,但有特定的
12、内涵,独特的理论体系和应用方法。例如大家都很熟悉的黄连素(盐酸小檗碱)就不是中药,虽然它是从黄连里提取加工而成的。因为黄连素的用药指导原则是西医的杀菌止泻,而非中医理论。药物分类中药通常分为:中药材、中药饮片、中成药和民族药。三者之间是一种包含与被包含的范畴关系:中草药属于中药,中药属于天然药物。药物分类化学药品化学药品就是指西药,其本质是指化学合成品或高度纯化的药品。简单说就是影响人体及机体过程的任何化学物质。其活性成分化学结构明确并且质量可控同时有可靠的生物活性及人体临床试验结果。生物药物生物药物是利用生物体、生物组织或其成分,综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原
13、理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。药物分类广义的生物药物广义的生物药物包括从动物、植物、微生物等生物体中制取的各种天然生物活性物质及其人工合成或半合成的天然物质类似物。由于抗生素发展迅速,已经成为制药工业的独立门类。基因工程药物基因工程药物是指先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质,然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来,经过一系列基因操作,最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去(包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞),在受体细胞不断繁殖,大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质,即基因疫苗或药物。几个重要概念几个重要概念传统的新药研究与开发的模式 进一
14、步药效学试验进一步药理学实验对先导化合物进行结构修饰体内外动物模型进行初筛现有有机化合物(如染料、植物提取物)新化合物的设计及合成药物临床试验2.基 于 药 物 作 用 靶 点 结 构 的 药 物 设 计(structure based drug design)。现代新药设计1.基于疾病发生机制的药物设计(mechanism based drug design)3.设计阶段设计阶段计算机技术发展与药物发展n老师手上的分子模型n生物分子模型3.设计阶段设计阶段HCONPSHONSPCCOONHPNOSSH3.设计阶段设计阶段发展阶发展阶段段用计算机图形学技术,结合用计算机图形学技术,结合X-射射
15、线结晶学和定量构效关系的研究,线结晶学和定量构效关系的研究,发展成了发展成了3D-QSAR(三维定量构三维定量构效关系),被认为是药物分子设效关系),被认为是药物分子设计的新途径。此外,用计算机辅计的新途径。此外,用计算机辅助研究药物在体内的过程,从整助研究药物在体内的过程,从整体水平为研究设计新药提供了新体水平为研究设计新药提供了新的方法和参数。的方法和参数。受体ReceptorMessengerCell MembraneCellReceptorMessengerCell MembraneCellMessengerCellReceptorCell Membrane结构的匹配n锁匙原理n锁的空
16、间结构n匙的匹配结构受体的作用空穴/口袋结构的匹配n共同作用n匹配项目分子间弱相互作用、疏水相互作用、氢键、离子间静电作用空穴与药物分子相匹配手性药物一个人类惨痛教训!“反应停”事机n1961,“Thalidomide”(反应停,致畸,短肢和无肢)nToxicological safety Evaluation 致畸,致癌,致突变NOOC*HNOO酶的活性中心ENZYMESUBSTRATEactive siteActive SiteActive Site一把钥匙开一把锁每一种酶的抑制剂就只有一个吗?n作用靶点的不同 HIV的鸡尾酒疗法病毒侵染与抗病毒药物作用靶点 肝素、葡聚糖硫酸盐苏拉明、钨酸
17、锑、甲酸磷、叠氮胸苷无环鸟苷、羟基丁基嘌呤、羟基丙氧甲基鸟嘌呤、氟磺阿糖胞苷、氟磺阿糖尿苷三氮唑核苷、干扰素、蛋白酶抑制剂干扰素蛋白质结构的可变性n疯牛病朊病毒病毒药物分子键的可旋转性Sn分子结构最低能量状态为药效最佳作用方式的空间结构n设计应对高维药物设计(HDQSAR)抗血栓药b-受体阻滞剂作用于血管平滑肌药物和作用于交感神经末梢药物HMG-CoA还原酶抑制剂强心药NO供体药物ACE抑制剂钾通道阻滞剂作用于a肾上腺素受体的药物影响胆固醇和甘油三酯代谢药物血管紧张素II受体拮抗剂钠通道阻滞剂钙通道阻滞剂心血管疾病治疗药物氟桂利嗪Diltiazem 维拉帕米硝苯地平吗多明硝酸甘油地高辛米力农匹
18、莫苯烟酸非诺贝特氯贝丁脂塞氯匹定阿司匹林氯吡格雷普萘洛尔拉贝洛尔醋丁洛尔噻吗洛尔奎尼丁美西律普鲁卡因胺普罗帕酮酚妥拉明酚苄明特拉唑嗪可乐定胺碘酮多非利特卡托普利依那普利福辛普利缬沙坦厄贝沙坦缬沙坦氟伐他丁洛伐他丁阿托伐他汀肼屈嗪胍乙啶利血平现代的新药开发与研究的内容 先 导 化 合 物天 然 产 物、大 量 筛 选、文 献 专 利基 本 循 环临 床 前 研 究生 物 活 性 测 定 及药 效 学 试 验来 源理 化 性 质、3D 小 分 子 库3D 蛋 白 质 结 构、序 列 库分 子 生 物 学受 体 蛋 白 质 克 隆、表 达 等生 物 化 学受 体 蛋 白 质 的 纯 化、结 构 表
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