药物设计的基本原理和方法课件课件精选课件.ppt
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1、关于药物设计的基本原理和方法课件1 1第一页,本课件共有67页2 2药药物物设计设计的基本原理和方法的基本原理和方法*早期寻找新药的方法多是基于经验和尝试,早期寻找新药的方法多是基于经验和尝试,通过大量化合物的筛选与偶然发现。通过大量化合物的筛选与偶然发现。*随着生命科学的相关学科在上世纪后半期随着生命科学的相关学科在上世纪后半期的迅速发展,定量构效关系、合理药物设的迅速发展,定量构效关系、合理药物设计、计算机辅助药物设计、组合化学、高计、计算机辅助药物设计、组合化学、高通量筛选等新技术、新方法不断涌现,新通量筛选等新技术、新方法不断涌现,新药设计学也应运而生。药设计学也应运而生。第二页,本课
2、件共有67页3 3人类基因组学与新药设计人类基因组学与新药设计n n1990年年10月月1日,被誉为生命日,被誉为生命“登月计划登月计划”的的国际人类基因组计划国际人类基因组计划(human genome program)正式启动,我国作为六个参与国家)正式启动,我国作为六个参与国家之一,承担了之一,承担了1%的测序任务。的测序任务。n n人类基因组计划旨在阐明人类基因组人类基因组计划旨在阐明人类基因组30亿个碱基亿个碱基对的序列,发现所有人类基因并搞清其在染色体对的序列,发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置,破译人类全部遗传信息。上的位置,破译人类全部遗传信息。第三页,本课件共有67页4
3、 4人类基因组学与新药设计人类基因组学与新药设计n n2000年年6月月26日,参与人类基因组计划的美、日,参与人类基因组计划的美、英、日、法、德、中英、日、法、德、中6个国家个国家16个研究中心联合个研究中心联合宣布人类基因组草图绘制完成。宣布人类基因组草图绘制完成。n n人类基因组草图是覆盖人的大部分基因组、准确人类基因组草图是覆盖人的大部分基因组、准确率超过率超过90%的的DNA序列图。序列图。n n从这一时刻开始,人类第一次在分子水平上全从这一时刻开始,人类第一次在分子水平上全面地认识了自己,从此人类历史进入了一个崭面地认识了自己,从此人类历史进入了一个崭新的时代新的时代后基因组时代后
4、基因组时代。第四页,本课件共有67页5 517MARCH2000VOL287SCIENCE,1960治疗药物的作用靶点治疗药物的作用靶点治疗药物的作用靶点总数治疗药物的作用靶点总数483483第五页,本课件共有67页6 6药药物物靶靶标标n n据估计人类基因组计划为我们提供了大量潜在据估计人类基因组计划为我们提供了大量潜在的的蛋白质药物靶标,其中蛋白质药物靶标,其中至少有至少有1万个万个可以可以作为寻找新药的靶标。作为寻找新药的靶标。第六页,本课件共有67页7 7药物设计方法药物设计方法n n以受体为靶点,可分别设计受体的激动以受体为靶点,可分别设计受体的激动剂和拮抗剂剂和拮抗剂n n以酶为靶
5、点,设计酶抑制剂以酶为靶点,设计酶抑制剂n n以离子通道为靶点,则可分别设计钠、以离子通道为靶点,则可分别设计钠、钾和钙离子通道的激活剂(开放剂)或钾和钙离子通道的激活剂(开放剂)或阻断剂(拮抗剂)。阻断剂(拮抗剂)。第七页,本课件共有67页8 8药物设计的两个阶段药物设计的两个阶段n n先导化合物的发现(先导化合物的发现(lead discovery)n n先导化合物的优化(先导化合物的优化(lead optimization)n n先先导导化化合合物物(lead compound)简简称称先先导导物物,又又称称原原型型物物,是是通通过过各各种种途途径径得得到到的的具具有有一一定定生理活性的
6、化学物质。生理活性的化学物质。第八页,本课件共有67页9 9n n由由于于先先导导化化合合物物存存在在着着某某些些缺缺陷陷,如如活活性性不不够够高高,化化学学结结构构不不稳稳定定,毒毒性性较较大大,选选择择性性不不好好,药药代代动动力力学学性性质质不不合合理理等等等等,需需要要对对其其进进行行化化学学修修饰饰,进进一一步步优优化化使使之之发发展展为为理理想想的的药药物物,这这一一过过程程称称为为先先导导化化合物的优化合物的优化。第九页,本课件共有67页1010第一节第一节 先导化合物发现的方法和途径先导化合物发现的方法和途径Approaches for lead discovery第十页,本课
7、件共有67页1111一、从天然药物的活性成分中获得一、从天然药物的活性成分中获得(From Active Component of Natural Resources)(1)植物来源)植物来源 青蒿素:来自于中药黄花蒿,以此为先导青蒿素:来自于中药黄花蒿,以此为先导 物,发现蒿甲醚、青蒿琥酯等;物,发现蒿甲醚、青蒿琥酯等;紫杉醇:来自于红豆杉树皮,以此为先导紫杉醇:来自于红豆杉树皮,以此为先导 物,发现多西他赛等。物,发现多西他赛等。第十一页,本课件共有67页1212青蒿素系列青蒿素系列第十二页,本课件共有67页1313(2)微生物来源)微生物来源 美伐他汀和洛伐他汀,来源于青霉菌属、红美伐他
8、汀和洛伐他汀,来源于青霉菌属、红 曲霉菌和土曲霉菌,羟甲戊二酰辅酶曲霉菌和土曲霉菌,羟甲戊二酰辅酶A还原还原 酶酶抑抑制制剂剂的的Lead Compound。后后开开发发了了人人工合成的阿托伐他汀(工合成的阿托伐他汀(No.1)第十三页,本课件共有67页1414(3)动物来源)动物来源 九肽替普罗肽(九肽替普罗肽(谷谷-色色-脯脯-精精-脯脯-谷谷-亮亮-脯脯-脯脯):来源于巴西毒蛇,以此为先导物,发现了:来源于巴西毒蛇,以此为先导物,发现了ACE抑制剂卡托普利,开创了一类新的影响重抑制剂卡托普利,开创了一类新的影响重大的抗高血压药物。大的抗高血压药物。第十四页,本课件共有67页1515(4)
9、海洋生物来源海洋生物来源 海海葵葵毒毒素素:来来自自于于海海葵葵,为为肽肽类类毒毒素素,具具有有强强心心作作用用,以以此此为为先先导导物物,得得到到一一些些重重组组蛋蛋白。白。第十五页,本课件共有67页1616二、通过分子生物学途径获得二、通过分子生物学途径获得(FromMolecularBiologyResearch)n n生物化学、分子生物学和药理学的发展,生物化学、分子生物学和药理学的发展,为寻找具有生物活性的先导化合物开辟了为寻找具有生物活性的先导化合物开辟了广阔的领域,为药物分子设计提供了新的广阔的领域,为药物分子设计提供了新的靶点和先导物。如酶、受体、离子通道的靶点和先导物。如酶、
10、受体、离子通道的发现为新药的设计提供了基础。发现为新药的设计提供了基础。n n又称:又称:基于结构的药物设计基于结构的药物设计第十六页,本课件共有67页1717n n组胺:体内生物活性物质,以此为先导物,发现组胺:体内生物活性物质,以此为先导物,发现了替丁类抗溃疡药物。了替丁类抗溃疡药物。第十七页,本课件共有67页1818三、通过随机机遇发现三、通过随机机遇发现(From Accidentally discover)1、19291929年青霉素的发现年青霉素的发现2 2、异丙肾上腺素:、异丙肾上腺素:、异丙肾上腺素:、异丙肾上腺素:-受体激动剂,结构改造,发现受体激动剂,结构改造,发现-受体阻
11、断剂受体阻断剂受体阻断剂受体阻断剂-普萘洛尔,普萘洛尔,第十八页,本课件共有67页1919四、从药物代谢产物中发现四、从药物代谢产物中发现 (From Metabolites)n n药物在体内经过生物转化后,有些药物代谢药物在体内经过生物转化后,有些药物代谢产物降低或失去了活性,称为产物降低或失去了活性,称为代谢失活代谢失活;有些;有些药物的代谢产物正好相反,可能使活性升高,称药物的代谢产物正好相反,可能使活性升高,称为为代谢活化代谢活化。代谢活化得到的药物代谢产物,。代谢活化得到的药物代谢产物,可直接作为药物使用,也可作为先导化合物,可直接作为药物使用,也可作为先导化合物,进行进一步的结构修
12、饰和优化。进行进一步的结构修饰和优化。第十九页,本课件共有67页2020n n例如百浪多息例如百浪多息磺胺,再以磺胺为先导物开发磺胺,再以磺胺为先导物开发了大量的磺胺类药物。了大量的磺胺类药物。第二十页,本课件共有67页2121从代谢产物开发的新药从代谢产物开发的新药:(1)非索那定)非索那定(2)诺阿司咪唑)诺阿司咪唑(3)地氯雷他定)地氯雷他定第二十一页,本课件共有67页2222五、从临床药物的副作用或者老药新用中发五、从临床药物的副作用或者老药新用中发(From From Side-Effect or New Purpose of Medicine)Side-Effect or New
13、Purpose of Medicine)n n异烟肼异烟肼:抗结核药物抗结核药物,服用后情绪高涨服用后情绪高涨抑制抑制单胺氧化酶单胺氧化酶抗抑郁抗抑郁先导物先导物结构优化结构优化异异烟肼类抗抑郁药烟肼类抗抑郁药第二十二页,本课件共有67页2323n n又如:又如:又如:又如:(1)异丙嗪异丙嗪是抗过敏药,但有严重的镇静和是抗过敏药,但有严重的镇静和是抗过敏药,但有严重的镇静和是抗过敏药,但有严重的镇静和 安定作用,安定作用,SAR研究,发现了抗精神病研究,发现了抗精神病研究,发现了抗精神病研究,发现了抗精神病 药物药物药物药物氯丙嗪氯丙嗪。(2 2)西地那非西地那非西地那非西地那非-一种磷酸二
14、酯酶抑制剂类药物。最一种磷酸二酯酶抑制剂类药物。最初作为心血管疾病药物投入临床,后来发现它的初作为心血管疾病药物投入临床,后来发现它的副作用大于治疗作用,于是决定终止临床试验、副作用大于治疗作用,于是决定终止临床试验、收回药品。结果,不少试用者拒绝交回,收回药品。结果,不少试用者拒绝交回,第二十三页,本课件共有67页2424六、从药物合成的中间体中发现六、从药物合成的中间体中发现(From Synthetic Intermediates)n n一些药物合成的中间体,由于与目的化合一些药物合成的中间体,由于与目的化合物结构上有相似性,经过筛选也可发现先物结构上有相似性,经过筛选也可发现先导化合物
15、。导化合物。n n阿糖胞苷阿糖胞苷 环胞苷环胞苷(中间体中间体)第二十四页,本课件共有67页2525n n安西他滨安西他滨(环胞苷)是阿糖胞苷的中间体,(环胞苷)是阿糖胞苷的中间体,后发现安西他滨不仅具有抗肿瘤作用,且副后发现安西他滨不仅具有抗肿瘤作用,且副作用轻,体内代谢比阿糖胞苷慢,故作用时作用轻,体内代谢比阿糖胞苷慢,故作用时间长,治疗各种白血病。间长,治疗各种白血病。第二十五页,本课件共有67页2626七、通过计算机辅助药物筛选寻找七、通过计算机辅助药物筛选寻找(ByVirtualScreening)利用计算机对虚拟化合物库进行筛选有可能发现先导利用计算机对虚拟化合物库进行筛选有可能发
16、现先导利用计算机对虚拟化合物库进行筛选有可能发现先导利用计算机对虚拟化合物库进行筛选有可能发现先导化合物。包括:化合物。包括:化合物。包括:化合物。包括:(1)类药筛选)类药筛选)类药筛选)类药筛选 类药五规则(类药五规则(Role of five,Lipinski规则规则)是指如果一个化合物违背了下列规则中的任意两条就很是指如果一个化合物违背了下列规则中的任意两条就很是指如果一个化合物违背了下列规则中的任意两条就很是指如果一个化合物违背了下列规则中的任意两条就很难被生物体吸收:分子量在难被生物体吸收:分子量在难被生物体吸收:分子量在难被生物体吸收:分子量在500500以下,分配系数以下,分配
17、系数ClogP值小于值小于5,氢键的给体不超过,氢键的给体不超过,氢键的给体不超过,氢键的给体不超过5 5个,氢键的接个,氢键的接受体不超过受体不超过1010个。个。个。个。第二十六页,本课件共有67页2727(2)ADMET(吸收吸收-分布分布-代谢代谢-排泄排泄-毒性毒性)(3)毒性筛选)毒性筛选(4)结构新颖性筛选)结构新颖性筛选(5)与受体对接的研究)与受体对接的研究第二十七页,本课件共有67页2828八、通过组合化学获得八、通过组合化学获得(By Combinatorial Chemistry)n n组合化学组合化学是利用一些基本的小分子单元如氨基酸、是利用一些基本的小分子单元如氨基
18、酸、单核苷酸、单糖及各种各样的有机小分子化合物通单核苷酸、单糖及各种各样的有机小分子化合物通过化学或生物合成的方法,系统地反复以共价键装过化学或生物合成的方法,系统地反复以共价键装配成不同的组合,构建具有结构多样性的化合物库。配成不同的组合,构建具有结构多样性的化合物库。n n组合化学能高效、大批量合成化合物,配合组合化学能高效、大批量合成化合物,配合高通高通量筛选量筛选,大大地加速了先导化合物发现的速度。,大大地加速了先导化合物发现的速度。第二十八页,本课件共有67页2929九、其他新发展的方法九、其他新发展的方法(New Methods for drug discover)1、反义寡核苷酸
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