第二章药物设计的基本原理和方法课件.ppt
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1、第二章药物设计的基第二章药物设计的基本原理和方法本原理和方法第1页,此课件共41页哦目录 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 先导化合物的优化先导化合物的优化绪论绪论第2页,此课件共41页哦1 1、药物化学的根本任务:设计和发现新药。、药物化学的根本任务:设计和发现新药。2 2、新药设计的目的:寻找具有高效低毒的新化学实体。、新药设计的目的:寻找具有高效低毒的新化学实体。3 3、药物设计的两个阶段(、药物设计的两个阶段(1 1)先导物的发现)先导物的发现 (2 2)先导物)先导物的优化的优化4 4、先导物:通过各种途径得到的具有一定生理活性的化学物质。、先导物:通过各种途径得
2、到的具有一定生理活性的化学物质。5 5、先导物的优化:先导物的缺陷:活性不够高,化学结构不稳定,、先导物的优化:先导物的缺陷:活性不够高,化学结构不稳定,毒性较大,选择性不好,药代动力学性性质不合理等。毒性较大,选择性不好,药代动力学性性质不合理等。-化学修饰,成为理想药物。化学修饰,成为理想药物。6 6、靶点:(、靶点:(1 1)受体:设计受体拮抗剂和激动剂。)受体:设计受体拮抗剂和激动剂。(2 2)酶:设计酶抑制剂。)酶:设计酶抑制剂。(3 3)离子通道:设计)离子通道:设计Na K Ca2=Na K Ca2=通通道道 的激活剂和阻断剂。的激活剂和阻断剂。(4 4)蛋白质、核酸:设计蛋白质
3、、核酸合)蛋白质、核酸:设计蛋白质、核酸合成的抑制剂。成的抑制剂。第一节绪论第一节绪论第3页,此课件共41页哦治疗药物的作用靶点总数治疗药物的作用靶点总数483483据据估估计计人人类类基基因因组组计计划划为为我我们们提提供供了了大大量量潜潜在在的的蛋蛋白白质质药药物物靶靶标标,其中至少有其中至少有1 1万个可以作为寻找新药的靶标万个可以作为寻找新药的靶标。第4页,此课件共41页哦药药物物设设计计方方法法:以以受受体体为为靶靶点点,可可分分别别设设计计受受体体的的激激动动剂剂和和拮拮抗抗剂剂。以以酶酶为为靶靶点点,设设计计酶酶抑抑制制剂剂。以以离离子子通通道道为为靶靶点点;则则可可分分别别设设
4、计计钠钠、钾钾和和钙钙离离子子通通道道的的激激活活剂剂(开开放放剂剂)或或阻阻断剂(拮抗剂)。断剂(拮抗剂)。药药物物设设计计的的两两个个阶阶段段:先先导导化化合合物物的的发发现现(lead lead discoverydiscovery)和先导化合物的优化(和先导化合物的优化(lead optimizationlead optimization)先先导导化化合合物物(lead lead compoundcompound)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生理理活活性性的的化化学学物物质质。由由于于先先导导化化合合物物存存在在
5、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,这一过程称为先导化合物的优化。这一过程称为先导化合物的优化。第5页,此课件共41页哦第二节第二节先导物发现的方法和途径先导物发现的方法和途径一、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 p17p17(1 1)植物来源)植物来源 青蒿素:来自于中药黄花蒿,以此为先导物,发现蒿甲醚、青蒿琥酯青蒿素:来自于中药黄花蒿
6、,以此为先导物,发现蒿甲醚、青蒿琥酯等;等;青蒿素系列:青蒿素系列:第6页,此课件共41页哦 来自于红豆杉树皮,以此为先导来自于红豆杉树皮,以此为先导 物,发现多西他赛等。物,发现多西他赛等。紫杉醇:紫杉醇:第7页,此课件共41页哦(2)微生物来源)微生物来源 p18 美伐他汀和洛伐他汀,来源于青霉菌属、红曲霉菌和土曲霉菌,美伐他汀和洛伐他汀,来源于青霉菌属、红曲霉菌和土曲霉菌,羟甲戊二酰辅酶羟甲戊二酰辅酶A A还原酶抑制剂的还原酶抑制剂的Lead CompoundLead Compound。后开发了人工。后开发了人工合成的阿托伐他汀(合成的阿托伐他汀(No.1No.1)(3)动物来源)动物来
7、源 九肽替普罗肽(谷九肽替普罗肽(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抑抑制剂卡托普利,开创了一类新的影响重大的抗高制剂卡托普利,开创了一类新的影响重大的抗高血压药物。血压药物。第8页,此课件共41页哦(4 4)海洋生物来源)海洋生物来源 海葵毒素:来自于海葵,为肽类毒素,具有强心作用,以海葵毒素:来自于海葵,为肽类毒素,具有强心作用,以此为先导物,得到一些重组蛋白。此为先导物,得到一些重组蛋白。海海洋洋生生物物的的生生活活环环境境与与陆陆地地生生物物迥迥异异,海海洋洋生生物物的的多多样样性性,
8、复复杂杂性性和和特特殊殊性性使使海海洋洋天天然然产产物物也也具具有有多多样样性性、复复杂杂性性和和特特殊性。殊性。从从海海洋洋苔苔藓藓虫虫中中分分离离得得到到的的苔苔藓藓抑抑素素(Bryostatins(Bryostatins)具具有有蛋蛋白白激激酶酶C C的的部部分分激激动动作作用用在在抗抗肿肿瘤瘤方方面面有有着着发发展展前景前景第9页,此课件共41页哦二、通过分子生物学途径获得二、通过分子生物学途径获得生生物物化化学学、分分子子生生物物学学和和药药理理学学的的发发展展,为为寻寻找找具具有有生生物物活活性性的的先先导导化化合合物物开开辟辟了了广广阔阔的的领领域域,为为药药物物分分子子设设计计
9、提提供供了了新新的的靶靶点点和和先先导导物物。如如酶酶、受受体体、离离子子通通道道的的发发现现为为新新药药的的设设计计提提供了基础。又称:基于结构的药物设计供了基础。又称:基于结构的药物设计组组胺胺:体体内内生生物物活活性性物物质质,以以此此为为先先导导物物,发发现现了了替替丁丁类类抗溃疡药物。抗溃疡药物。第10页,此课件共41页哦1 1、19291929年青霉素的发现年青霉素的发现2 2、苯二氮卓的发现:、苯二氮卓的发现:3 3、异异丙丙肾肾上上腺腺素素:-受受体体激激动动剂剂,结结构构改改造造,发发现现-受体阻断剂受体阻断剂-普萘洛尔,普萘洛尔,三、通过随机机遇发现三、通过随机机遇发现 第
10、11页,此课件共41页哦四、从药物代谢产物中发现四、从药物代谢产物中发现 药药物物进进入入人人体体后后发发生生的的过过程程实实质质上上是是药药物物在在体体内内发发生生的的化化学学转转化化过过程程。大大部部分分药药物物在在体体内内代代谢谢的的结结果果主主要要是是失失活活和和排排出出体体外外,但但有有些些药药物物却却发发生生代代谢谢活活化化或或产产生生其其它它新新作作用用,转转化化为为保保留留活活性性、毒毒副副作作用用小小的的代代谢谢物物,这这样样的的代代谢谢产产物物可可成成为为新新的的先先导导物物。药药物物在在体体内内经经过过生生物物转转化化后后,有有些些药药物物代代谢谢产产物物降降低低或或失失
11、去去了了活活性性,称称为为代代谢谢失失活活;有有些些药药物物的的代代谢谢产产物物正正好好相相反反,可可能能使使活活性性升升高高,称称为为代代谢谢活活化化。代代谢谢活活化化得得到到的的药药物物代代谢谢产产物物,可可直直接接作作为为药药物物使使用用,也也可可作作为为先先导导化化合合物物,进进行行进进一一步步的结构修饰和优化。的结构修饰和优化。(1 1)最经典的例子是磺胺类药物的发现。最经典的例子是磺胺类药物的发现。(2 2)苯二氮卓类苯二氮卓类-地西伴(安定)地西伴(安定)第12页,此课件共41页哦百浪多息百浪多息磺胺,再以磺胺为先导物开发了大量的磺胺类磺胺,再以磺胺为先导物开发了大量的磺胺类药物
12、。药物。从代谢产物开发的新药从代谢产物开发的新药:(1 1)非索那定()非索那定(2 2)诺阿司咪唑()诺阿司咪唑(3 3)地氯雷他定)地氯雷他定第13页,此课件共41页哦五、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(1 1)异异烟烟肼肼(抗抗结结核核)-异异丙丙烟烟肼肼(抗抗抑抑郁郁)(单单胺胺氧氧化化酶酶抑制剂类)使情绪高涨抑制剂类)使情绪高涨 (2 2)异异丙丙嗪嗪-氯氯丙丙嗪嗪有有精精神神抑抑制制作作用用抗抗过过敏敏药药-抗抗精精神神病药(吩噻嗪)病药(吩噻嗪)异异丙丙嗪嗪是是抗抗过过敏敏药药,但但有有严严重重的的镇镇静静和和安安定定作作用用,SARSA
13、R研研究究,发现了抗精神病药物氯丙嗪。发现了抗精神病药物氯丙嗪。第14页,此课件共41页哦(3 3)西西地地那那非非-一一种种磷磷酸酸二二酯酯酶酶抑抑制制剂剂类类药药物物。最最初初作作为为心心血血管管疾疾病病药药物物投投入入临临床床,后后来来发发现现它它的的副副作作用用大大于于治治疗疗作作用用,于是决定终止临床试验、收回药品。于是决定终止临床试验、收回药品。第15页,此课件共41页哦六、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 药药物物或或天天然然活活性性物物质质在在合合成成的的过过程程中中,产产生生许许多多中中间间体体,其其化化学学结结构构和和目目标标合合成成药药物物或或天天然然
14、活活性性物物质质具具有有相相似似或或相相关关性性.因因而而可可能能产产生生新新的的先先导导物物。一一些些药药物物合合成成的的中中间间体体,由由于于与与目目的化合物结构上有相似性,经过筛选也可发现先导化合物。的化合物结构上有相似性,经过筛选也可发现先导化合物。(1)(1)安安西西他他滨滨:环环胞胞苷苷是是阿阿糖糖胞胞苷苷的的中中间间体体,不不仅仅具具有有抗抗肿肿瘤瘤作作用用,且且副副作作用用轻轻,体体内内代代谢谢比比阿阿糖糖胞胞苷苷慢慢,故故作作用用时时间间长长,治治疗疗各种白血病。各种白血病。第16页,此课件共41页哦七、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利利用用计计算算
15、机机对对虚虚拟拟化化合合物物库库进进行行筛筛选选有有可可能能发发现现先先导导化化合合物。包括:物。包括:(1 1)类药筛选)类药筛选 类类药药五五规规则则(Role Role of of fivefive,LipinskiLipinski规规则则)是是指指如如果果一一个个化化合合物物违违背背了了下下列列规规则则中中的的任任意意两两条条就就很很难难被被生生物物体体吸吸收收:分分子子量量在在500500以以下下,分分配配系系数数ClogPClogP值值小小于于5 5,氢氢键键的的给给体不超过体不超过5 5个,氢键的接受体不超过个,氢键的接受体不超过1010个。个。(2 2)ADMET(ADMET(
16、吸收吸收-分布分布-代谢代谢-排泄排泄-毒性毒性)(3 3)毒性筛选)毒性筛选(4 4)结构新颖性筛选)结构新颖性筛选(5 5)与受体对接的研究)与受体对接的研究第17页,此课件共41页哦八、通过其他方法得到八、通过其他方法得到(1 1)组组合合化化学学:利利用用一一些些基基本本的的小小分分子子单单元元如如氨氨基基酸酸、单单核核苷苷酸酸、单单糖糖及及各各种种各各样样的的有有机机小小分分子子化化合合物物通通过过化化学学或或生生物物合合成成的的方方法法,系系统统地地反反复复以以共共价价键键装装配配成成不不同同的的组组合合,构构建建具具有有结结构构多多样样性性的的化化合合物物库库。组组合合化化学学能
17、能高高效效、大大批批量量合合成成化化合合物物,配配合合高高通通量量筛筛选选,大大大大地地加加速速了了先先导导化化合合物发现的速度。物发现的速度。(2 2)反义寡核苷酸)反义寡核苷酸 :基因工程基因工程 (生命科学)(生命科学)(3 3)综合技术平台)综合技术平台 :最快的发现先导物的途径。:最快的发现先导物的途径。第18页,此课件共41页哦第二节第二节 先导化合物的优化先导化合物的优化对对先先导导化化合合物物进进行行合合理理的的结结构构修修饰饰,这这种种过过程程和和方方法法称称为先导化合物的优化为先导化合物的优化先导化合物的优化可分为:先导化合物的优化可分为:(1 1)传统的化学方法)传统的化
18、学方法(2 2)现代的方法)现代的方法:包括包括CADDCADD和和3D-QSAR3D-QSAR (在第三章介绍)(在第三章介绍)第19页,此课件共41页哦一、烷基链或环的结构改造一、烷基链或环的结构改造1 1、同系物、同系物:先导物中烷基链的延长或缩短,得到高或低同系物,是最常用先导物中烷基链的延长或缩短,得到高或低同系物,是最常用的设计方法。的设计方法。先导物中引入甲基,特别是在氮、氧原子或芳环上取代氢原先导物中引入甲基,特别是在氮、氧原子或芳环上取代氢原子。由于氢键的形成,位阻的增加,电性和立体化学的变化,可子。由于氢键的形成,位阻的增加,电性和立体化学的变化,可能导致代谢改变,生物活性
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