第二章药物设计的基本原理和方法总结
药物设计学知识点总结
药物设计学知识点总结在药物设计学中，有许多重要的知识点需要掌握和理解。
以下是对药物设计学的一些关键概念和技术的总结。
1. 药物设计的基本原则：药物设计的目标是发现和开发出具有理想的治疗效果和副作用低的药物。
基本原则包括药物与靶点的相互作用、药物代谢和药物分子的物理化学性质。
2. 靶点的选择：药物设计的第一步是选择适当的靶点。
靶点通常是与疾病发生相关的蛋白质，如受体、酶和离子通道。
了解靶点的结构和功能对于药物设计至关重要。
3. 药物发现策略：药物发现过程中常用的策略包括高通量筛选、计算机辅助药物设计和仿生药物设计。
高通量筛选一般通过自动化方法对大量化合物进行测试，以筛选出对靶点特异性较高的化合物。
计算机辅助药物设计则利用计算机模拟方法预测药物与靶点之间的相互作用。
仿生药物设计则是参考生物体内已存在的天然产物，设计具有类似结构和功能的化合物。
4. 药效学参数：药效学参数用于评估药物对生物体产生的效应，包括EC50、IC50、Kd等。
EC50指的是药物在半最大效应产生的浓度，IC50指的是药物的抑制浓度，Kd指的是药物与靶点结合的亲和力。
5. 药物代谢：药物代谢是指药物在体内发生的一系列化学反应，包括氧化、还原、水解、酯化等。
了解药物代谢途径可以预测药物的代谢物产生情况和药物的药物代谢动力学。
6. 亲水性和脂溶性：药物分子的亲水性和脂溶性对于药物的吸收、分布和排泄等过程至关重要。
亲水性较高的药物更容易溶解在水中，而脂溶性较高的药物则更容易穿过生物膜。
7. 三维定量构效关系：三维定量构效关系是一种将药物分子结构与其生物活性之间的关系进行数学建模的方法。
通过建立定量的数学模型，可以预测新化合物的生物活性。
8. 随机共振原理：随机共振原理是一种基于熵增的药物设计方法。
通过引入药物分子中的随机振动和环境中的热涨落，可以提高药物与靶点之间的结合强度和选择性。
总之，药物设计学涉及到许多重要的知识点，包括药物与靶点的相互作用、药物发现策略、药物代谢和药效学参数等。
药物制剂中的药物分子设计与优化
药物制剂中的药物分子设计与优化药物分子设计与优化是现代药物研发领域的重要组成部分。
通过合理的分子设计和优化，可以提高药物的疗效和安全性，加速新药的研发过程。
本文将探讨药物制剂中的药物分子设计与优化的基本原理和方法。
一、药物分子设计的基本原理药物分子设计的目标是找到既具有良好的生物活性又具备药物代谢、吸收、分布和排泄等优良特性的分子结构。
具体来说，药物分子设计需要考虑以下几个方面：1. 作用靶点的选择：药物的作用靶点是药物发挥作用的关键因素。
在药物分子设计中，需要明确作用靶点，并研究作用靶点的结构和功能。
2. 结构活性关系的研究：药物的分子结构与其生物活性之间存在着密切的关系。
通过研究药物的结构活性关系，可以指导药物分子的设计和优化。
3. 药物代谢动力学：药物在体内的代谢过程对于其药效和安全性至关重要。
药物分子设计需要考虑药物的代谢途径和代谢酶的亲和力等因素。
二、药物分子设计的方法药物分子设计的方法包括定量构效关系（QSAR）模型、药物分子的合成与优化、分子对接等。
1. 定量构效关系（QSAR）模型：QSAR是通过建立定量的数学模型来研究化合物结构与其生物活性之间的关系。
通过QSAR模型，可以预测新药分子的生物活性，并指导药物分子的设计和优化。
2. 药物分子的合成与优化：根据药物分子的设计要求，可以通过有机合成方法来合成新的药物分子，并通过分子构效关系的研究对其进行优化。
3. 分子对接：分子对接是通过计算机模拟方法来预测药物分子与作用靶点之间的相互作用模式。
通过分子对接，可以评估药物分子与作用靶点的亲和力，指导药物分子的设计和优化。
三、药物分子优化的策略药物分子优化的策略包括结构改造、分子修饰和多靶点优化等。
1. 结构改造：通过改变药物分子的结构，可以调整其物理化学性质和生物活性。
常用的结构改造方法包括取代基的引入、环的扩展或收缩等。
2. 分子修饰：通过在药物分子中引入特定的官能团，可以改变其溶解度、稳定性和靶向性等特性。
药物化学第二章-药物设计的基本原理和方法
§ 2. 先导化合物的优化
Lead Optimization
先导化合物的优化
Izant等人于1984年首次提出反义寡核苷酸技术，该技术是根据
核酸间碱基互补原理，利用一小段外源性的人工或生物合成的特
异互补RNA或DNA片断，与靶细胞中的mRNA或DNA通过碱基
互补结合，通过这种寡核苷酸键抑制或封闭其基因的表达。与反
义寡核苷酸相似的是反义DNA，是用一小段人工会成的约8～23
碱基组成的脱氧核苷酸单链，与靶mRNA形成碱基配对的DNA-
S
可旋转键的数量不超过10个。(删去)
ADMET
ADMET (药物的吸收、分配、代谢、排泄 和毒性)药物动力学方法是当代药物设计和 药物筛选中十分重要的方法。
A：吸收 Absorption D：分配 Distribution M：代谢 Metabolism E ：排泄 Excretion T： 毒性 Toxcity
3．综合技术平台
目前最快速的发现先导化合物的途径是被各国称为综合技术平台的方法， 简单说就是用液相串联质谱（ LC MS／MS）作为化合物的分离和分析结构 的工具，与药理学、组合化学的高通量筛选、计算机辅助设计、分子生物学、 受体（酶）学，及化学基因组学等学科结合起来，可迅速而大量地确定具有 不同活性药物的基本母核（scaffold），作为先导化合物。
药物进入体内后发生的代谢过程实质上是药物在体内 发生的化学转化过程。 代谢失活：体内代谢的结果主要是产物降低或失去 活性，排出体外 代谢活化：有些药物却发生代谢产物活化或产生其 它新的作用，转化为保留活性、毒副作用小的代谢 物，这样的代谢产物可成为新的先导化合物。
药物设计的基本原理和方法
靶点定位
02
药物的靶点可以是细胞内的特定分子、细胞膜上的受体或细胞
器等。
药效学特征
03
药物的细胞和组织特异性与其药效学特征密切相关，决定了药
物的治疗效果和副作用。
03
CATALOGUE
药物设计的计算方法
基于配体的药物设计
总结词
基于配体的药物设计是指根据已知活性配体分子的结构特征和药效团，预测和 设计新药分子。
02
CATALOGUE
药物作用的分子机制
药物与受体的相互作用
药物与受体结合
药物通过与细胞膜上的受体结合，传递信号，调节细 胞功能。
药物作用模式
药物与受体结合后，可以激动或拮抗受体，产生兴奋 或抑制效应。
亲和力与选择性
药物与受体结合的亲和力决定了药物作用的强度，而 选择性决定了药物作用的特异性。
药物作用的信号转导通路
人工智能可以帮助研究人员分析大量数据，发现潜在的药物靶点，预测分子的三维 结构和相互作用模式，提高药物设计的精度和效率。
人工智能还可以模拟药物在体内的代谢和分布过程，预测药物的疗效和安全性，为 新药临床试验提供有力支持。
基于免疫疗法的药物设计
免疫疗法已成为一种重要的治疗手段 ，通过调节人体免疫系统来攻击肿瘤 细胞或其他有害物质。
基于结构的药物设计
总结词
基于结构的药物设计是指根据已知靶蛋 白的三维结构，设计和筛选能够与靶蛋 白结合并影响其功能的小分子药物。
VS
详细描述
该方法依赖于对靶蛋白三维结构的了解， 通过计算机辅助药物设计软件，设计和筛 选能够与靶蛋白结合并影响其功能的小分 子药物。这种方法需要高分辨率的靶蛋白 结构信息，并考虑蛋白质的动态性质。
药剂学知识点高一上册总结
药剂学知识点高一上册总结药剂学是研究药物的制备、质量控制、药用物质的性质和药物在人体内的作用的学科。
作为学习药剂学的一年级高中生，我们在上学期学习了许多重要的药剂学知识点。
本文将总结并回顾这些知识点，帮助大家巩固所学内容。
第一章：药物分类与性质1. 药物分类：药物可以按照不同的标准进行分类，如化学结构、药理作用、来源等。
我们学习了按照化学结构分类的方法，主要包括有机化合物药物、无机化合物药物和生物药物。
2. 药物性质：药物的性质包括生理活性、毒性、物理性质等。
我们了解到药物的生理活性是指药物对生物体的作用能力，而毒性是指药物对生物体产生的有害效应。
此外，药物的物理性质包括溶解性、稳定性等，对药物的贮存和使用都非常重要。
第二章：药物的制剂和配制1. 制剂的分类：制剂是指将药物配制成适合使用的形式，常见的制剂包括固体制剂、液体制剂和半固体制剂等。
这些制剂有不同的特点和应用范围，我们需要根据需要选择合适的制剂。
2. 配制药物的方法：配制药物的方法包括调剂法、溶解法、煎煮法等。
我们学习了这些方法的基本原理和操作步骤，并通过实验锻炼了实际操作能力。
第三章：药物分析与质量控制1. 药物分析的方法：药物分析的方法包括理化性质测定、色谱分析、光谱分析、生物试验等多种手段。
我们了解到不同的分析方法适用于不同类型的药物，因此需要根据药物的性质选择合适的分析方法。
2. 药物质量控制：药物质量控制包括质量标准的制定和质量检查的方法。
我们学习了药物的质量标准应符合国家规定，并了解了重要的质量检查方法，如纯度测定、含量测定等。
第四章：药物代谢与药效学1. 药物代谢：药物在人体内经历吸收、分布、代谢和排泄等过程，我们重点学习了药物代谢这一环节。
药物代谢对药物的药效和安全性都有重要影响，因此我们要了解药物代谢的基本原理和影响因素。
2. 药效学：药效学研究药物在人体内的作用机制和效果。
我们学习了药物的作用方式、作用速度和有效浓度等药效学的基本概念，帮助我们理解药物的临床应用和副作用。
药物设计的原理及方法
基于已知的生物活性分子结构特征、生物靶标结构特征以及 药效团模型，采用计算机辅助药物设计（CADD）和基于片 段的药物设计（FBDD）等手段，预测和设计新的可能具有药 理活性的分子结构。
药物设计的目的和意义
目的
通过药物设计，可以预测和设计出具有特定药理活性的新分子结构，以满足临 床治疗的需求，提高药物的疗效、降低副作用、改善药物的代谢性质等。
04
CATALOGUE
药物设计的应用
新药研发
靶点发现与验证
通过基因组学、蛋白质组学等技 术手段，发现并验证潜在的药物 作用靶点，为新药研发提供目标
。
药物筛选
利用高通量筛选技术，从大量化合 物中筛选出具有潜在活性的候选药 物，进一步降低新药研发成本和时 间。
结构生物学方法
利用X射线晶体学、核磁共振等技术 ，解析药物作用靶点的三维结构， 为新药设计提供结构基础。
基于片段的药物设计
将已知活性片段作为药物设计的起点，设计和筛选能够与靶标结合 的小分子化合物。
02
CATALOGUE
药物设计原理
药物作用靶点
靶点选择
选择与疾病相关的靶点，如蛋白 质、酶、受体或离子通道等，是 药物设计的关键步骤。
靶点验证
验证靶点的生物学功能和药理学 特性，以确保所选靶点是有效的 治疗目标。
计算机辅助药物设计
利用计算机模拟技术，预测药物与靶点的相互作 用，为药物改造和优化提供理论支持。
3
合成生物学方法
利用合成生物学技术，设计和构建具有特定功能 的基因线路或细胞工厂，生产具有特定活性的药 物分子。
05
CATALOGUE
药物设计的挑战与展望
药物设计的挑战
药物设计的基本原理和方法 PPT
先导化合物发现的方法和途径
以现有的药物作为先导化合物
1．由药物副作用发现先导化合物 基于抗结核药异烟肼的副作用，发展了单胺氧化酶抑制剂类抗抑郁
药，如异丙烟肼。
二、新药设计与开发
Drug design and development
先导化合物发现的方法和途径
二、新药设计与开发
Drug design and developmentΒιβλιοθήκη 先导化合物发现的方法和途径
利用计算机进行靶向筛选得到先导化合物
以生物靶点为基础，利用计算机软件对化合物进行靶向合理筛选和从 头设计已成为发现先导化合物的一个重要手段。
二、新药设计与开发
Drug design and development
二、新药设计与开发
Drug design and development
先导化合物发现的方法和途径
用活性内源物质作为先导化合物
根据对生理病理的了解来研究新药，通常是针对与该生理活动有关的 酶或受体来设计药物，被称为合理药物设计。内源性神经递质、受体或酶 的底物就是初始的先导化合物。例如以炎症介质5-羟色胺为先导化合物研 发了抗炎药吲哚美辛。
高通量筛选（High-throughput screening）是以随机筛选和广泛筛选 为基础的。高通量筛选是利用近二、三十年来生物化学、分子生物学、分 子药理学和生物技术的研究成果，将已阐明影响生命过程的一些环节的酶、 受体、离子通道等作为药物作用的靶标进行分离、纯化和鉴定，由此建立 分子、细胞水平的高特异性的体外筛选模型，具有灵敏度高、特异性强、 需用药量少、快速筛选的特点。
二、新药设计与开发
Drug design and development
第二章 药物设计的基本原理和方法
O 青蒿素
H H CH3 OCOCH2CH2COOH 青蒿琥酯
2.微生物来源
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A还原
酶抑制剂的Lead Compound。后开发了人工合 成的阿托伐他汀（No. 1）
HO O H3C H3C H O H O H CH3 H3C H3C
NH2 N HO N O O HO HO
CHO HO OH OH CH2OH HO O O HO N
NH
. HCl
NH3.H2O MeOH
. HCl
N
D-阿拉伯糖
安西他滨
阿糖胞苷
第二节 分子的互补性－先导化合物的 发现
又称：基于结构的药物设计 一、分子识别 配体与受体相互作用的本质是分子识别。 分子识别是由于两个分子的多个特定的原子或基团性质的 互补性和空间的适配所驱动的，这种特异性的本质是双方 的互补性。 药物与受体的分子识别和相互作用，大都形成非共价键作 用，与维持机体的生物大分子的空间结构的键合力在本质 上是相似的（氢键、静电引力和疏水作用）。 药物和受体分子构象变化，诱导契合。
H2N
N=N NH2
SO2NH2
H2N
SO2NH2
活性代谢产物---磺胺 先导化合物
H2N
SO2NH N O CH3
磺胺甲恶唑 磺胺类抗菌药
从代谢产物开发的新药:
（1）非索那定
（2）诺阿司咪唑
（3）地氯雷他定
五、从临床药物的副作用或者老药新用中发(From SideEffect or New Purpose of Medicine)
1、 1929年青霉素的发现
2、异丙肾上腺素：β -受体激动剂，结构改造，发现 β -受体阻断剂--普萘洛尔，
药物设计的原理和方法
药物设计的原理和方法药物是指可以治疗疾病的化合物，药物的作用方式是通过与生物大分子相互作用来影响生物系统的功能。
然而，药物因其特异性和效应持续时间等特性而可能对生物系统产生负面影响。
因此，药物设计成为了将化学、生物学和物理学等学科知识综合运用的一个领域。
药物设计的原理药物设计的目标是合成有效而安全的化合物，以用于治疗疾病。
对于一种特定的疾病，可能需要设计多种药物并进行比较，以选择出最有效的药物。
药物的效果取决于药物与它所作用的靶标之间的相互作用。
因此，药物设计不仅要考虑药物的特性，还要考虑靶标的性质。
药物设计的一个基本原理是最优作用理论（Optimum effect theory）。
这个理论认为，在药物治疗中，药物和受体（或靶标）的结合应该遵循“最佳反应”的原则。
这意味着药物应该与靶标相互作用，但不应该对其他分子产生影响。
药物和靶标的相互作用是通过一系列物理和化学过程完成的。
因此，药物设计需要综合考虑分子结构、能量、热力学和动力学等多种因素。
药物设计的方法药物设计的方法有多种，包括传统方法和计算机辅助设计方法。
传统方法包括构建小分子库、分子变异（molecular variation）、受体片段分析（receptor fragment analysis）和高通量药物筛选等。
这些方法可以在无需计算机辅助的情况下进行，因此在早期的药物研发中广泛应用。
随着计算机技术的进步和高分子化学的发展，计算机辅助设计方法也成为了药物设计中不可或缺的一部分。
计算机辅助设计方法可以通过分子模拟和分子对接等技术预测分子间相互作用和性质，以指导实验室合成和测试的药物。
药物设计的一些常见计算机辅助方法包括分子动力学模拟（molecular dynamics simulation）、量子化学计算（quantum chemistry calculation）、分子对接（molecular docking）和分子机器学习（molecular machine learning）等。
药物分析每章知识点总结
药物分析每章知识点总结第一章：药物分析基础知识1.1 药物分析的定义和意义药物分析是研究药物成分、结构、性质、功能以及与药物相关的物质的分析科学。
药物分析对药品的质量控制、新药研制和临床应用起到至关重要的作用。
1.2 药物分析的发展历史药物分析学是从化学分析、生物分析和药学分析等多个学科发展而来。
随着科学技术的发展，药物分析的方法和手段也得到了不断的完善和提高。
1.3 药物分析的基本原理药物分析的基本原理是根据药物的特性，利用化学、物理和生物学的方法进行分析，从而确定药物的成分和性质。
第二章：药物分析的方法2.1 药物分析的常用仪器和设备药物分析的常用仪器和设备包括色谱仪、质谱仪、光谱仪、离子色谱仪、红外光谱仪等。
这些仪器和设备可以用来分析药物的成分、含量、结构和性质等。
2.2 药物分析的常用方法药物分析的常用方法包括色谱法、光谱法、质谱法、电泳法、光度法等。
这些方法根据药物的特性和分析的要求，选择合适的方法进行分析，以确保结果的准确性和可靠性。
第三章：药物分析的质量控制3.1 药物的质量标准药物的质量标准是对药物的成分、性状、纯度、含量和稳定性等方面的要求和规定。
药物分析的目的之一就是要确保药物的质量可以符合标准要求。
3.2 药物分析的质量控制方法药物分析的质量控制方法包括对药物的原材料、中间体、成品以及包装材料等进行严格的分析和检测，以保证药物的质量符合标准要求。
第四章：药物分析的应用4.1 药物分析在新药研制中的应用药物分析在新药研制中起着至关重要的作用，可以用来确定新药的成分、性质、含量、稳定性以及在体内的代谢和作用等。
4.2 药物分析在药品生产中的应用药物分析在药品生产中用来对原料药、辅料和成品药进行严格的质量控制，以保证生产的药品符合国家药典的要求。
4.3 药物分析在临床应用中的应用药物分析在临床应用中可以对病人的生理状况、药物的代谢和排泄等进行分析，对临床治疗起到指导和监测的作用。
中山大学药学综合课件-第二章 药物设计的基本原理和方法(20071007-XS)
HO HO
CH2CH2N
R R
多巴胺 I
II III
R=H R = Me R = Pr R = Bu
2. 生物电子等排
• 具有相同价电子数的原子团, 可能具有相似的 物理化学性质. 如N2与CO为等排体, CH3, NH2 和OH为等排体.
第二节 先导化合物的结构优化 (Lead Optimization)
• 在发现了先导化合物后,由于其可能存在生 物活性, 药代性质, 毒副作用等不足, 需要在 其基础上做合理的修饰,这一过程称为先导 化合物的结构优化 (Lead Optimization).
1. 烷基链或环的结构改造
(1) 复杂天然药物的结构简化 当一个先导化合物的结构过于复杂时, 常 常需要对其结构进行简化, 目标是发现合 成上更简单,但药效团得以保留的化合物.
雷尼替丁
N
H2N H2N
NS
法莫替丁
CHNO2
N H
NHCH3
NH2 NSO2NH2
(6) 基于生物靶点的结构设计
• 根据已知的生物靶点(酶/受体, 或核酸)的结 构,运用计算机辅助设计,获得先导化合物. 这一方法称为从头设计 (de novo Drug Design).
ACE抑制剂的研究
配位
血管紧张素转化酶 (ACE)
喜树碱 Camptothecin
NMe2 HO
Et OH O
N
O
N
O
拓扑替康 Topotecan
N Et
NO
Et OH O
O
N
O
N
O
伊立替康 Irinitecan
• 动物的毒素一般为生理活性很强的化合物, 通过结构的改造,可以发展很多新药物.
药物化学(第二版)第2章 药物设计的基本原理和方法
先导化合物的优化可分为：
（1）传统的化学方法 （2）现代的方法: 包括CADD和3DQSAR（在第三章介绍）
先导化合物优化的一般方法
一、烷基链或环的结构改造
二、生物电子等排原理
三、前药原理
四、软药
五、硬药
六、孪药
七、定量构效关系研究
一、烷基链或环的结构改造
1、成环或开环 镇痛药吗啡→哌替啶
N
4 -苯 基 哌 啶 类
2、插烯原理（vinylogues）（烷基链局部减少双键 或引入双键） 抗癫痫药胡椒碱→桂皮酰胺类的衍生物
O O 胡 椒 碱 N O 桂 皮 酰 胺 衍 生 物 X O N H R
3、烃链的同系化原理 利福平（甲基哌嗪）→利福喷汀（环戊基哌嗪）
二、生物电子等排（Bioisosteris）
安西他滨（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。
C H O H O O H O H C H O H 2 H O N O O N N H
.H C l
. O N H 3H 2
N H 2 N H O O N O H O
发展为理想的药物，这一过程称为先导化
合物的优化。
第一节
先导化合物发现的方法和途径
Approaches for lead discovery
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 p17
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； 紫杉醇：来自于红豆杉树皮，以此为先导 物，发现多西他赛等。
药物设计-第二章-新药开发的基本途径与方法
基因沉默
• 利用反义化合物或RNAi造成基因沉默。 • 探测基因功能及其是否在肿瘤细胞的生命过程中起
关键作用。 • 探测基因是否具有较强的特异性。 • 确定其作为靶点的可能性。 其中RNAi因其高效而较为多用。
举例
• 针对51L诱导细胞凋亡有控 制作用的基因。
• 经过综合评估，符合要求后开始进行临床试验研究 （包括Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期临床试验）。通过在人体内进行 深入的有效性、安全性研究并获得理想结果后，最终 才能被批准上市应用。
一、临床前研究
1. 临床前体内外药效学评价
药效学研究的内容 • 研究药物的生化、生理效应及机制，以及剂量和效
应之间的关系。 • 对拟用于临床预防、诊断、治疗作用的有关新药进
（2）新药特殊毒性试验 • 突变试验 • 生殖毒性试验 • 致癌试验 ➢ 一和二类新药要求进行特殊毒性试验。
遗传毒理学试验
• 通常采用一组检测遗传毒性的体内和体外试验，这 些试验相互补充。
• 我国的遗传毒性评价方案由微生物回复突变试验、 哺乳动物培养细胞染色体畸变试验和啮齿动物微核 试验组成。
生殖毒性试验
• 后基因组时代：反向遗传学 ➢ 先找到可以作为靶点的功能基因，经过确证后， 再将其表达于合适的系统，而获得相应的功能蛋 白。而后可利用该功能蛋白进行药物设计与筛选。
发现靶点基因的方法和技术
• 基因敲除 • 基因沉默 • 蛋白质组学技术 • 其他功能基因组学技术
基因敲除技术
• 发现和验证靶标的常用方法。 • 在同源重组技术以及胚胎干细胞技术逐步完善的基础
行药理作用观测和作用机制探讨。
药效学研究的目的 • 确定新药预期用于临床防、诊、治的目的药效。 • 确定新药的作用强度。 • 阐明新药的作用部位和机制。 • 发现预期用于临床以外的广泛药理作用。
药物设计学
药物设计学药物设计学是一门综合性学科，旨在通过合理设计和优化药物分子，实现对疾病的治疗和预防。
该学科融合了许多不同领域的知识，包括有机化学、药理学、生物学和计算机科学等，从而实现药物的研发和创新。
药物研发的挑战药物研发是一项繁复而具有挑战性的任务。
在药物设计过程中，研究人员需要考虑多种因素，如药物分子与靶蛋白的相互作用、药物代谢途径、药物的药代动力学等。
此外，药物研发过程中还存在着许多潜在的问题，比如副作用、毒性和药物耐受性等，这些问题需要通过科学的方法来解决。
药物设计的基本原理药物设计的核心在于找到药物与疾病靶点之间的相互作用。
通常，药物可以通过与特定的蛋白或其他生物分子结合来实现治疗效果。
在药物设计过程中，研究人员通常会利用计算机辅助设计工具来进行药物分子的挑选和优化，从而提高药物的选择性和活性。
分子对接分子对接是药物设计中常用的一种方法。
该方法通过预测药物分子与靶蛋白之间的结合模式，来评估药物的亲和力和选择性。
在分子对接过程中，研究人员需要首先获取药物和蛋白的结构信息，然后利用计算机算法来模拟药物与蛋白的结合过程。
三维药物构建三维药物构建是药物设计的关键步骤之一。
在这个过程中，研究人员需要利用有机合成方法合成具有特定结构和活性的药物分子。
通过合理设计分子结构和化学反应路径，可以合成出具有潜在药物活性的分子。
药物代谢预测药物代谢是指药物在体内被生物体代谢的过程。
药物代谢可以影响药物的药效、毒性和持续时间。
在药物设计过程中，研究人员需要预测药物的代谢途径和代谢产物，以便评估药物的稳定性和安全性。
新技术在药物设计中的应用随着科学技术的不断进步，新的技术方法也被应用于药物设计中，以提高药物研发的效率和成功率。
高通量筛选技术高通量筛选技术是一种可以快速筛选大量化合物的方法。
该技术结合了自动化和机器学习等技术，可以同时测试成千上万种化合物对靶蛋白的亲和性和选择性。
这种方法可以大大加快药物研发过程，减少实验成本和时间。
药物设计的基本原理和方法2-三节
第三节 先导化合物的优化 （ Lead Optimization）或称为药物设计
寻找
药物设计的目的
活性高、选择性强、毒副作用小的新药
在发现了先导化合物后，就要对先导化合物进行合理的结构修饰， 这种过程和方法称为先导化合物的优化(lead optimization)或称为 药物设计。
寻找
优化的目的
更理想的理化性质， 或者具更良好的药物动力学性质， 或者提高了生物利用度， 或者选择性更强而毒副作用减弱。
第一，用生物电子等排体替代时，往往可以得到相 似的药理活 性。通过药物设计可以得到新的化学实体或类似物。
如 N-甲基四氢吡啶甲酸甲酯， 3位是脂肪链状化合物，具有抗炎 活性。它的3位杂环状生物具有相同的抗炎活性.
2019/2/15
11
将组胺结构中的咪唑环分别用吡啶、吡唑、三唑环替代时， 生物活性没有改变，这四种含氮杂环互为生物电子等排体。
那么，插烯后的化合物表达为： A-BI=B2-EI=E2 减少双健及插烯规则后来被广泛用在会成上，在药物 设计中，常用来优化先导化合物。
当减少或插入一个及多个双键后，药物的构型、分子形状和性质发 生改变，可影响药物与受体的作用，进而对其生物活性产生影响。
2019/2/15 4
如胡椒碱是从民间验方得到的抗癫痫有效成分，全合成有 一定困难，经减少一个双键得到栓皮酰胺类的衍生物，合 成简单，而且增强了抗癫痫的活性。
2019/2/15
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药物设计基本原理和方法
❖ 主要内容： 先导化合物的发现 先导化合的优化
一、新药开发的两阶段
❖先导化合物的发现 （Lead Generation） ❖先导化合物优化
NCE
（Lead Optimization）
两者相辅相成
lead discovery
lead optimization
先导化合物Lead compound
❖ 经研究后发现是由于异烟肼具有 抑制单胺氧化酶的副作用，于是 以异烟肼为先导化合物，发展了 单胺氧化酶抑制剂类抗抑郁药， 异丙烟肼是其中一例。
CONHNH2
N 异 烟 肼 Iso n ia z id
C O N H N H C H (C H 3 )2
N 异 丙 烟 肼 Ip r o n ia z id
❖The structure of the lead compound is then modified by synthesis to amplify the desired activity and to minimize or eliminate the unwanted properties.
❖原型药物（Prototype Drug） ❖ 随之出现了大量的“Me-too”药物
A me-too drug is a compound that is structurally very similar to already known drugs, with only minor pharmacological differences.
二、先导化合物的发现
Approaches for lead discovery
1 改进和优化已有药物 2 筛选途径 3 利用自然界生物资源 4 合理药物设计
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Basic Principles of Drug Design
引言（Introduction）
设计和发现新药为创制新药提供基础研究是药物 化学的根本任务
安全性 有效性 稳定性 可控性
化学结构是 创制新药的 起始点、主要点
新药创制
药物分子设计 是新药创制 主要途径和手段
药物分子设计 （Molecular drug design）
药物分子设计是指通过科学的构思和理论的规划，构 建具有预期药理活性的新化学实体（new chemistry entities， NCE）的分子操作。
新药分子设计的四要素
（一） 药物作用靶点的确定 （二） 活性评价系统的建立 （三）先导化合物的发现 （四）先导化合物的优化
4.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，以此为先导物，得到一些重组蛋白。
二、组合化学
组合化学是近十年发展起来的化学合成的新方法，是 药物化学的一个重要组成部分。 组合化学是基于一系列组建模块（building block）， 可能发生不同的组合方式，从而可快速合成数目巨大 的化学实体，构建化合物库，配合高通量筛选（high throughput screening，HTS），在同一时间内合成 数目众多、用于生物评价的群集分子，如肽类、寡核 苷酸和非聚合型的有机化学分子。
p16
由于先导化合物存在着某些缺陷，如活性不 够高，化学结构不稳定，毒性较大，选择性
不好，药代动力学性质不合理等等，需要对
其进行化学修饰，进一步优化使之发展为高
效低毒的理想药物，这一过程称为先导化合
物的优化。
药物分子设计的策略基础
药物分子的多样性 药物分子的互补性 药物分子的相似性
第一节 发现
The lead compound is a prototype compound that has the desired biological or pharmacological activity , but may have many other undesirable characteristics, for example, high toxicity, other biological activities, insolubility, or metabolism problems. The structure of the lead compound is then modified by synthesis to amplify the desired activity and to minimize or eliminate the unwanted properties.
3
O O O
1
HO O H H CH3
7 6
O
H3C
美伐他汀Βιβλιοθήκη 洛伐他汀3.动物来源九肽替普罗肽（Teprotide,谷-色-脯-精-脯-谷亮-脯-脯）：来源于巴西毒蛇，以此为先导物， 发现了血管紧张素转化酶ACE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。
CH3 HS O N COOH
卡托普利
1、 1929年青霉素的发现
2、异丙肾上腺素：β -受体激动剂，结构改造，发现 β -受体阻断剂--普萘洛尔，
CH3 OH HO HO H N CH3 CH3 结构改造 O OH N H CH3
异丙肾上腺素
普萘洛尔
四、从药物代谢产物中发现 ( From Metabolites )
O 青蒿素
H H CH3 OCOCH2CH2COOH 青蒿琥酯
2.微生物来源
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A还原
酶抑制剂的Lead Compound。后开发了人工合 成的阿托伐他汀（No. 1）
HO O H3C H3C H O H O H CH3 H3C H3C
药理学范畴
药物化学内容
治疗药物的作用靶点
治疗药物的作用靶点总数483
DNA 2% 核受体 2% 离子通道 5% 未知 7% 激素和细胞因子 11% 酶 28% 受体 45%
17 MARCH 2000 VOL 287 SCIENCE, 1960
药物靶点
据估计人类基因组计划为我们提供了大量潜在 的蛋白质药物靶标，其中至少有1万个可以作 为寻找新药的靶标。
分子的多样性－先导化合物的
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 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；
紫杉醇：来自于红豆杉树皮，以此为先导
物，发现多西他赛等。
青蒿素系列
H H3C O O O H O H H CH3 CH3 H3C O O O H O H H CH3 OCH3 蒿甲醚 H CH3 H3C O O O H O H CH3
药物设计的两个阶段（p16)
先导化合物的发现（lead discovery） 先导化合物的优化（lead optimization） 又称原型物，是通过各种途径得到的具有一 定生理活性的化学物质。
※先导化合物（lead compound）简称先导物，
先导化合物
（Lead Compounds）
当导致疾病的病理过程中由某 个环节或靶点被抑制或切断，即达 到治疗的目的。所以靶点的选择是 新药的起点。但如何利用分子生物
学来发现诸如酶和受体等新靶点， 就显得十分重要。
药物设计方法
p16
以受体为靶点，可分别设计受体的激动剂 和拮抗剂 以酶为靶点，设计酶抑制剂
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）或阻断 剂（拮抗剂）。
经典合成法和组合化学法比较
组建模块与形成化合物数量间的关系
一个分子中连接的 模块数
模块总数为10个
模块总数为100个
3 4 5
103 104 105
106 108 1010
以代数级数增加组建模块的数目，所生成的化合物数 虽则成几何级数的增加。
组合化学和高通量筛选
三、通过随机机遇发现 (From Accidentally discover )