药物设计

序论

• 药物设计（Drug design）就是药物的发现过程，其研究的内容是药物发现的中心环节----先导物的发现途径（衍生与优化）以及所涉及的理论、技术和方法。

1）药物研究的三个时期：发现阶段(Discover)、发展阶段(Develop)和设计阶段(Design)

• 2）发现新药的方法：经验积累偶然发现化学合成天然物提取综合筛选代谢启迪毒副作用的利用作用机制研究临床发现与老药新用• 药物发现，包括药物研究和开发过程，

• 研究过程分4个阶段：基础研究、可行性分析、项目研究和非临床开发。

• 开发过程主要指临床研究阶段。

• 各阶段的研究都会对上阶段结果质疑而更新设计、重复试验或终止试验，因此药物发现的全过程并非一定能发现药物。

• 新药研究的过程一、基础研究二、可行性分析

• 三、项目研究四、总体评价五、临床研究

• 新化学实体（New Chemical Entity, NCE）先导化合物（Lead Compounds）。

• 完成临床阶段后为“注册新药”（New Drug Application, NDA）。

• 5新药开发的流程

• 先导化合物发现及优化随机筛选候选化合物临床前实验临床实验市场

• 受体（receptor）是指生物体的细胞膜上或细胞内的一种特异性的大分子结构。包括酶、离子通道、抗原、核酸、糖类大分子、脂类等

• 配基（ligand）时能与受体产生特异性结合的生物活性物质，包括信息分子和药物。的受体-配基作用学说是药物设计的主要原理和方法，是理解受体功能和疾病病理学的基础。

• 合理药物设计（rational drug design）是依据生命科学研究中所揭示的包括受体、酶、离子通道、核酸等潜在的药物作用靶点（target, 受体），并参考其内源性配基或天然底物的化学结构特征来设计药物分子，从而发现选择性作用于靶点的新药。

• 1）合理药物设计分为直接设计和间接设计两种

• 直接药物设计：在已知靶物质三维结构的前提下，运用定向设计原理，根据靶物质的结构要求利用计算机图形学的研究，直接设计新药分子；

• 间接药物设计：在靶物质结构未知的情况下，利用药物分子与靶物质的互补性，探索一系列已知药物的三维结构与生物活性的定量关系，反推出靶物质的结构，从而设计新药

• 1）以受体为靶点的新药研究 !

•药物与受体结合才能产生药效，同时还必需具有高度的选择性和特异性，选择性要求药物对某种病理状态产生稳定的功效，特异性要求药物对疾病的某一种生理、生化过程有特定的作用.

• 孤儿受体（orphan receptor）,这类受体其编码基因与某一类受体超族成员的编码有同源性，但是目前在体内还没有发现其相应的配基。

• 逆向分子药理学（reverse molecular *****acology）

• 2）以酶/离子通道为靶点的新药研究• 3）以核酸为靶点的新药研究

• 将癌变基因作为药物作用靶，利用反义技术抑制癌细胞增殖。

• 以已知的抗肿瘤药为先导，以DNA为靶点设计出新的抗肿瘤药物

• 反义技术：用人工合成的或天然存在的寡核苷酸片断，以碱基互补方式结合目标基因或mRNA特定序列，从而有效的抑制或封闭靶细胞的表达，达到抑制癌细胞的增殖的目的

• 1）组合化学• 将一些称之为构建模块的基本分子（如氨基酸、核苷酸、单糖及化学小分子）通过化学或生物合成的手段，将它们系统的装配成不同的组合，由此得到大量的具有结构多样性特征的分子，从而建立化学分子库的方法。组合化学的特点：

• 可以在较短的时间内合成出大量的不同结构的化合物

• 用组合化学合成的化合物比较完全

• 组合化学中应用固相有机合成方法可使构建数据库的操作实现仪器化、自动化。

• 1）高通量自动化药物筛选技术[简称高通量筛选（high throghpt screening）

• 3 反义药物的研究与开发

• 基因表达的调节一般是通过蛋白-核酸相互作用来实现的，也可通过核酸-核酸之间的相互作用。互补的核酸可抑制翻译，进而抑制蛋白质的合成，这就是反义方法。反义作用包括专一性和非专一性两种情况。

• 1）新药设计包括

• 类型演化

• 通过新的先导化合物（lead compound,or pattern compound）的寻求和发掘, 对各种模型化合物的结构刨析，确定显效化学结构或药效基团模型（*****acophore model）基本结构，进而获得全新结构的化合物。 BLN,P0o08

• 结构优化

• 设计先导物的同系物或类似物（又叫系列设计）。

• 类型演化为系列设计开辟新的设计条件和领域，系列设计则是类型演化的继续和发展，两者相辅相成• 1）系列设计是基于药物的定量构效关系研究，主要包括:

• 1 合成对象选择

• 2 合成

• 3 拟定将要测定的生物活性指标

• 4 化学结构因素选择

• 5 QRST方程的求得

• 6 活性预测与新合成对象的选定等过程。

• 开发新药的一般程序为：• 情报资料的调研和立题一处方和生产工艺研究一质量标准研究一稳定性研究一药效学研究一毒理学研究一临床资料的整理和报临床一临床研究一全部资料的整理和报生产一生产或技术转让。

第二章药物作用的生物学基础

蛋白质的一级结构（primary structure)主要是考虑肽链中氨基酸的种类和排列顺序蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。

主要有a-螺旋、b-折叠、b-转角。

• 1）在a-螺旋中肽平面的键长和键角一定；

• 肽键的原子排列呈反式构型；

• 相邻的肽平面构成两面角

• 多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm; u: 6k(t z

• 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。

• 蛋白质分子为右手a-螺旋。

• 2）b-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象

• 在b-折叠中，a-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm；

• b-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。

• b-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。

• 3）在b-转角部分，由四个氨基酸残基组成; -

• 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的–N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。

• 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。

• 蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。

• 4）蛋白质的四级结构(Quaternary Structure)是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位Subunit，它一般由一条肽链构成，无生理活性；维持亚基之间的化学键主要是疏水力。

• 由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；生物大分子的可变性• 类型• 实质 %

• 一级结构改变