药物化学 第三章 化学结构与药物代谢

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• 生成环氧化物中间体 • 中间体的反应性较小 • 不与生物大分子结合 • 进一步代谢生成反式二醇化合物
• 酶可以按照它们催化的反应类型分为六 大类:脱氢酶、转移酶、水解酶、裂解 酶、异构酶和合成酶。
(二)饱和碳原子的氧化
1.含脂环和非脂环结构的药物的氧化
烷烃类药物主要为羟基化,再进行ω-氧化及ω-1氧化。 --如丙戊酸钠代谢,地西泮代谢为活性替马西泮,再N- 脱甲基为奥沙西泮。 --降血糖药甲苯磺丁脲先生成苄醇,再形成羧酸。 含脂环结构的药物易在环上羟基化
代谢的意义
• 能把外源性的物质(Xenobiolic),进行化学 处理
–包括药物和毒物 –失活,并使排出体外
• 在长期的进化过程中,机体发展出一定的自我 保护能力 –避免机体受到毒物的伤害
代谢反应的分类
• 官能团化反应
–第I相反应(Phase I)
• 结合反应
–第Ⅱ相反应(Phase Ⅱ)
官能团化反应
药物代谢
• 有较大的甚至决定性的影响
–药物的作用、副作用、毒性 –给药剂量,给药方式,药物作用的时间 –药物的相互作用等
第二节 药物代谢的酶
一、细胞色素P-450酶系(CYPs)
--主要的药物代谢酶系 –其催化的总反应是:
–存在于肝脏及其它肝脏外组织的内质网中 –主要是通过活化分子氧,是其中一个氧原子和有机物 分子结合,同时将另一个氧原子还原成水,从而在有 机药物的分子中引入氧。
• CYP-450属于体内的氧化还原酶系,除了催化上 述氧化反应外,还能将含重氮和硝基的药物还原 成芳香伯胺。
• CYP-450是一组酶的总称,由许多同工酶和亚型 酶组成。
二、还原酶系
• 主要是催化药物在体内进行还原反应(包括得到电子, 加氢反应,脱氧反应)的酶系,通常是使药物结构中 的羰基转变为羟基,将含氮化合物还原成胺类,便于 进入第II相的结合反应而排出体外。 • 另一个重要的酶系是醛酮还原酶。一方面催化醛、酮 还原成醇,另一方面也会使醇脱氢生成醛、酮。
醋磺己脲
自由基,因其能够引发许多疾病和加速衰 老而“臭名远扬”。那么何谓自由基?简 单的说,就是在我们这个由原子组成的世 界中,有一个特别的法则,只要有两个以 上的原子组合在一起,它的外围电子就一 定要配对,如果不配对,它们就要去寻找 另一个电子,使自己变成稳定的元素。
科学家们把这种有着不成对的电子的原子或分子叫 做自由基。 当一个稳定的原子的原有结构被外力 打破,而导致这个原子缺少了一个电子时,自由基 就产生了。它非常活跃,强烈的渴望寻找到能够与 自己结合的另一个电子,有时甚至去抢别人的电子 ,也就容易与其他物质发生化学反应。当它与其他 物质结合的过程中得到或失去一个电子时,就会恢 复平衡,变成稳定结构。这种电子得失的活动是自 由基让细胞失去正常的生理功能,从而导致疾病的 产生根本原因。
(二)饱和碳原子的氧化
1.含脂环和非脂环结构的药物的氧化
烷烃类药物主要为羟基化,再进行ω-氧化及ω-1氧化。 --如丙戊酸钠代谢,地西泮代谢为活性替马西泮,再N- 脱甲基为奥沙西泮。 --降血糖药甲苯磺丁脲先生成苄醇,再形成羧酸。 含脂环结构的药物易在环上羟基化
醋磺己脲
2.和SP2碳原子相邻碳原子的氧化
1. N-脱烷基化和脱氨反应
• 与氮原子相连的烷基氮原子应有氢原子,该氢原子被氧化 成羟基,生成的羟基胺是不稳定的中间体,会发生自动裂 解。 • 生成相应的伯胺和仲胺
• 叔胺脱烷基的速度较快
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利多卡因氧化常得到脱一个烃基的代谢物再脱一个烃基就较困难
2. N-氧化反应
• 含α-氢的药物
--与氮相连的烃基碳上的α-氢被氧化成羟基 --生成的α-羟基胺不稳定,裂解成脱烃基的胺和无氨 基的羰基化合物 --发生碳-氮键断裂
研究表明,自由基是肝脏疾病一个重要因素。动物实验证 实,毒性物质可引起体内自由基明显升高,肝内自由基过 氧物明显增多,肝细胞大量坏死,血清谷丙转氨酶含量增 加,因此,肝性疾病发生与肝脏内自由基或自由基过氧物 对肝细胞损伤有关。肝脏是体内最大分泌器官,参与食物 消,另外,肝脏又是一个解毒器官,许多有害物质,包括 药物,学物质等,都要在肝脏内转成对体害物质,这个过 程中会产生大量自由基,当自由基产生超过清除能力时, 就会出现肝脏疾病。自由基极易与膜蛋白、酶蛋白结合, 降低细胞中抗氧物和蛋白含量,使细胞器中酶性及膜功能 降低,影响物质在肝脏中代谢。毒性物质在肝脏内直接转 为高度反应活性自由基,后者极易与膜不饱和脂肪酸结合 ,破坏肝细胞结构,导致肝细胞坏死,肝功能降低,血清 中出现肝细胞内某些酶
• 进行氧化、还原、水解等化学反应
–在酶的催化下
• 使产生极性较大的官能团
–如羟基、羧基、氨基和巯基等
• 代谢产物的极性增大 • 利于结合反应
结合反应
• 与内源性的小分子结合
–药物或代谢产物的极性基团 –在酶的作用下 –葡萄糖醛酸、硫酸盐、某些氨基酸,等 –以酯、酰胺或苷的方式
• 结合物都有极好的水溶性 • 可通过肾脏经尿排出体外
科学家们发现损害人体健康的自由基几乎都与那 些活性较强的含氧物质有关,他们把与这些物质 相结合的自由基叫作活性氧自由基。活性氧自由 基对人体的损害实际上是一种氧化过程。因此, 要降低自由基的损害,就要从抗氧化做起。既然 自由基不仅存在于人体内,也来自于人体外,那 么,降低自由基危害的途径也有两条:一是,利 用内源性自由基清除系统清除体内多余自由基; 二是发掘外源性抗氧化剂——自由基清除剂,阻 断自由基对人体的入侵。
一般情况下,每个人的身体内都免不了会产生自由 基,因为人体要新陈代谢,身体每时每刻都从里到 外的运动,每一瞬间都在燃烧着能量,而负责传递 能量的搬运工就是自由基。当这些帮助能量转换的 自由基被封闭在细胞里时,它们对生命是无害的。 而且人体内有一套抗氧化的免疫系统与物质可以消 除自由基,借助充足的营养,这套系统可以维持正 常运转。但如果自由基的活动失去“控制”,超过 一定的量,生命的正常秩序就会被破坏,疾病可能 就会随之而来。 自由基对细胞和组织的损伤是其 致病的基础,由于人体是由各种各样不同功能的细 胞组成,因而自由基对不同细胞的损伤可导致表面 看起来毫无关联的疾病。
大量研究已经证实,人体内本身就具有清除多余自 由基的能力,这主要是靠内源性自由基清除系统, 它包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶、谷 胱甘肽过氧化物酶等一些酶和维生素C、维生素E 、还原型谷胱甘肽、β-胡萝卜素和硒等一些抗氧化 剂。酶类物质可以使体内的活性氧自由基变为活性 较低的物质,从而削弱它们对肌体的攻击力。酶的 防御作用仅限于细胞内,而抗氧化剂有些作用于细 胞膜,有些则是在细胞外就可起到防御作用。这些 物质就深藏于我们体内,只要保持它们的量和活力 它们就会发挥清除多余自由基的能力,使我们体内 的自由基保持平衡。
第三章 化学结构与药物代谢
Chemical Structure and Metabolism
第一节 概述
• 药物代谢定义: 指在酶的作用下将药物(通常
是非极性分子)转变为极性分子,再通过人体的 正常系统排除体外。
• 药物的生物转化(Drug Biotransformation) • 转化在体内酶的作用下进行
如:当产生自由基大于清除自由基时候,就会攻击细 胞:当自由基攻击细胞膜时,就会引起心血管疾病,使 不饱和脂肪酸变成饱和脂肪酸,使得细胞不能从外部吸 收营养,也排泄不出细胞内的代谢废物,并丧失了对 细菌和病毒的抵御能力;当自由基攻击细胞质时,就 会产生多种炎症,导致细胞衰老;当自由基攻击细胞 核时会攻击正在复制中的基因,甚至会破坏细胞内的 DNA,加速人体的衰老,并导致癌症的产生。自由基 导致衰老的加速,衰老又使得人体在“控制”自由基 方面的功能减弱,自由基和衰老使得人体的健康陷入 了一个恶性循环;
难水解,水解速度较慢,因此大部分酰胺类药物是以
原型从尿中排除。
第三节
第Ⅰ相的生物转化
• 是官能团化反应,是在体内多种酶系的催化下,
对药物分子引入新的官能团或改变原有的官能
团的过程。
一、氧化反应
• 包括失去电子、氧化反应、脱氢反应等;
• 碳原子上形成羟基或羧基;
• 氮、氧、硫原子上脱烃基或生成氮氧化物、硫
氧化物;
• 药物代谢中最常见的反应;
–大多数药物都可能被氧化
(一)芳环及碳-碳不饱和键的氧化
1. 含芳环药物的代谢
• 主要是在CYP-450酶系催化下进行。
• 引入羟基,得相应的酚类,发生在芳环的对位。
芳环氧化的历程
芳环取代基的影响
• 有吸电子取代基,羟基化反应就不易 发生
–芳环的电子云密度减小 –如含羧基的丙磺舒的苯环不被氧化
自由基可以引发冠心病。冠状动脉硬性心脏病是 由冠状动脉粥样硬引起一种心脏病,简称冠心病 。研究表明,动脉粥样硬患者血浆中脂质过氧物 含量增加,与胆固醇和甘油三脂含量呈正相关。 这些都证明动脉粥样硬发生发展某些特定病理过 程和环节与脂质过氧损伤有关,而脂过氧则由自 由基所引发。一方面,自由基和脂质过氧物可引 起血管内皮细胞肿胀和破损,从而导致动脉硬发 生。另一方面,低密度脂蛋白受到自由基作用, 形成过氧低密度脂蛋白,大量沉积于血管内皮细 胞,最终形成动脉粥样硬。此外,过氧低密度脂 蛋白可以吸引血小板聚集,促使自由基大量产生 ,从而加速动脉粥样硬发展。
• 两个芳环存在,反应多发生在电子云 密度较大的芳环上
–地西泮(Diazepam)的氧化代谢发生在5 位的苯环上,得4-OH-地西泮 –不发生在含氯取代的并合的苯环上
环氧化物与毒性
• 亲电反应性活泼的代谢中间体
• 可与DNA、RNA的亲核基团以共价键结合
• 对机体产生毒性
2.含烯烃和炔烃药物的代谢
• 无α-氢的药物
--不发生氧化脱烃反应和脱氨基反应 --氧化代谢生成羟基胺、亚硝基或硝基化合物
(四)含氧化合物的氧化
• 1.醚类:氧化O-脱烷基化生成醇、酚及羰基 等。如镇咳药可待因脱甲基后生成吗啡产生成 瘾性。吲哚美辛脱甲基失活。
• 2.醇类:氧化为醛、酮,醛再氧化为酸.
• 3.酮类:还原为醇,有时产生光学异构体.
苄位碳易氧化
烯丙位和羰位的α-碳基易被氧化
喷他百度文库新的氧化代谢
3.其他结构 • 非芳香杂环化合物通常是在和杂原子相邻的碳原 子上发生氧化,先生成羟基化合物,进而会进一 步氧化生成羰基化合物。
(三)含氮化合物的氧化
• 主要发生在两个部位:
--在和氮原子相连接的碳原子上发生N-脱烷基化和脱氮反
应 -- N-氧化反应
三、过氧化物酶和其它单加氧酶
• 以过氧化物作为氧的来源,在酶的作用下进行电 子转移,通常是对杂原子进行氧化和1.4-二氢吡啶
的芳构化。
• 其他的过氧化酶还有前列腺素-内过氧化物合成酶,
过氧化氢酶及髓过氧物酶。
四、水解酶
• 主要参与羧酸酯和酰胺类药物的代谢,这些非特定的 水解酶大多数存在于血浆、肝、肾和肠中,因此大部 分酯和酰胺类药物在这些部位发生水解。 • 包括酯酶,胆碱酯酶及许多丝氨酸內肽酯酶。 • 通常酰胺类化合物比脂类化合物比脂类化合物稳定而
(六)醇和醛的氧化
• 含醇羟基药物在体内醇脱氢酶的催化下,脱氢氧 化得到相应的羰基化合物; • 大部分伯醇在体内很容易被氧化生成醛,但醛不 稳定,在体内醛脱氢酶等酶的催化下进一步氧化 生成羧酸; • 仲醇的一部分可被氧化成酮,也有不少仲醇不经 氧化而和叔醇一样经结合反应后直接排出体外。
(五)含硫化合物的氧化
1. 硫醚的S-脱烷基:如6-甲基巯嘌呤脱甲基得6 -巯基嘌呤。 2. 硫醚的S-氧化反应:氧化为亚砜和砜,如阿苯 达唑代谢活化为亚砜化合物。
3. 含硫羰基化合物的氧化脱硫代谢:如塞替哌体内 脱硫代谢活化生成替哌,硫喷妥氧化脱硫成戊巴 比妥。
4. 亚砜类药物的代谢:氧化为砜或还原为硫醚,如 舒林酸代谢活化为硫醚化合物后发挥作用。氧化 为砜则无活性。
自由基侵蚀眼睛晶状体组织会引起白内障。研 究发现,老年人易患白内障与体抗自由基能力降 低有关,老年性白内障患者眼液(包括眼水和玻 璃状体液)中自由基比正人要高2-3倍。检查发现 ,自由基过氧产物在白内障患者眼液中明显升高 ,而且褐色白内障比黄色白内障含量高,说明自 由基或自由基过氧物在白内障形成过程中,具有 重要作用。 自由基侵蚀胰脏细胞引起糖尿病。糖尿病的病因 是由于胰脏分泌胰岛素绝对或相对不足,导致糖 、脂肪、蛋白质代谢和水,解质紊乱,出现血糖 升高,尿糖阳性。糖尿病临床表现为“三多一少 ”,即多饮、多食、多尿和体重减轻。
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