第四章 先導化合物的發(fā)現(xiàn).ppt

1、MedicinalChemistry而具有酶的變構控制作用的天然化合物可作為設計非競爭性抑制劑的先導化合物,自然來源的利與弊,利：自然界通過進化選擇了具有藥理活性的化學物質，因此尋找能夠產(chǎn)生先導化合物的自然提取物比尋找隨意合成的化合物更具有可能性；,自然來源的利與弊,弊：提取、分離、純化、鑒定過程很長；結構復雜很難被合成，必須依靠自然來源供給；合成很難也意味著開發(fā)先導化合物時，人們會局限于制備大量容易合成類似物中。,先導化合物的合成來源,合成：合成的化合物可以被證實是有用的先導化合物，無論它們是否以合成藥物為目的。化合物數(shù)據(jù)庫：制藥公司歷年合成出的新化合物儲備起來，可供用于對新靶點測試的先導化

2、合物。組合合成：組合合成是指用固相合成技術進行化合物的自動和半自動合成。,合成,許多結構可能已經(jīng)在與藥物化學無關的研究課題中被合成出來，但它們?nèi)匀皇菨撛诘南葘Щ衔?。如：百浪多?鹽酸二氨基偶氮苯)是作為一種偶氮染料被生產(chǎn)的，但它卻是開發(fā)磺胺類藥物的先導化合物(氨基-4-苯基磺胺).,化合物數(shù)據(jù)庫,作為繪制人類和其他生物DNA基因組項目的結果，制藥公司會不斷提出潛在的新靶點。化合物數(shù)據(jù)庫的好處是：它們是一種能夠快速測試新靶點的可利用結構的來源；化合物數(shù)據(jù)庫的弊端是：制藥公司的化合物缺乏結構的多樣性，多是一種先導化合物的衍生物。,藥效團和亞結構研究,制藥公司面對兩種情況：一是新靶點，二是已經(jīng)有幾

3、種藥物的已確定靶點，后者更常見。如果發(fā)現(xiàn)了一種新型的結構，它將會使制藥公司避免已存在專利限制。藥效團是指這些基團的三維位置，并能夠通過計算機查找數(shù)據(jù)庫內(nèi)已知化合物看它們是否含有相同的藥效團。如果結構不同，且測試有活性，就可能成為新型先導化合物。,必須強調(diào)的是：這種搜索方法是否會成功不能保證?？赡馨l(fā)現(xiàn)化合物具有恰當?shù)乃幮Щ鶊F，但卻與靶點結合無力。原因：分子骨架本身可能抑制了化合物適合靶點的結合位點。,構效關系研究,為研究藥物構效關系（SAR）和尋找得到活性和低不良反應的化合物，需要制備先導化合物的合成類似物。其構效關系研究為進一步分子修飾和藥物開發(fā)奠定基礎。,組合合成,常規(guī)合成方法，化合物是一個

4、一個被合成的，通過合成盡可能多的化合物增加發(fā)現(xiàn)先導化合物的概率，工作量非常大；組合合成由于是以小規(guī)模的自動化合成，因此一個化學家在一個月內(nèi)研究出比一個研究組在一年內(nèi)更多的化合物。組合化學,組合化學,組合化學1993年首次出現(xiàn)在科學論文中。組合化學將傳統(tǒng)的溶液有機合成、固相有機合成、生物化學、計算機和自動化技術融和在一起，發(fā)展成了一種嶄新的學科與技術。該技術可以將難以想像數(shù)以百萬計的數(shù)目的化合物用樣品庫的形式合成出來并加以篩選，在短時間里檢測出具有高活性的化合物。,組合化學出現(xiàn)的背景,新藥的研發(fā)多樣性樣品庫高特異高靈敏篩選方法,新藥的研發(fā),傳統(tǒng)的新藥開發(fā)需要大量化合物，從中篩選出具有某種活性的先

5、導化合物。先導化合物的來源（天然和合成）一般，在把一種新藥推向市場之前，需要實驗25000種化合物。一個優(yōu)選的化學家一年能合成50100個新化合物，每個化合物需耗資1000美元。,新藥的開發(fā)成本動輒10億美元。盡管許多制藥公司和知名的有機化學實驗室保存大量有機化合物，新的化合物也不斷出現(xiàn)，但可供篩選的化合物數(shù)目仍是有限的。因此，迫切需要一種方法能快速“繁殖”化合物，而不是逐個的去合成和分析它們；此外，還需要提高篩選效率和成功率。,多樣性樣品庫,在高分子樹脂微球上進行的固相合成法為組合化學打下了基礎。,高特異高靈敏篩選方法,現(xiàn)代生物技術的進步使得被測物需要的量大大減少；抗體的特異性也大大降低對化

6、合物純度的要求。,化學家的興趣普遍在于將結構復雜的化合物合成出來，精力集中在嚴格控制在反應路線、立體化學和區(qū)域選擇性上；組合化學的哲學是：與其花費人力物力去制備不具活性的高純度化合物，還不如去獲得候選結構上的多樣性。,組合化學研發(fā)新藥,在組合化學中，化學家采用精心選擇或設計的結構單元，制備大量的相關化合物；用高靈敏度的生化方法進行評價和篩選，選出活性最高的化合物；然后再合成一定量的這個化合物，進行結構鑒定和常規(guī)藥理實驗；因此不必逐個地合成和鑒定化合物，達到高效率的目標。,研究階段,一、分子多樣性樣品庫的合成二、群集篩選三、樣品庫解碼,一、分子多樣性樣品庫的合成,包括設計模板分子、優(yōu)化合成方法和

7、條件選定結構單元、確定樣品庫的容量、化合物的切落和再生、質量監(jiān)控過程自動化等；,二、群集篩選,確定固相或液相篩選方法，即合成產(chǎn)物是掛在樹脂上還是切落于溶液中進行篩選，選擇篩選模型，例如細胞功能性篩選，受體、抗體基因表達蛋白篩選；采用的指示方法，如染料染色、熒光標記、同位素標記以及自動化篩選等；,三、樣品庫解碼,具體化合物的定位技術，即將具有活性的化合物確定出來。,組合化學的操作方法,平行合成方法parallelsynthesis分開混和方法spilt-mixsynthesis生物合成方法,平行合成方法,分開混和法,計算機輔助藥物設計,計算機在藥物設計過程中的重要作用：結構分析、結構比較、先導化

8、合物設計、確定化合物的活性構象和藥效團、組合化學庫的設計、確定蛋白質及其鍵合部位的結構、研究契合物的鍵合情況、進行定量構效關系研究和三維定量構效關系研究等。,蛋白質的結構,蛋白質的分離純化：通常蛋白質的濃度是很低的，基因工程使得細胞產(chǎn)生大量的蛋白質，后續(xù)提純變得比過去十分容易。蛋白質的結構鑒定：蛋白質測序儀測一級結構，X-射線結晶法測二級和三級結構。并不是所有的蛋白質都能結晶，這時采用其同源蛋白的結構進行分子模建。如人類的G-蛋白偶聯(lián)受體是由細菌的G-蛋白偶聯(lián)受體結構為模板建立的。,鍵合部位的研究,通常情況下，通過X-晶體衍射測得酶和受體的結構并不能給出它們與藥物的鍵合部位信息；通常采取的措施

9、是選擇一個合適契合物與蛋白鍵合（通常選擇拮抗劑和抑制劑，因為鍵合力較強），然后將復合物結晶出來，X-晶體衍射測試復合物的結構及其鍵合部位。,接下來輸入計算機復合物的結構信息，用分子模擬軟件研究契合物與蛋白質的鍵合方式（藥效團研究）：只顯示蛋白質的鍵合部位和契合物分子結構，測定契合物原子同與之最近的鍵合部位的原子距離和化學知識來判斷有無鍵合反應；進一步研究有無未被契合的空穴存在，若有則通過研究其殘基和肽鍵結構來決定如何反過來指導修飾契合物的結構（如有疏水腔則通過增加契合物的烷基取代基來增加新的契合）。,再下面，移開契合物，將可能的藥物分子與蛋白質的契合部位進行“對接”，觀察是否有有效的鍵合反應發(fā)生；由于許多重要原子的相對位置的確定不是一件容易的事情（如契合部位形狀的改變，單鍵的旋轉），對接過程十分復雜。,denovo藥物設計,denovo藥物設計：完全依靠契合物和靶分子之間鍵合部位的結構進行的新藥設計。契合較好但無活性的失敗原因：1晶體學誤差；2分子的柔性,設計實例,抗流感病毒藥物的設計基于唾液酸