分 子 间 引 力
静 电 作 用
离子键
(ionic bond, ion-ion bond)
(electrostatic interaction)
指药物带正电荷的正离子与受体带负电的负离 子之间，因静电引力而产生的电性作用
偶极-偶极作用
(dipole-dipole interaction) (electrostatic interaction)
二、药物的理化性质对活性的影响 药物分布到作用部位并且在作用部位达到有效 浓度，是药物与受体结合的基本条件。 药代动力学性质(吸收、转运、分布、代谢、排 泄)会对药物在受体部位的浓度产生直接影响。 药代动力学性质由药物理化性质决定。 药物理化性质主要有
溶解度 分配系数 解离度 氧化还原势 热力学性质 光谱性质
3.药物分子的电荷分布对药效的影响
受体是大分子蛋白结构，其电荷分布不均，药物 分子亦之。 药物的电性性质使其与受体可产生电性结合，药 物的电荷密度分布正好与特定受体相匹配，会使药 物与受体相互接近，相互作用增加，药物与受体容 易形成复合物而增加活性。
4
抗菌药环丙沙星
斯帕沙星(活性增加16倍)
药物的能量最低构象称为优势构象 受体和酶的作用部位有高度立体专一性，受体会 发生构象变化，柔性药物分子也会呈现各种构象， 受体只能与药物多种构象中的一种结合，此时的 药物构象成为药效构象，只有能为受体识别并与 受体结构互补的构象。
构型、构象有何区别？ 优势构象=药效构象？
相同一种结构，因具有不同构象，可作用于 不同受体，产生不同性质的活性。
1.溶解度、分配系数对药效的影响
Corg
P=
Corg表示药物在生物非水相或正辛醇中的浓度 Cw表示药物在水相的浓度
Cw
脂水分配系数P即药物在有机相和水相中分配达到平 衡时的物质的量浓度Corg和Cw之比，常用其对数lgP 表示。 评价药物亲脂性或亲水性大小的标准 分配系数大，药物的脂溶性高，容易进入通过组织 和器官的膜进入到作用部位。 分配系数小，水溶性高，容易被输运，药物的分配 系数取决于它们的化学结构。
的两个鸟嘌 呤碱基N络 合，破坏了 核苷酸链上 的碱基配对， 使肿瘤细胞 DNA的复制 停止。
铂金属络合物 抗肿瘤药物
药物与受体往往是以多种键合方式结合，一般作 用部位越多，作用力越强而药物活性较好。
2.药物结构中的各官能团对药效的影响
当药物结构中不同的官能团的改变可使整个分子 的理化性质、电荷密度等发生变化，进而改变或影 响药物与受体的结合，影响药物在体内的吸收和转 运，最终影响药物的药效，有时会产生毒副作用。
解离型 非解离型
pH=pKa [HA]=[A-]
pH=pKa
[BH+]=[B]
pKa 即弱酸性或弱碱性药物在50% 解离时的溶液pH值。
2.酸碱性和解离度对药物的影响
弱酸性药物在酸性的胃(pH=1)中几乎不解离， 99%呈分子型，易在胃吸收（如巴比妥类和水 杨酸类）。 弱碱性药物在胃中几乎100%呈离子型，无 法· 吸收，易在肠道(pH=7-8)中吸收（如奎宁、 氨苯砜、地西泮和麻黄碱） 碱性极弱的药物（如咖啡因和茶碱）在胃中也 易吸收。 强碱性药物胍乙啶及完全离子化的季铵盐类和 磺酸类药物在胃肠道均不易吸收，更不会进入 神经系统。
只有特异性的优势构象才能产生最大活性： 构象不同，产生生物活性的的强弱不同。
倍他罗定的优势构象与吗啡的构象相同，其镇痛作用是阿法罗定的6倍。
等效构象：又称构象的等效性，指药物没有相同 的骨架，但有相同的药效团，并有相同的药理作 用和最广义的相似构象。 比较丁羟胺
酸和维甲酸 的分子长度， 形状和空间 走向，发现 二者具有相 似的药效构 象，故产生 相似的药理 作用，这种 根据全反式维甲酸的分子形状、长度和功能基的空间配置， 构象称为等 效构象。 设计了芳维酸、丁羟胺酸。
F N O C N C2 H5 诺氟沙星 COOH
HN
1.烃基 ： 引入烃基，可增加药物与受体的疏水结合，增加脂水分配系数 (一个CH2-lgP增加0.5)，还可增加位阻，从而增加药物代谢稳定性。 2.卤素 卤索是很强的吸电子基，可影响分子间的电荷分布，从而增强 与受体的电性结合作用。 3.羟基和巯基 引入羟基可增强与受体的结合力，增加水溶性，改变生物活性。 4.醚和硫醚 醚类化合物由于醚中的氧原子有孤对电子，能吸引质子，具有 亲水性，碳原子具有亲脂性，使醚类化合物易于通过生物膜。
0.72nm H H O H Z-己烯雌酚 H E-己烯雌酚 O 1.45nm H O 1.45nm O H
O
O 雌二醇
（2）几何异构对药效的影响
产生：由双键或环等刚性或半刚性系统导致 分子内旋转受到限制 几何异构体的理化性质和生理活性都有较大 的差异
顺式异构体抗精神病作用比反式强5-10倍
结构非特异性药物:
活性取决于药物分子的各种理化性质 药物作用与化学结构关系不密切 药物结构有所改变，活性并无大的变化
结构特异性药物:
靶点是不同的受体(蛋白、酶)，所以生物活性主要 与药物结构与受体间的相互作用有关 活性与化学结构的关系密切 药物化学结构稍加变化，药物分子与受体的相互作 用和相互匹配也发生变化，从而影响药效学性质。
S-氯胺酮具有麻醉作用 R-异构体产生噩梦的幻觉副作用
两个对映异构体产生 相同和相等的生物活 性和强度（氯喹）
（3） 对映异构对活性的影响
两种对映异构体产生相反的作用（多巴酚丁 胺）
多巴酚丁胺的左旋体可以激动α1受体，产生血管收缩副作用 其右旋体却拮抗α1受体
（4）构象异构体对活性的影响
药物化学
第三章 药物的结构和生物活性
Structure- Activity Relationships of Drugs
本章主要内容
第一节 药物的结构与活性的关系 影响药物到达作用部位的因素 药物-受体的相互作用对药效的影响 第二节 定量构效关系 第三节 计算机辅助药物设计 CADD
1.药物和受体之间主要的相互键合作用
不可逆结合：共价键
药物与受体的结合方式主要分为可逆和不可逆两种。
可逆结合：非共价键
离子键 氢键 离子-偶极键及偶极-偶极键(定向力) 范德华力(色散力)
疏水键
电荷转移复合物 金属离子络合物
1.药物和受体之间主要的相互键合作用
药物作用的三个重要相
给药剂量 剂型崩解药物溶出
可被吸收的药物
药剂相
药物利用度
吸收、转运、分布、代谢、排 泄 药代动力相
可产生作用的药物
生物利用度
药物与靶点相互作用 效应
药效相
§ 1. 药物的结构与活性的关系
Structure- Activity Relationships of Drugs
一、影响药物活性的主要因素
2.酸碱性和解离度对药物的影响
很多药物是弱有机酸和弱有机碱，这些药物在体液中 可部分解离 解离形式存在[离子型，水溶性的]——易于转运 非解离形式[分子型，脂溶性的]——易于吸收 解离度由化合物解离常数pKa和溶液介质的pH决定 药物发挥作用应有适当的解离度 药物的解离度增加，会使药物的离子浓度上升，未 解离的分子型减少，可减少在亲脂性组织中的吸收 离解度过小，离子浓度下降，也不利于药物的转运 预测药物离子化程度
当药物分子中存在电负性的Ｎ、O、S等原子时， 由于这些原子的诱导。是分子中的电荷分布不均 匀，形成偶极。该偶极和另一个偶极产生相互静 电作用，则称为偶极-偶极键。
范德华力
(Van der Waals force, VDW)
指一个原子的原子核对另一个原子的外围电子的吸 引作用，非极性分子中电子运动产生的暂时偶极间 的极弱引力，也称为色散力。
作用类型 共价键 范德华力 疏水键 氢键 离子键 离子-偶极键 偶极-偶极 诱导偶极 键能(KJ/mol) 有效半径(nm) 140-800 0.3-1.9 3.4 4-30 20-40 ~2 0.5 ＜0.5 键长 0.2-0.4 0.2-0.4 0.25-0.35 0.5-1.0 0.5-1.0 0.2-0.4 ~0.5
(Hydrogen bond)
药物与水形成氢 键，可增加药物 的水溶解度。 当药物分子内或 分子间形成氢键 时，则在水中的 溶解度减小，而 在非极性溶剂中 的溶解度增加。
电荷转移复合物：又称电荷迁移复合物，是电子相 对丰富的分子与电子相对缺乏的分子间通过电荷转 移而形成的复合物。形成复合物的键既不同于离子 键，也不同于共价键，键能较低。 金属离子络合物：是由电荷密度低的金属离子和电 荷密度高的配体组成。 体内与DNA
大多数药物属于结构特异性药物，是药物研究 的重点。
药效团
早期：在相同作用类型的药物中可发现化学结构相 同的部分-药效团 广义：指药物与受体结合时，在三维空间上具有相 同的疏水性、电性和立体性质，具有相似的构象
决定药物发挥药效的两个决定因素：
药物在作用部位 达到有效浓度 药物与受体的 作用强度（亲和力） 影响药物到达作用部 位的因素(理化性质) 药物-受体间相互作用 的影响
5.磺酸、羧酸、酯 磺酸基的引入对活性影响不大，增加药物的亲水性和溶解度。 羧酸的水溶性和解离度均比磺酸基小，成盐可增加水溶性。 羧酸成酯可增大脂溶性，易被吸收和转运。酯类药物常为延 长作用时间而设计前药。 6.氨基和酰胺： 在构成受体或酶的蛋白质和多肽结构中含有大量的酰胺键， 因此含氨基和酰胺的药物易与生物大分子形成氢键，易与受体结 合。伯胺活性较高，仲胺次之，叔胺最低。 季铵类化合物由于极 性大，不易通过细胞膜和血脑屏障，引入季铵基可降低中枢神经 副作用。
解离度对药物活性的影响
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三、药物和受体间的相互作用对药效的影响