Вопрос 8 Связь «структура-биологическая активность». Фармакофор. Примеры фармакофоров.

Фармакофор — это молекулярный остов, который несет (фор) существенные признаки, ответственные за биологическую активность лекарства (фармако) (Ehrlich Dtsch. Chem. Ges. 1909, 42: p.17).

В 1977 г. это определение было модифицировано Питером Гундом (Peter Gund):

Фармакофор — это набор структурных признаков в молекуле, которые распознаются биологическими рецепторами и являются ответственными за биологическую активность молекулы (Gund. Prog. Mol. Subcell. Biol. 1977, 5: pp 117—143).

Фармакофор — это набор пространственных и электронных признаков, необходимых для обеспечения оптимальных супрамолекулярных взаимодействий со специфической биологической мишенью, которые могут вызывать (или блокировать) ее биологический ответ.

Под фармакофорными признаками обычно понимаются фармакофорные центры и интервалы расстояний между ними, необходимые для проявления данного типа биологической активности. Типичными фармакофорными центрами при этом являются: гидрофобные области, ароматические кольца, доноры и акцепторы водородной связи, анионные и катионные центры. Для более детального описания фармакофора часто используют гидрофобные и исключенные объемы, а также допустимые интервалы угловой ориентации векторов водородных связей и плоскостей ароматических колец. При фармакофорном поиске проводится поиск соответствия между описанием фармакофора и характеристиками молекул из базы данных, находящихся в допустимых конформациях. Связь структура-биоактивность Химическое и пространственное строение вещества определяет наличие у него биоактивности. Однако ее уровень (эффективность действия) может в значительной степени зависеть от разнообразных факторов. Большинство лекарственных веществ должно обладать хорошей водорастворимостью, т.к. они переносятся в организме главным образом кровяным током, что благоприятствует созданию концентрации, достаточной для проявления фармакологического действия. Многие лекарственные вещества должны иметь хорошую липофильность и обладать способностью проникать через клеточные полупроницаемые мембраны, чтобы влиять на биохимические процессы мета- болизма. Препараты, действующие на центральную нервную систему должны свободно переходить из крови в спинномозговую жидкость и мозг, т.е. преодолевать гемато-энцефалический барьер, который защищает мозговые функции от чужеродных веществ. Другим барьером для проникновения лекарственных веществ из крови к тканям органа-мишени является стенка капилляров. Для большинства лекарственных веществ не очень высокой молекулярной массы этот барьер преодолим. Существует еще один барьер - плацентарный, отделяющий организм матери от плода. Он обычно легко проницаем для лекарственных веществ, поэтому отбор препаратов, предназначаемых беременным женщинам чрезвычайно строг. В целом лекарственная молекула кроме основной фармакофорной группировки, непосредственно отвечающей за терапевтический эффект, должна содержать гидрофильные и/или липофильные фрагменты (быть сбалансирована по ним), чтобы осуществлялся ее нормальный перенос к соответствующей системе организма. При конструировании лекарственного препарата стараются учитывать приведенные выше факторы, вводя соответствующие химические группировки в потенциальное лекарственное вещество. Так, введение в структуру фенольных группировок, карбоксильных или сульфогрупп, основного или аммонийного атома азота (четвертичная соль) улучшает водорастворимость органической молекулы лекарственного вещества, изменяет ее основность или кислотность, усиливает, как правило, ее биодействие. Наличие н-алкильных цепей, их удлинение, а также введение галогенов, наоборот, повышает липофильность лекарственных веществ (растворимость в жировых тканях, которые могут служит лекарственным депо) и их прохождение через биомембраны. Разветвленные алкильные заместители и присутствие атомов галогенов затрудняет метаболизм (в частности биоокисление) лекарственных веществ. Циклоалкильные группировки улучшают связываемость с биорецептором за счет ван-дер-ваальсовых сил. Использование лекарственных веществ с биоактивной спиртовой или карбоксильной группами в виде их сложных или простых эфиров изменяет полярность молекулы лекарственного вещества, улучшает профиль фармакологической активности и замедляет биодекарбоксилирование. Биологические системы при действии на них синтетических лекарственных веществ часто не делают различия между веществами, в которых вместо, например, бензольного кольца присутствует пиридиновое, вместо фуранового - пиррольное или тиофеновое, т.е. замена одного плоского ядра на другое не сказывается существенным образом на полезном биодействии. Поэтому подобные замены могут составлять часть стратегии при дизайне синтетических лекарственных веществ для изменения полярности молекулы, введения различных заместителей в ароматическое кольцо (эта задача облегчается в случае замены бензольного ядра на -избыточный гетероцикл), в целях усиления взаимодействия лекарственного вещества со специфическим рецептором и улучшения фармакологической картины действия препарата. Однако следует иметь в виду возможность изменения и стабильности лекарственного вещества.. К настоящему времени выявлен целый ряд фармакофорных групп, введение которых в молекулу потенциального лекарственного вещества "прививает" ему нужную биоактивность. Например, наличие фенольной группировки может обеспечивать антисептические свойства веществу (см. раздел 4.3.). Введение карбамидной функции способствует проявлению снотворного эффекта (см. раздел 5.4.6.