Lektsia_1_2012_-st
.pdf
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии (ст)
ЛЕКЦИЯ 1-2
СОВРЕМЕННАЯ МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ОРИГИНАЛЬНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
Разработка концепции исследования, получение активных веществ
Доклинические
исследования
|
фаза I |
|
Клинические |
фаза II |
|
исследования |
||
фаза III |
||
|
Регистрация, начало производства, запуск фаза IV на рынок и реализация
|
|
|
|
|
|
КИ III |
Большая группа |
Безопасность и эффективность ЛС в |
|
|
|
пациентов (1-3 |
условиях приближенных к тем, в |
|
|
|
тыс.), разного |
которых оно будет использоваться, |
|
|
|
пола, возраста, с |
если будет разрешено к |
|
|
|
разной |
мелдицинскому применению. Часть |
|
|
|
сопутствующей |
пациентов получает стандартную |
|
|
|
патологией, |
терапию (или плацебо при |
|
|
|
двойные слепые, |
исследовании новых классов ЛС), а |
|
|
|
желательно МЦ |
часть экспериментальную |
|
|
|
исследования |
|
|
|
ПРИ |
Пациенты, |
Уточняется эффективность и |
|
|
|
принимающие |
безопасность в пределах |
|
|
|
данное ЛС |
показаний, в которых разрешено |
|
|
|
|
медицинское применение. |
|
|
|
|
Изменение сроков лечения и схем |
|
|
|
|
дозирования. Применение у новых |
|
|
|
|
возрастных групп. Экономическая |
|
|
|
|
активность применения. Результаты |
|
|
|
|
длительного применения ЛС |
|
|
|
|
|
|
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ ОРИГИНАЛЬНОГО ЛЕКАРСТВЕННОГО СРЕДСТВА
Имеется 10180 возможных биологически активных веществ, 1018 вероятных лекарственных препаратов, 107 известных соединений, 106 коммерчески доступных соединений, 106 соединений в базах данных фирм, 104 соединений в базах данных по лекарствам, 103 коммерческих лекарств и 102 коммерчески выгодных лекарств.
Weininger
Оригинальное ЛС - ЛС, которое отличается от всех ранее зарегистрированных ЛС
фармакологически активным веществом или комбинацией таких веществ.
|
|
|
|
|
|
Этап |
На ком исследуется |
Что исследуется |
|
|
ДКИ |
In vitro, культура |
Оценка токсичности и |
|
|
|
тканей, животные |
потенциальной мутагенности |
|
|
КИ I |
Группа здоровых |
Переносимость однократной |
|
|
|
добровольцев |
дозы, фармакокинетика, |
|
|
|
(обычно 12-20, до |
фармакодинамика и другие |
|
|
|
100) - молодые |
свойства, не имеющие |
|
|
|
мужчины |
отношения к специфическому |
|
|
|
|
фармакологическому действию |
|
|
КИ II |
Небольшая группа |
Оценка того, есть ли вообще |
|
|
|
пациентов (40-80) с |
польза от испытуемого вещества |
|
|
|
заболеванием, для |
при данном заболевании, |
|
|
|
лечения которого |
определение уровня |
|
|
|
предназначено |
терапевтической дозы, схемы |
|
|
|
данное ЛС |
дозирования и краткосрочной |
|
|
|
|
безопасности |
|
|
|
|
|
|
СХЕМА СОЗДАНИЯ НОВОГО ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА
ПОИСК СОЕДИНЕНИЯ-ЛИДЕРА
ОПТИМИЗАЦИЯ СОЕДИНЕНИЯ-ЛИДЕРА
УЛУЧШЕНИЕ ФАРМАКОКИНЕТИЧЕСКИХ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
2012
1
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии (ст)
ПРИМЕР СОЗДАНИЯ НОВОГО ЛС
Научно-исследовательская компания Hässle /подразделение компании Astra (Швеция)/ 
1. Литературный поиск
H2N
SN 
2.Уменьшение токсичности тиоамидной группы
NH
N
S
N
5.Создание омепразола
H3CO |
NH |
|
CH |
|
|
|
3 |
N |
S |
|
OCH3 |
|
O |
N |
CH3 |
|
|
|
|
H3CO |
NH |
|
CH |
|
|
|
3 |
N |
S |
|
OCH3 |
|
O |
N |
CH3 |
|
|
|
3. Создание структуры лидера
NH
N
S
ON 
4.Уменьшение хронической токсичности структуры-лидера
H3C |
|
|
H3COOC |
NH |
CH3 |
N |
S |
|
|
O |
N |
ПОНЯТИЕ СОЕДИНЕНИЯ-ЛИДЕРА
Соединение-лидер – вещество, которое представляет собой особый интерес в плане
его дальнейшего продвижения как возможного кандидата в ЛС.
«Правило пяти» (Правило Липински)
М < 500 |
|
|
1997 |
||
|
|
|
|
||
lgP < 5 |
|
|
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
H( +) < 5 |
|
|
|||
|
|
|
|
Christopher A. Lipinski |
|
O + N < 10 |
|||||
Pfizer Inc., USA |
|||||
Вещество |
lgP |
OH + NH |
M |
N + O |
Ацикловир |
-0,09 |
4 |
225,21 |
8 |
Каптоприл |
0,64 |
1 |
217,29 |
4 |
Циметидин |
0,82 |
3 |
252,34 |
6 |
Диазепам |
3,36 |
0 |
284,75 |
3 |
Дексаметазон |
1,85 |
3 |
392,47 |
5 |
Диклофенак |
3,99 |
2 |
296,15 |
3 |
Пироксикам |
0,00 |
2 |
331,35 |
7 |
Эритромицин |
-0,14 |
5 |
733,95 |
14 |
Циклоспорин |
-0,32 |
5 |
1202,64 |
23 |
|
|
|
|
|
Свойство |
Характеристика |
|
|
Активность |
Высокое сродство к мишени |
|
|
Селективность |
Низкое сродство к родственным |
|
|
|
мишеням |
|
|
Биология |
Проявление активности в |
|
|
|
клеточных пробах |
|
|
Структура |
Возможность получения аналогов |
|
|
Стабильность |
Химически стабильно |
|
|
Хиральность |
Индивидуальный энантиомер |
|
|
|
(для хиральных веществ) |
|
|
Патентный |
Ранее не запатентовано |
|
|
статус |
|
|
|
|
|
|
2012
2
Жерносек А.К. |
Лекции по фармацевтической химии (ст) |
||||
Свойство |
Характеристика |
СТРАТЕГИИ ПОИСКА СОЕДИНЕНИЯ- |
|||
Метаболизм |
Высокая метаболическая |
ЛИДЕРА |
|
||
|
стабильность in vitro |
|
ПОИСК СОЕДИНЕНИЯ-ЛИДЕРА |
||
Энзимология |
Не является потенциальным |
||||
|
ингибитором или индуктором |
|
|
||
|
ферментов |
|
ЭМПИРИЧЕСКИЙ |
РАЦИОНАЛЬНЫЙ |
|
Биодоступность |
Высокая и дозозависимая |
||||
Случайные открытия |
(ЭВОЛЮЦИОННЫЙ) |
||||
Проницаемость |
Хорошо проницает через КМ |
||||
fКомбинаторный синтез и HTS |
|||||
Природные соединения |
|||||
Транспорт |
Не ингибирует Р-гликопротеин |
||||
Биохимические процессы |
Компьютерное |
||||
Токсичность |
Нецитотоксично (кроме ПО) и |
Побочное действие ЛС |
моделирование, докинг |
||
Пептидомиметики |
|||||
Классический скрининг |
|||||
|
немутагенно |
|
Создание клонов («me-too») |
||
|
|
|
|||
Безопасность |
Не влияет активность hERG- |
|
Энантиомеры |
||
|
каналов в сердце |
|
|
Генные технологии |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
СЛУЧАЙНЫЕ ОТКРЫТИЯ |
|
S |
|
|
|
HO |
|
|
OH |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
H |
|
|
N |
|
|
Cl |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
O |
||
|
|
|
|
N |
S CH3 |
|
|
|
N |
|
|
|
||
|
|
|
O |
N |
CH3 |
C4H9 |
O |
CH3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
O |
COONa |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
O |
N |
N |
|
|
H3C |
|
|
COOH |
|
|
N |
CH |
|
|
|
|
|
|
H3C |
|
|
||
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Cl |
|
N |
|
Cl |
NH3 |
|
|
|
|
|
H3C |
|
|
S |
|
|
O |
|
|
Pt |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Cl |
NH3 |
|
|
Cl |
HN |
|
H3C N |
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S N CH3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
N N |
|
S |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Cl |
|
|
CH3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ИЗУЧЕНИЕ ПРИРОДНЫХ |
|
|
ЖИВОТНЫЕ |
|
|
|
||||
|
|
СОЕДИНЕНИЙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NCH3 |
X |
N |
|
|
|
|
|
|
РАСТЕНИЯ |
|
HO |
R |
|
|
|
Glu-Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-Ile-Pro-Pr |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
C2H5O |
|
|
|
|
H3CO |
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
O |
COOH |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
O |
H |
|
|
O |
HO |
|
CH3 |
HS |
N |
(CH2)n |
N(цикл) COOH |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
NCH |
O |
NCH3 |
N |
CH3 |
|
|
|
R |
||
|
|
|
|
|
|
|||||||
HO |
|
3 |
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2012 |
|
|
|
|
3
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии (ст)
МИКРООРГАНИЗМЫ
|
|
HO |
O |
|
|
|
|
O |
|
O |
|
|
|
H3C |
|
O |
|
HO |
COO |
|
|
|
|
|
|||
|
CH3 |
H |
CH3 |
|
OH |
|
|
|
|
|
|||
|
H3C |
|
F |
|
CH3 |
|
HO |
COOH |
HO |
O |
|
N |
Ca2+ |
|
|
|
|
CH3 |
||
|
OH |
|
O |
|
|
|
|
|
|
NH |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
R |
|
R |
|
|
|
2 |
ИЗУЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
OH |
|
|
R3 H |
|
HO |
NH2 |
R4 |
N R1 |
|
|
|
R2 |
|
|
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
H |
OH |
OH H |
|
|
N |
CH3 |
||
HO |
N CH3 |
|
||
|
|
|
||
HO |
CH3 |
HO |
H3C |
CH3 |
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
OH |
H |
|
|
N CH |
||
HO |
|
|
||
N |
|
|
3 |
|
HO |
CH3 |
|
OH |
|
|
|
|
ИЗУЧЕНИЕ ПОБОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ ЛС
|
|
H3C |
CH3 |
O O |
O |
|
|
|
|
|
|
||||
|
O O |
S |
|
S |
N |
N |
CH3 |
|
S N |
N |
|
|
|||
|
N |
H2N |
|
H |
H |
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
H2N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O O |
O |
|
|
|
|
|
O |
S N |
|
N |
|
|
|
Cl |
N |
H |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
OCH3 |
|
|
|
|
|
КЛАССИЧЕСКИЙ СКРИНИНГ
|
HO |
As As |
OH |
|
H2N |
|
NH2 |
|
|
O O |
|
|
NH2 |
|
S NH2 |
H2N |
N N |
|
O O |
|
|
|
|
|
|
|
S NH2 |
|
|
|
H2N |
КОМБИНАТОРНЫЙ СИНТЕЗ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ СКРИНИНГ
Комбинаторный синтез – применение комбинаторных процессов для получения наборов соединений из
большого числа однотипных реагентов («строительных
блоков»). |
|
|
|
|
|
A + B |
|
|
|
|
|
AB |
|
|
|
|
O |
||||||||
классический |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
синтез |
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N CH3 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
H3C |
|
|
|
Cl |
|
|
|
|
|
|
|
H |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
||||||||
комбинаторный |
R |
|
|
NH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
N |
|
|
R2 |
||||
синтез |
|
1 |
|
2 |
|
R2 |
|
|
|
|
Cl |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
10 |
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
H |
100 |
|
|
|
||||||
|
|
|
building blocks |
|
|
|
|
|
|
комбинаторная |
|||||||||||||||
Трёхстадийный комбинаторный |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
библиотека |
|||||||||||||||||||
синтез: 10 х 10 х 10 = 1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Комбинаторная библиотека – набор соединений,
полученных с использованием комбинаторного
синтеза. Может состоять из коллекции пулов (pools) или подбиблиотек (sub-libraries). Состав набора может быть описан термином chemset.
T template
СОЗДАНИЕ (образец) КОМБИНАТОРНОЙ A1 ... A10
БИБЛИОТЕКИ
TA1 ... TA10 10 веществ
B1 ... B10
TA1B1 ... TA10B10 100 веществ
C1 ... C10
1000 веществ
2012
4
Жерносек А.К. |
|
Лекции по фармацевтической химии (ст) |
||||||
Scaffold (остов, подпорка, центроид) – центральная |
КОМБИНАТОРНЫЕ БИБЛИОТЕКИ |
|||||||
часть молекулы, общая для всех членов библиотеки. |
||||||||
|
|
|||||||
|
|
CH3 |
|
R3 |
R4 |
|
|
|
|
H3C |
|
|
O |
R6 |
ПОИСК ЛИДЕРА |
ОПТИМИЗАЦИЯ ЛИДЕРА |
|
|
R1 |
O |
N |
Обширные библиотеки |
Целевые библиотеки |
|||
SCAFFOLD |
|
|
|
N |
||||
|
|
|
O |
|
Разнообразные структуры |
Определённые структуры |
||
R1 |
|
|
|
|
||||
|
|
R2 |
|
R2 |
R5 |
Множество биологических |
Одна БМ или группа |
|
|
|
|
мишеней |
родственных мишеней |
||||
R3 |
КОМБИНАТОРНАЯ БИБЛИОТЕКА |
Твёрдофазный синтез |
ТФ синтез / синтез в растворе |
|||||
O |
|
|
|
|
|
Синтез «оne bead one |
Автоматический параллельный |
|
H2N |
|
HIT COMPOUNDS |
|
compound» |
синтез |
|||
R2 |
|
Состав > 104 соединений |
Состав << 104 соединений |
|||||
N |
|
|
|
|
Масса < 1 мг каждого |
Масса > 1 мг каждого |
||
|
|
|
|
|
||||
R1 |
|
СОЕДИНЕНИЕ-ЛИДЕР |
|
соединения |
соединения |
|||
|
|
Скрининг смесей с |
Оптимизированный скрининг |
|||||
|
|
|
|
|
|
последующей расшифровкой |
индивидуальных соединений |
|
|
|
|
|
|
|
активных структур |
|
|
ЖИДКОФАЗНЫЙ |
ТВЁРДОФАЗНЫЙ |
МЕТОДЫ КОМБИНАТОРНОГО СИНТЕЗА |
|
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ |
СИНТЕЗ СМЕСЕЙ |
ТВЁРДОФАЗНЫЙ СИНТЕЗ |
|
Начало 1960-х Роберт Брюс Меррифилд |
|
(1921-2006) - твёрдофазный синтез |
|
пептидов (ангиотензин, брадикинин, |
|
инсулин, рибонуклеаза и др.) |
|
1984 г. – Нобелевская премия по химии |
|
«за методологию химического синтеза на |
|
твёрдых матрицах» |
|
Принцип твёрдофазного синтеза
|
иммобилизация |
гранула (40-80 мкм) |
|
и линкер |
scaffold с функциональными группами |
трёхстадийный синтез
разрыв связи
Условия твёрдофазного синтеза
Нерастворимая полимерная подложка – гранулы, реже иглы или поверхность.
Полиэтиленгликоль, привитый на сополимере полистирол- 1% дивинилбензол (TentaGel, AgroGel, NovaGel);
Полистирольная макропористая смола с высокой степью сшивки (AgroPore, TentaPore);
Сополимер бис-2-акриламидполиэтиленгликоль- моноакриламидо-полиэтиленгликоль (PEGA) и др.
Линкер (якорь) - бифункциональный химический фрагмент связывающий соединение с твердой или жидкой подложкой и который может быть разрушен для отделения целевого соединения от подложки.
хлорметильный (-CH2Cl), |
Cl |
гидроксильный (-OH), |
|
аминный (-NH2), |
|
альдегидный (-CHO), |
|
силильный (-OSiR3). |
|
OH |
|
O |
Cl |
|
2012
5
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии (ст)
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ СИНТЕЗ
Проводят в отдельных реакционных сосудах:
метод T-bags (Хоутген, 1986);
автоматический параллельный синтез.
Метод чайных пакетиков. Полимерная подложка (100
мг) помещается в полипропиленовую сетчатую упаковку, имеющую метку. Пакеты помещают в полиэтиленовый контейнер. В каждый контейнер добавляют свой реагент.
Автоматический ПС. Используют автоматические синтезаторы. Твёрдая подложка в форме трубки или иголки помещается в каждую реакционную пробирку или ячейку.
СИНТЕЗ СМЕСЕЙ
Синтезируют сразу смесь продуктов:
метод «mix and split»;
смесь реагентов; 
фотолитография.
Метод «mix and split». Пример – получение трипептидов (27 вариантов), содержащих Гли, Ала,
Вал. Классический синтез – 27 экспериментов. Комбинаторный синтез – 3 эксперимента.
Gly |
Gly |
Gly Ala |
Val |
|
Ala |
|
|
||
Ala |
|
|
||
Val |
|
|
||
Val |
Gly Ala |
Val |
||
|
||||
|
|
|||
|
Gly Ala |
Val |
|
Gly Ala |
Val |
Gly Ala Val |
|
Gly Ala Val |
||
Gly |
Ala |
|
Val |
|
||
Gly Gly |
Gly |
Ala Ala |
Ala |
|
Val Val |
Val |
Gly Ala |
Val |
Gly Ala |
Val |
|
Gly Ala |
Val |
|
|
|
|
|
Gly Gly Gly Gly Gly Gly Gly Gly Gly |
|
Gly Gly Gly Ala Ala Ala Val Val Val |
Gly |
Gly Gly Gly Ala Ala Ala Val Val Val |
||||
Gly Ala Val GlyAla Val GlyAla Val |
Gly Ala Val |
GlyAla Val GlyAla Val |
||||
|
|
+ Ala |
|
9 пептидов |
|
|
|
|
+ Val |
|
9 пептидов |
|
|
РАЗВЁРТКА СМЕСЕЙ
Развёртка – выделение активных компонентов смеси и их идентификация.
микроманипуляция;
обратная развёртка; 
последовательное разделение.
Обратная развёртка
Пусть третья смесь трипептидов показывает активность. Третья АК – валин. Возьмём три дипептидных смеси и проведём реакцию c валином. Пусть первая смесь активна. Вторая аминокислота – глицин.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ
Высокопроизводительный скрининг (high throughput screening) – флуоресцентная и хемилюминесцентная идентификация активных
соединений на плате, содержащей 96 ячеек емкостью 0,1 мл.
Скрининг на грануле - взаимодействие с мишенями, меченными ферментами,
флуоресцирующей меткой, радионуклидами или хромофорами. Положительная реакция регистрируется по флуоресценции или изменению окраски. Активные гранулы могут быть отсортированы с последующим установленим строения активного соединения.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ДОКИНГ
Молекулярный докинг (docking) –
процесс «подстыковки» лиганда в лиганд-связывающий центр рецептора с целью поиска наиболее выгодных положений и ориентаций лигандов в ЛСЦ и выявления факторов, изменение которых может привести к улучшению лиганд-рецепторного взаимодействия.
Основная цель докинга - построение модели структуры комплекса молекулы лиганда (биологически активного вещества) и молекулы
рецептора (биомишени).
2012
6
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии (ст)
|
? |
Области применения |
? |
докинга |
|
|
? |
Собственно моделирование конкретного комплекса.
Определение функциональных особенностей поверхности мишени и особенностей взаимодействия молекул в комплексе.
Поиск лигандов к конкретной мишени среди большого числа молекул.
Создание не существующих ранее лигандов к конкретной мишени.
МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ДОКИНГА
МЕТОДЫ ДОКИНГА
|
ЖЁСТКИЙ (RIGID) |
|
ГИБКИЙ (FLEXIBLE) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Алгоритмы докинга |
|
|
ЖР/ГЛ |
|
ГР/ГЛ |
|
|||
фрагментарный докинг (de novo design); 
генетический алгоритм;
метод Монте Карло; 
применение решёток аппроксимации;
тотальный перебор вариантов.
Основной принцип всех алгоритмов – нахождение глобального минимума энергии взаимодействия между Л и Р.
De novo design
|
|
NH |
HN |
|
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
|
O |
N |
NH |
NH |
NH |
N |
O |
|
|
|
|
NH
O
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ДОКИНГА
Выбор и характеристика структуры белковой молекулы: 
рентгеноструктурный анализ;
гомология рецепторов.
Выбор лигандов:
набор соединений, полученных в результате химического синтеза (в т.ч. комбинаторного);
коммерческие базы данных; 
виртуальные базы данных.
Выбор метода и алгоритма докинга: 
жёсткий или гибкий;
фрагментарный, генетический, метод Монте Карло и др.;
Некоторые программы для докинга:
AUTODOCK – гибкий лиганд, генетический алгоритм DOCK – гибкий лиганд, алгоритм соответствия
молекулярной формы
GOLD – гибкий лиганд, генетический алгоритм FRED – жёсткий докинг, очень быстрый
Выбор оценочной функции:
Оценочная функция (scoring function) – набор параметров для вычисления энергии докинга.
Виды оценочных функций:
force-field based (основанные на силовых полях);
knowlede-based (статистические); 
empirical (эмпирические).
Оценочная функция показывает, какя из ориентаций лиганда в сайте связывания наиболее правдоподобна; если сравниваются несколько лигандов – какой из них обладает наибольшим сродством к белку мишени.
Обычно энергию взаимодействия лиганда с рецептором раскладывают на отдельные независимые слагаемые – термы, отражающие различные физические взаимодействия. Линейная комбинация этих термов и представляет собой оценочную функцию.
2012
7
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии (ст)
AUTODOCK 4.2
Используется оценочная функция force field. Она включает в себя шесть парных оценок (V) и величину потери энтропии при связывании ( Sconf)
L – лиганд, P – белковая макромолекула.
Каждый из парных энергетических параметров включает оценки для процессов дисперсии/ отталкивания, образования водородных связей, электростатических взаимодействий и десольватации
ЭТАПЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В QSAR
Выбор классов химически и биологически родственных соединений.
Выборка дескрипторов и модели QSAR.
Выбор набора исследуемых соединений. 
Синтез и изучение биологической активности.
Анализ данных и создание модели QSAR. 
Валидация полученной модели и её использование
для описания свойств неисследованных соединений.
Выбор изучаемых соединений
Вещества должны иметь близкую структуру и одинаковый механизм действия.
Выборка должна быть репрезентативной.
ОПТИМИЗАЦИЯ СОЕДИНЕНИЯ-ЛИДЕРА. QSAR
QSAR (quantitative structure-activity relationship) —
количественная корреляция активности с дескрипторами структуры или свойств.
Цель QSAR – установление корреляционной зависимости между
активностью (некоторым свойством) и структурой для серии соединений. Затем на основании этой зависимости можно будет предсказывать активность новых соединений, близких по структуре к исследованным.
Данные о биологической активности
Должны использоваться стандартные методики, желательно из одной лаборатории. При использовании литературных данных – желательно брать их из одного источника.
In silico;
In vitro
In vivo.
Выбор дескрипторов
Должны иметь определённый смысл и легко интерпретироваться физическими величинами
Молекулярный дескриптор – численное представление химической информации, которую несёт
молекулярная структура, с помощью математической процедуры.
|
|
|
|
|
Типы дескрипторов |
Дескрипторы |
|
|
Геометрические |
Длины связей |
|
|
|
Валентные углы |
|
|
|
Торсионные углы |
|
|
|
Межатомные расстояния |
|
|
Электронные |
Изменение ЭП на отдельных |
|
|
|
атомах |
|
|
|
Энергия ВЗМО |
|
|
|
Энергия НСМО |
|
|
|
Молекулярный диполь |
|
|
Топологические |
Индексы теории графов |
|
|
|
индексы Рандича |
|
|
|
индексы Кира-Хола |
|
|
|
Ad hoc индексы |
|
|
|
количество циклов |
|
|
|
число ароматических циклов |
|
|
|
|
|
Физико-химические |
Коэффициенты распределения |
|
в системе октанол-вода – lgP, |
|
(lgP)2 |
|
число водородных связей в |
|
молекуле – количество |
|
донорных центров, количество |
|
акцепторных центров |
2012
8
Жерносек А.К. |
Лекции по фармацевтической химии (ст) |
|
КЛАССИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ QSAR |
Метод Ганча |
|
|
||
2D QSAR |
Louis Plack Hammett (1894–1987) |
|
|
|
Уравнение Гаммета (1935) |
МЕТОД ГАНЧА |
МЕТОД ФРИ-УИЛСОНА |
|
|
|
lg(k/k0) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип |
|
Реакция |
|
|
|
|
|
|
Гидролиз |
|
Кислотность катионов анилиния |
|
2,77 |
|
|
|
|||||
реакции |
|
|
|
|
этиловых эфиров |
|||||
Щелочной гидролиз этилбензоатов |
2,54 |
|
|
|
||||||
|
|
|
производных |
|||||||
|
Кислотность бензойных кислот |
|
1,000 |
|
|
|
бензойной |
|||
|
Кислотность коричных кислот |
|
0,47 |
|
|
|
кислоты |
|||
|
Этерификация бензойных кислот |
-0,23 |
|
|
|
|
||||
|
Гидролиз бензилхлоридов |
|
-1,82 |
|
|
|
|
|||
Тип |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заместитель |
п- |
|
|
м- |
|
|
|
||
заместителя |
-NH2 |
-0,66 |
|
-0,161 |
|
|
|
Уравнение Тафта (1953) |
||
-OCH3 |
-0,268 |
|
+0,115 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
lg(k/k0) = Es |
||||
|
|
-CH3 |
-0,170 |
|
-0,069 |
|
|
|
||
|
|
нет |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
-Cl |
+0,227 |
|
+0,373 |
|
|
|
|
|
|
|
-NO2 |
+0,778 |
|
+0,710 |
|
|
|
|
|
|
|
-CN |
+1,000 |
|
+0,678 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Corwin Hansch |
|
|
|
Группа (алиф) |
(аром) |
Бензол lgP = 2,13 |
|||
(1918-2011) |
|
|
|
СH3 |
0,52 |
0,50 |
Хлорбензол - ? |
||
Американский химик, с |
|
|
|
Bu |
1,68 |
1,68 |
lgP = 2,13 + Cl = |
||
1946 г. работал в Pomona |
|
|
|
OH |
-1,16 |
-0,67 |
= 2,13 + 0,71 = 2,84 |
||
College, Claremont |
|
|
|
OСH3 |
0,47 |
-0,02 |
|
||
1962 г. C. Hansch с соавт. установили корреляцию |
СF3 |
1,07 |
1,16 |
|
|||||
биологической активности (влияние на рост растений) |
Cl |
0,39 |
0,71 |
|
|||||
феноксиуксусных кислот с константами заместителей |
|
|
|
|
|||||
Гаммета и коэффициентами распределения. |
Зависимость биологической активности от |
||||||||
1964 г. |
lg(1/C) =a + b + cE |
s |
+ … + k |
гидрофобности |
|
|
|||
Hansch - параболическая модель |
|||||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
параметр, учитывающий |
|||||||
X = lgPX - lgPH |
lg(1/C) =algP + b(lgP)2 + c |
||||||||
гидрофобность заместителя |
|||||||||
Если X |
> 0, то заместитель более гидрофобен, чем |
|
|
|
|
||||
водород, если X < 0, то менее. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
2012 |
|
|
|
|
9
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии (ст)
|
R" |
Фенантренаминокарбинолы – |
|
N |
|
HO |
R' |
противомалярийная |
X |
|
активность |
|
|
|
|
|
Y |
lg(1/C) =-0,015(lgP)2 + 0,14lgP + 0,27 X + 0,40 Y + 0,65 X + 0,88 Y + 2,34
Hansch с сотр. работы по QSAR – 294 публикации за
1962-1999
Пестициды, антибактериальные, противомалярийные, противогрибковые, противоопухолевые средства и др. Изучалась биологическая активность, цитотоксичность, карциногенность, мутагенность и т.д.
biobyte.com База данных по QSAR в Pomona College
СОВРЕМЕННЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ QSAR
Голографический QSAR.
Обратный QSAR. 
Двойной QSAR.
3D QSAR. 
4D QSAR.
ПРОГРАММЫ ДЛЯ QSAR
CASE
Neural network
Apex-3D.
CoMFA.
REMOTEDISC и др.
Метод Фри-Уилсона
Основан на концепции аддитивного вклада различных групп в биологическую активность.
A = ∑aixi +
2012
10