Введение
Органическая молекула с массой ≤1000 дальтон. В молекулярной биологии и фармакологии, малая молекула или микромолекула – это органическое соединение с низкой молекулярной массой (≤1000 дальтон), способное регулировать биологический процесс, размером около 1 нм. Многие лекарственные препараты являются малыми молекулами; эти термины взаимозаменяемы в научной литературе. Более крупные структуры, такие как нуклеиновые кислоты и белки, а также многие полисахариды, не относятся к малым молекулам, хотя их составные мономеры (рибо- или дезоксирибонуклеотиды, аминокислоты и моносахариды соответственно) часто рассматриваются как малые молекулы. Малые молекулы могут использоваться в качестве исследовательских инструментов для изучения биологических функций, а также в качестве отправной точки при разработке новых терапевтических средств. Некоторые из них способны ингибировать определенную функцию белка или нарушать белок-белковые взаимодействия. Фармакология обычно ограничивает определение "малой молекулы" молекулами, которые связываются со специфическими биологическими макромолекулами и действуют как эффекторы, изменяя активность или функцию целевой молекулы. Малые молекулы могут выполнять разнообразные биологические функции или находить применение в качестве молекул клеточной сигнализации, лекарственных средств в медицине, пестицидов в сельском хозяйстве и во многих других областях. Эти соединения могут быть природными (например, вторичные метаболиты) или синтетическими (например, противовирусные препараты); они могут оказывать благоприятное воздействие при заболевании (например, лекарства) или оказывать вредное воздействие (например, тератогены и канцерогены).
In molecular biology and pharmacology, a small molecule or micromolecule is a low molecular weight (≤ 1000 daltons) organic compound that may regulate a biological process, with a size on the order of 1 nm. Many drugs are small molecules; the terms are equivalent in the literature. Larger structures such as nucleic acids and proteins, and many polysaccharides are not small molecules, although their constituent monomers (ribo or deoxyribonucleotides, amino acids, and monosaccharides, respectively) are often considered small molecules. Small molecules may be used as research tools to probe biological function as well as leads in the development of new therapeutic agents. Some can inhibit a specific function of a protein or disrupt protein–protein interactions. Pharmacology usually restricts the term "small molecule" to molecules that bind specific biological macromolecules and act as an effector, altering the activity or function of the target. Small molecules can have a variety of biological functions or applications, serving as cell signaling molecules, drugs in medicine, pesticides in farming, and in many other roles. These compounds can be natural (such as secondary metabolites) or artificial (such as antiviral drugs); they may have a beneficial effect against a disease (such as drugs) or may be detrimental (such as teratogens and carcinogens).
Предельная молекулярная масса
Верхний предел молекулярной массы для малой молекулы составляет приблизительно 900 дальтонов, что обеспечивает возможность быстрого проникновения через клеточные мембраны и достижения внутриклеточных мест действия. Этот предел молекулярной массы также является необходимым, но недостаточным условием для пероральной биодоступности, поскольку он позволяет осуществлять трансклеточный транспорт через эпителиальные клетки кишечника. Помимо проницаемости кишечника, молекула должна также обладать достаточно высокой скоростью растворения в воде, адекватной растворимостью в воде и умеренным или низким метаболизмом при первом прохождении. Для пероральных лекарственных кандидатов с малыми молекулами рекомендуется несколько более низкий предел молекулярной массы – 500 дальтонов (в рамках "правила пяти"), поскольку наблюдается значительное снижение частоты отсева препаратов на клинических стадиях, если молекулярная масса поддерживается ниже этого значения.
Наркотики
Большинство фармацевтических препаратов – это малые молекулы, хотя некоторые лекарства могут быть белками (например, инсулин и другие биологические медицинские продукты). За исключением терапевтических антител, многие белки разрушаются при пероральном введении и, как правило, не могут проникать через клеточные мембраны. Малые молекулы с большей вероятностью всасываются, хотя некоторые из них всасываются только после перорального приема в форме пролекарств. Одним из преимуществ лекарств в виде малых молекул (ЛММ) перед «большими» биологическими препаратами является то, что многие малые молекулы можно принимать перорально, в то время как биологические препараты обычно требуют инъекции или другого парентерального введения. Лекарства в виде малых молекул также обычно проще в производстве и дешевле для потребителя. Недостатком является то, что не все мишени поддаются воздействию малых молекул; бактерии и раковые клетки часто устойчивы к их действию.
Инструменты исследования
Энзимы и рецепторы часто активируются или ингибируются эндогенными белками, но также могут ингибироваться эндогенными или экзогенными ингибиторами или активаторами малых молекул, которые могут связываться с активным центром или с аллостерическим центром. Примером является тератоген и канцероген форбол 12-миристот 13-ацетат – растительный терпен, активирующий протеинкиназу C, что способствует развитию рака и делает его полезным инструментом для исследований. Также проявляется интерес к созданию искусственных факторов транскрипции малых молекул для регуляции экспрессии генов, например, винченолола (молекулы, имеющей форму ключа). Характеризация связывания лиганда может проводиться с использованием различных аналитических методов, таких как поверхностный плазмонный резонанс, микромасштабный термофорез или интерферометрия двойной поляризации, для количественной оценки аффинности реакции и кинетических свойств, а также любых индуцированных конформационных изменений.
Антигеномные терапевтические средства
Маломолекулярная антигеномная терапия, или SMAT, – это технология биозащиты, нацеленная на ДНК-сигнатуры, встречающиеся во многих агентах биологического оружия. SMAT представляют собой новые препараты широкого спектра действия, объединяющие антибактериальную, противовирусную и противомалярийную активность в единое терапевтическое средство, обеспечивающее существенную экономическую выгоду и логистические преимущества для врачей и военных.