Введение
Химические группы, которые могут быть замещены для повышения терапевтической активности лекарственных средств В медицинской химии биоизостеры являются химическими заместителями или группами с аналогичными физическими или химическими свойствами, которые вызывают в целом аналогичные биологические свойства в том же химическом соединении. В разработке лекарственных средств цель обмена одного биоизостера на другой заключается в повышении желаемых биологических или физических свойств соединения без значительных изменений в химической структуре. Основное использование этого термина и его методов связано с фармацевтическими науками. Биоизостеризм используется для снижения токсичности, изменения биодоступности или изменения активности свинцового соединения и может изменять метаболизм свинца.
In medicinal chemistry, bioisosteres are chemical substituents or groups with similar physical or chemical properties which produce broadly similar biological properties in the same chemical compound. In drug design, the purpose of exchanging one bioisostere for another is to enhance the desired biological or physical properties of a compound without making significant changes in chemical structure. The main use of this term and its techniques are related to pharmaceutical sciences. Bioisosterism is used to reduce toxicity, change bioavailability, or modify the activity of the lead compound, and may alter the metabolism of the lead.
Классические биоизостеры
Классический биоизостеризм был первоначально сформулирован Джеймсом Моаром и уточнен Ирвином Лангмуаром в ответ на наблюдение, что различные атомы с одинаковой валентной электронной структурой имеют схожие биологические свойства. Например, замена атома водорода атомом фтора в месте метаболического окисления в лекарственном препарате может предотвратить такой метаболизм. Поскольку атом фтора имеет аналогичные по размеру с атомом водорода, общая топология молекулы не подвергается значительному влиянию, оставляя желаемую биологическую активность без изменений. Однако при блокировании пути метаболизма, препарат-кандидат может иметь более длительный период полураспада. Прокаинамид, амид, имеет более длительную продолжительность действия, чем прокаин, эфир, из-за изостерической замены кислорода эфира атомом азота. Прокаинамид является классическим биоизостером, потому что валентная электронная структура дисабститурованного атома кислорода такая же, как и триабститурованного атома азота, как показал Лангмуир. Другой пример можно увидеть в серии антибактериальных хальконов. Изменение некоторых заместителей также изменяет фармакологическую активность и токсичность халкона.
Неклассические биоизостеры
Неклассические биоизостеры могут отличаться от классических биоизостеров множеством способов, но сохраняют фокус на предоставлении аналогичных стерических и электронных профилей для исходной функциональной группы. В то время как классические биоизостеры обычно сохраняют большую часть тех же структурных свойств, неклассические биоизостеры гораздо больше зависят от специфических связующих потребностей рассматриваемого лиганда и могут заменить линейную функциональную группу циклической фракцией, алкиловую группу сложной гетероатомной фракцией или другие изменения, которые выходят далеко за рамки простого атома для переключения атома. Например, хлоридная группа Cl часто может быть заменена группой трифторуметил CF3 или циано-CN группой. В зависимости от конкретной молекулы, замещение может привести к незначительному изменению активности, либо к увеличению или уменьшению аффинности или эффективности в зависимости от того, какие факторы важны для связывания лиганда с целевым белком. Другим примером являются ароматические кольца, где фениловое кольцо C6H5 часто может быть заменено другим ароматическим кольцом, таким как тиофен или нафтален, что может улучшить эффективность, изменить специфичность связывания или уменьшить метаболически лабильные участки на молекуле, что приводит к улучшению фармакокинетических свойств. Аллоксатин является ингибитором ксантиноксидазы. Это также изостер ксантина, нормального субстрата для фермента. Аллоксатин считается неклассическим биоизостером из-за изменения укладки. Силафлуофен является органосилициевым аналогом пиретроидного инсектицида Etofenprox, в котором углеродный центр был заменен изостерическим кремниевым, а кроме того, один атом водорода заменен изостерическим атомом фтора.
Другие применения
Биоизостеры некоторых запатентованных соединений могут быть обнаружены автоматически и использованы для обхода патентных требований по структуре Маркуша. Было предложено, чтобы ключевые характеристики силового поля, то есть фармакофор, были запатентованы вместо этого.