
【醫】 bioisosterism
being; biota; creature; life; living beings; organism
【化】 biology
【醫】 bio-; living being; organism
class; grade; rank; wait; when
【機】 iso-
arrange; eject; exclude; line; platoon; raft; range; rank; row; tier
【化】 blower
生物等排性(Bioisosterism)是藥物化學中的核心概念,指在分子結構中替換具有相似物理化學性質的原子、原子團或片段後,新化合物仍能保持相似生物活性的現象。這一策略廣泛應用于藥物設計與優化,旨在改善藥效、降低毒性或優化藥代動力學性質。以下是其關鍵維度的專業解析:
生物等排性強調結構替代的生物學等效性。經典定義由藥物化學家Friedman提出,要求替換基團需滿足:
例如,羧基(-COOH)與四氮唑基(-tetrazole)互為生物電子等排體,二者均具酸性且pKa接近(約4-5),常用于改善口服吸收性。
根據替換單元尺度可分為:
經典生物等排體
案例:抗癫痫藥苯妥英(Phenytoin)中-CONH-替換為-NH-仍保留活性。
非經典生物等排體
美國FDA審評報告指出:β-受體阻滞劑中-OCH₂-替換為-NHCH₂-可規避細胞色素P450代謝途徑(FDA, 2021)。
世界衛生組織(WHO)藥物安全數據庫顯示,抗腫瘤藥5-FU将尿嘧啶的H替換為F後,選擇性抑制胸苷酸合成酶,減少骨髓抑制風險(WHO Drug Information Vol.35)。
歐洲專利局(EPO)統計顯示,70%的"me-too"藥物依賴生物等排策略實現分子創新(EPO Technical Report 2023)。
通過精準的生物等排替換,藥物化學家可理性設計高選擇性藥物分子,該策略已成為現代新藥研發的黃金法則之一。
生物等排性(Bioisosterism) 是藥物化學中的一個核心概念,指在分子結構中,某些原子或基團因具有相似的物理化學性質(如大小、形狀、電荷分布、極性等),能夠相互替換而不顯著影響分子的生物活性。這一概念廣泛應用于藥物設計,旨在優化藥物的療效、代謝穩定性或減少副作用。
起源與發展
該術語最早由化學家Irving Langmuir 于1919年提出,最初用于描述具有相同電子結構的原子或基團(如O⁻和F⁻)。後來在藥物化學中擴展為更廣義的“功能相似性”,包括非經典等排體(如疏水性或空間體積相近的基團)。
分類
應用與意義
挑戰與局限性
替換可能導緻不可預測的副作用,如改變代謝途徑或引入新毒性。需通過實驗驗證生物活性和安全性。
在抗抑郁藥物設計中,苯環(C₆H₅)可能被吡啶環(C₅H₄N)替代,兩者均為平面結構且電子分布相似,但後者可能通過氫鍵增強與受體的結合()。
生物等排性是藥物研發中“理性設計”的重要工具,通過系統性替換實現分子優化,推動高效低毒藥物的開發。
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