Các hợp chất có hoạt tính sinh học và sản phẩm tự nhiên
Các hợp chất có hoạt tính sinh học và sản phẩm tự nhiên là những chất hóa học được tạo ra bởi các sinh vật sống – thực vật, nấm, vi sinh vật và sinh vật biển – có tác dụng sinh học có thể đo lường được và trong lịch sử đã là nguồn dược phẩm chính. Lĩnh vực dược liệu học này liên quan đến cách các hợp chất đó được khám phá, phân lập, mô tả đặc tính và liên kết với hoạt tính sinh học, bắc cầu giữa hóa học sản phẩm tự nhiên với dược lý học.
Definition
Sản phẩm tự nhiên là các chất chuyển hóa thứ cấp được tổng hợp bởi các sinh vật không thiết yếu cho quá trình trao đổi chất chính; các hợp chất có hoạt tính sinh học là những chất tạo ra một phản ứng sinh học cụ thể, có thể đo lường được, và cùng nhau chúng tạo thành nền tảng hóa học của phần lớn dược liệu học và khám phá thuốc từ sản phẩm tự nhiên.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm các nhóm chính của các chất chuyển hóa thứ cấp (alkaloid, terpenoid, phenolic, glycoside và các chất khác), quy trình làm việc từ phân lập có hướng dẫn hoạt tính sinh học đến xác định cấu trúc, và các hồ sơ hoạt tính chính được nghiên cứu trong các sản phẩm tự nhiên: mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính, sàng lọc dựa trên xét nghiệm sinh học, và các tác dụng kháng khuẩn, chống oxy hóa và chống viêm. Đây là một định hướng tham khảo và giáo dục, không phải là hướng dẫn lâm sàng.
Sub-topics
Core questions
- Những nhóm hợp chất tự nhiên nào thường có hoạt tính sinh học nhất, và tại sao?
- Cấu trúc của một hợp chất được kết nối với hoạt tính sinh học của nó như thế nào?
- Các hợp chất có hoạt tính sinh học tiềm năng được phát hiện, phân lập và xác nhận như thế nào?
- Vai trò của các hoạt tính kháng khuẩn, chống oxy hóa và chống viêm trong nghiên cứu sản phẩm tự nhiên là gì?
Key concepts
- Chất chuyển hóa thứ cấp
- Phân lập có hướng dẫn hoạt tính sinh học
- Xác định cấu trúc
- Khung cấu trúc hóa học và sự đa dạng cấu trúc
- Hợp chất dẫn đầu và khám phá thuốc từ tự nhiên
- Các chất dẫn đầu dược lý dân tộc học
Mechanisms
Các sinh vật tổng hợp các chất chuyển hóa thứ cấp – thông qua các con đường như shikimate, polyketide, mevalonate và alkaloid – thường tương tác với các đại phân tử sinh học trong các sinh vật khác, tạo ra hoạt tính dược lý. Việc khám phá thường tiến hành bằng cách phân đoạn có hướng dẫn hoạt tính sinh học: một chiết xuất thô được thử nghiệm trong một xét nghiệm sinh học, sau đó được tách thành các phân đoạn được thử nghiệm lại, lặp lại cho đến khi một hợp chất hoạt tính tinh khiết được phân lập và cấu trúc của nó được xác định bằng các phương pháp quang phổ. Các sản phẩm tự nhiên chiếm một không gian hóa học phong phú về hóa học lập thể và đặc tính sp3 đã nhiều lần mang lại các khung cấu trúc hữu ích về mặt lâm sàng.
Clinical relevance
Một phần lớn các loại thuốc phân tử nhỏ đã được phê duyệt là sản phẩm tự nhiên hoặc có nguồn gốc từ hoặc được lấy cảm hứng từ chúng, vì vậy lĩnh vực này củng cố phần lớn giáo dục dược lý và dược liệu học. Nó mô tả cách các hợp chất trở thành các chất dẫn đầu thuốc và cách các hoạt tính của chúng được mô tả đặc tính; đây là một định hướng tham khảo và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.
Evidence & guidelines
Bằng chứng trong lĩnh vực này chủ yếu là tiền lâm sàng và hóa học – các báo cáo phân lập, dữ liệu xét nghiệm sinh học và phân tích cấu trúc-hoạt tính – với các khảo sát hệ thống như Newman và Cragg định lượng đóng góp của các sản phẩm tự nhiên vào quy trình phát triển thuốc. Việc chuyển đổi sang sử dụng lâm sàng tuân theo các con đường quy định tương tự như các ứng cử viên thuốc khác.
History
Các sản phẩm tự nhiên đã là nguồn thuốc chủ yếu trong phần lớn lịch sử được ghi lại, từ các phương thuốc có nguồn gốc thực vật đến việc phân lập morphine, quinine và các loại kháng sinh của thế kỷ XX. Lĩnh vực hiện đại kết hợp hóa thực vật học cổ điển với phân tách sắc ký và xác định cấu trúc quang phổ, và các khảo sát về quy trình phát triển thuốc đã nhiều lần ghi nhận vai trò bền vững của các sản phẩm tự nhiên ngay cả trong bối cảnh hóa học tổng hợp và tổ hợp phát triển.
Debates
- Liệu các sản phẩm tự nhiên có bị thay thế bởi hóa học tổng hợp và tổ hợp trong khám phá thuốc không?
- Mặc dù có sự chuyển đổi giữa sự nghiệp sang các thư viện tổng hợp, các phân tích về các loại thuốc đã được phê duyệt cho thấy các sản phẩm tự nhiên và các dẫn xuất của chúng vẫn là một nguồn chính và liên tục của các thực thể hóa học mới, thúc đẩy sự quan tâm mới đến khám phá lấy cảm hứng từ sản phẩm tự nhiên.
Key figures
- David J. Newman
- Gordon M. Cragg
- Jon Clardy
- Christopher Walsh
Related topics
Seminal works
- newman-cragg-2012
- cragg-newman-2005
- clardy-walsh-2004
Frequently asked questions
- Sự khác biệt giữa sản phẩm tự nhiên và hợp chất có hoạt tính sinh học là gì?
- Sản phẩm tự nhiên là bất kỳ chất chuyển hóa thứ cấp nào được tạo ra bởi một sinh vật; hợp chất có hoạt tính sinh học là chất tạo ra một tác dụng sinh học có thể đo lường được. Nhiều sản phẩm tự nhiên có hoạt tính sinh học, đó là lý do tại sao chúng đóng vai trò trung tâm trong khám phá thuốc, nhưng không phải mọi sản phẩm tự nhiên đều có hoạt tính đáng chú ý.
- Tại sao các sản phẩm tự nhiên vẫn quan trọng đối với việc khám phá thuốc?
- Chúng chiếm một không gian hóa học với sự đa dạng cấu trúc và độ phức tạp ba chiều mà các thư viện tổng hợp thường thiếu, và các khảo sát về các loại thuốc đã được phê duyệt cho thấy các sản phẩm tự nhiên và các dẫn xuất của chúng tiếp tục cung cấp một phần lớn các loại thuốc mới.