|
第三节 药物化学结构与药物代谢
大纲要求
一、药物结构与第I相生物转化的规律 ★ ★ ★ ★
1.含芳环、烯烃、炔烃类、饱和烃类药物第I相生物转化的规律
2.含卤素的药物第I相生物转化的规律
3.含氮原子（胺类、含硝基）药物第I相生物转化的规律
4.含氧原子（醚类、醇类和羧酸类、酮类）药物第I相生物转化的规律
5.含硫原子的硫醚S-脱烷基、硫醚S-氧化反应、硫羰基化合物的氧化脱硫代谢、亚砜类药物代谢的规律
6.酯和酰胺类药物第I相生物转化的规律
二、药物结构与第Ⅱ相生物转化的规律
1.与葡萄糖醛酸的结合反应★ ★ ★ ★
2.与硫酸的结合反应★ ★ ★ ★
3.与氨基酸的结合反应★ ★ ★ ★
4.与谷胱甘肽的结合反应★ ★ ★
5.乙酰化结合反应★ ★ ★
6.甲基化结合反应★ ★ ★
第I相生物转化（药物的官能团化反应）：药物在体内的酶的作用下进行的氧化、还原、水解、羟基化等反应。在药物分子中引入或使药物分子暴露出极性基团，如羟基、羧基、巯基、氨基等。
第Ⅱ相生物结合（结合反应）：是将第I相中药物产生的极性基团与体内的内源性成分，如葡萄糖醛酸、硫酸、甘氨酸或谷胱甘肽，经共价键结合，生成极性大、易溶于水和易排出体外的结合物。 【最佳选择题】不属于药物官能团反应的化学反应是
A.还原
B.氧化
C.羟基化
D.水解
E.卤化 |
| 『正确答案』E
『答案解析』药物官能团反应指的是第I相生物转化，包括氧化、还原、水解、羟基化等反应。 |
一、药物结构与第I相生物转化的规律
（一）含芳环的药物（氧化反应、芳环的羟基化）
肝脏CYP450酶系催化 
1.芳环上含供电子基团
氧化生成酚的位置在对位或邻位
2.芳环上含吸电子基团
氧化生成酚的位置在间位
3.含有两个芳环时，一般情况下只有一个芳环发生氧化
如：苯妥英氧化成羟基苯妥英；保泰松转化为羟布宗。 
4.含强吸电子基团芳环则不发生芳环的氧化
如：可乐定和丙磺舒 
5.立体结构对氧化的影响
（1）如有空间位阻，通常氧化发生在空间位阻较小的位置。
（2）立体异构氧化的产物有可能会不同
如：华法林，（-）-S-华法林的主要代谢产物是芳环7-羟基化物，而华法林的（+）-R-异构体的代谢产物为侧链酮基的还原化合物。 
（二）烯烃和炔烃（氧化反应）
1.烯烃
烯烃化合物比芳香烃的π键活性大，因此烯烃化合物也会被代谢生成环氧化合物。 
烯烃类药物经代谢生成环氧化合物后，可以被转化为二羟基化合物，或者是和体内生物大分子如蛋白质、核酸等进行烷基化反应，而产生毒性，导致组织坏死和致癌作用。例如黄曲霉素B1（aflatoxin B1）经代谢后生成环氧化合物，该环氧化合物会进一步与DNA作用生成共价键化合物，是该化合物致癌的分子机制。
【最佳选择题】黄曲霉素B致癌的分子机理
A.内酯开环
B.杂环氧化
C.氧脱烃化反应
D.代谢后产生环氧化物，与DNA形成共价化合物
E.自身有毒性 |
| 『正确答案』D |
2.炔烃
（1）炔键的碳原子是端基碳原子，则形成烯酮中间体，该烯酮可能被水解生成羧酸，也可能和蛋白质进行亲核性烷基化反应 
（2）炔键的碳原子是非端基碳原子，则炔烃化合物和酶中卟啉上的吡咯氮原子发生N-烷基化反应，这种反应使酶不可逆的去活化。如甾体化合物炔雌醇则会发生这类酶去活化作用。 
（三）含饱和碳原子的药物
1.长碳链的烷烃（氧化）
（1）ω-和ω-1氧化
（2）在支链上发生氧化
2.和sp2碳原子相邻时
如羰基的α-碳原子、芳环的苄位碳原子及双键的α-碳原子，由于受到sp2碳原子的作用，使其活化反应性增强，在CYP450酶系的催化下，易发生氧化生成羟基化合物。处于羰基α-位的碳原子易被氧化。如地西泮。
3.当碳处于芳环和芳杂环的苄位，以及烯丙位的碳原子易被氧化生成苄醇或烯丙醇。对于伯醇会进一步脱氢氧化生成羧酸，仲醇会进一步氧化生成酮。例如，降血糖药甲苯磺丁脲。
（四）含卤素的药物
1.和谷胱甘肽形成硫醚氨酸结合物代谢排出体外
2.还原脱卤素反应
3.氧化脱卤素反应（常见）如：氯霉素
氯霉素
（五）胺类药物
（1）N-脱烷基化和脱氨反应
（2）N-氧化反应
如：β受体拮抗剂普萘洛尔
N-脱烷基化的基团通常是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、烯丙基和苄基，以及其他α-氢原子基团。
（六）含氧的药物
1.醚类药物
氧化O-脱烷基化反应，生成醇或酚，以及羰基化合物。
如：可待因
在体内约有10%的药物经O-脱甲基后生成吗啡，长期和大量服用可待因也会产生成瘾性的不良后果。
2.醇类和羧酸类
（1）伯醇
在体内很容易被氧化生成醛，但醛不稳定，在体内醛脱氢酶等酶的催化下进一步氧化生成羧酸。
（2）仲醇
一部分可被氧化生成酮，也有不少仲醇不经氧化而和叔醇一样经结合反应后直接排出体外。 3.酮类药物
酮类药物在酶的催化下经代谢生成相应的仲醇。
由于药物结构中的酮绝大多数是不对称酮，还原后得到的醇的结构中往往会引入新的手性碳原子，而产生光学异构体，而体内酶的催化反应通常具有立体选择性。如镇痛药（+）-（S）-美沙酮经代谢后生成3S，6S-α-（-）-美沙醇。
（七）含硫药物
1.硫醚的S-脱烷基
芳香或脂肪族的硫醚通常在酶的作用下，经氧化S-脱烷基生成硫醚和羰基化合物。如抗肿瘤活性的药物6-甲基巯嘌呤经氧化代谢，脱S-甲基得6-巯基嘌呤。
2.硫醚的S-氧化反应
氧化成亚砜，亚砜还会被进一步氧化生成砜。如驱虫药阿苯达唑。
3.含硫羰基化合物的氧化脱硫代谢
碳-硫双键（C=S）和磷-硫双键（P=S）的化合物，经氧化代谢后生成碳-氧双键（C=0）和磷-氧双键（P=O）。
4.亚砜类药物的代谢
被氧化砜，被还原成硫醚
如：舒林酸
（八）含硝基药物（还原反应）
硝基还原成氨基
如芳香族硝基还原成芳香胺
（九）酯和酰胺类药物（水解）
如羧酸酯、硝酸酯、磺酸酯、酰胺等药物在体内代谢生成酸、醇或胺。
如普魯卡因酯键水解较快，很快失去局部麻醉作用。
注意：酶水解有立体专一性，如局部麻醉药丙胺卡因
二、药物结构与第Ⅱ相生物转化的规律
药物结合反应是在酶的催化下将内源性的极性小分子如葡萄糖醛酸、硫酸盐、氨基酸、谷胱甘肽等结合到药物分子中或第I相的药物代谢产物中。通过结合使药物去活化以及产生水溶性的代谢物有利于从尿和胆汁中排泄。
药物结合反应分两步进行：第一步内源性的小分子物质被活化，变成活性形式；第二步经转移酶的催化与药物或药物在第I相的代谢产物结合，形成代谢结合物。药物或其代谢物中被结合的基团通常是羟基、氨基、羧基、杂环氮原子及巯基。 【最佳选择题】不符合药物代谢中的结合反应特点的是
A.在酶催化下进行
B.形成水溶性代谢物，有利于排泄
C.形成共价键过程
D.形成极性更大的化合物
E.无需酶的催化即可进行 |
| 『正确答案』E |
（一）与葡萄糖醛酸的结合反应
与葡萄糖醛酸的结合反应是药物代谢中最普遍的结合反应，生成的结合产物含有可离解的羧基（pKa3.2）和多个羟基，无生物活性、易溶于水和排出体外。葡萄糖醛酸的结合反应共有四种类型：O-、N-、S-和C-的葡萄糖醛苷化。
如吗啡有3-酚羟基和6-仲醇羟基，分别和葡萄糖醛酸反应生成3-O-葡萄糖醛苷物是弱的阿片拮抗剂，生成6-O-葡萄糖醛苷物是较强的阿片激动剂。
注意：对于新生儿由于体内肝脏尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA）转移酶活性尚未键全，因此会引起代谢上的问题，导致药物在体内聚集产生毒性，如新生儿在使用氯霉素时，由于不能使氯霉素和葡萄糖醛酸形成结合物而排出体外，导致药物在体内聚集，引起“灰婴综合征”。
【多选题】葡萄糖醛酸结合反应的类型有
A.Cl的葡萄糖醛苷化
B.C的葡萄糖醛苷化
C.O的葡萄糖醛苷化
D.S的葡萄糖醛苷化
E.N的葡萄糖醛苷化 |
| 『正确答案』BCDE
『答案解析』葡萄糖醛酸的结合反应共有四种类型：O-、N-、S-和C-的葡萄糖醛苷化。 |
（二）与硫酸的结合反应
在磺基转移酶的催化下，由体内活化型的硫酸化剂3’-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸（PAPS）提供活性硫酸基，使底物形成硫酸酯。形成硫酸酯的结合产物后水溶性增加，毒性降低，易排出体外。参与硫酸酯化结合过程的基团主要有羟基、氨基、羟氨基。
（三）与氨基酸的结合反应
与氨基酸的结合反应是体内许多羧酸类药物和代谢物的主要结合反应。参与结合反应的羧酸有芳香羧酸、芳乙酸、杂环羧酸；参加反应的氨基酸，主要是生物体内内源性的氨基酸或是从食物中可以得到的氨基酸，其中以甘氨酸的结合反应最为常见。
（四）与谷胱甘肽的结合反应
谷胱甘肽（GSH）是由谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸组成的含有硫醇基团的三肽化合物，其中硫醇基（SH）具有较好亲核作用，在体内起到清除由于代谢产生的有害的亲电性物质，此外谷胱甘肽还有氧化还原性质，对药物及代谢物的转变起到重要的作用。谷胱甘肽的结合反应大致上有亲核取代反应（SN2）、芳香环亲核取代反应、酰化反应、Michael加成反应及还原反应。
（五）乙酰化结合反应
是在酰基转移酶的催化下进行的，以乙酰辅酶A作为辅酶，进行乙酰基的转移。
乙酰化反应是将体内亲水性的氨基结合形成水溶性小的酰胺。
（六）甲基化结合反应（少见的代谢）
一些内源性物质如肾上腺素、褪黑激素等的代谢非常重要，对分解某些生物活性胺以及调节活化蛋白质、核酸等生物大分子的活性也起到非常重要的作用。
甲基化反应也是降低极性和水溶性，除了季铵盐。
参与甲基化反应的基团有：酚羟基、胺基、巯基等。
酚羟基的甲基化对象主要是：儿茶酚胺结构的活性物质：肾上腺素、去甲肾上腺素等。
总结：1234结合反应都能增加水溶性，5.6结合反应是降低水溶性
【多选题】不能使药物分子水溶性增加的结合反应有
A.与氨基酸的结合反应
B.与葡萄糖醛酸的结合反应
C.与硫酸的结合反应
D.甲基化反应
E.乙酰化反应 |
| 『正确答案』DE |
|
