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结构改变如何改变效力

构效关系背后的机理:每一次效力变化都可追溯到与口袋之间相互作用的得与失。认识这些基石——氢键、疏水接触、位阻——以及探测它们的小改动工具。

效力是相互作用之和

结合的紧密程度由结合自由能决定,而这份能量由一个个具体接触来支付:与正确残基形成的氢键、在疏水通道中的疏水接触、与口袋壁之间良好的形状互补。当你改动结构时,你就是在增加、移除或重新定位这些接触。

一条有用的粗略规则:在几何匹配的前提下,一个新的氢键大约能带来5–30倍的效力提升——但前提是它在别处不付出代价(无张力、无去溶剂化损失)。用甲基或苯基恰到好处地填满一个疏水口袋,也能带来类似的提升。这些数字从无保证;它们完全取决于局部环境。

小改动探测工具

为了低成本地绘制口袋,化学家让一个小基团绕着分子走一圈。甲基扫描依次在各个位置加上甲基,找出额外体积在哪里有帮助(恰好契合)或有害(碰撞)。氟扫描用氟做同样的事,在几乎不增加体积的情况下,探测氢键的微调、被阻断的代谢或微妙的电子效应。

  1. 选定要探测某一性质的改动:甲基用于位阻,氟用于电子效应/代谢。
  2. 逐一位置地移动它,使每个结果都孤立出一个位点。
  3. 凡是微小改动带来巨大波动之处,你就找到了一个值得深入探索的敏感接触。

当一个必需的基团带来负担时——太极性、太活泼、代谢脆弱——就求助于生物电子等排体:一个能模拟关键相互作用、同时修正问题的不同基团。把代谢上脆弱的甲酯换成酰胺,或把羧酸换成四氮唑,都是在保留构效关系的同时改善性质的经典手法。