В молекулярной биологии и фармакологии малая молекула или микромолекула представляет собой низкомолекулярное (< 1000 дальтон [1] ) органическое соединение , которое может регулировать биологический процесс , с размером порядка 1 нм . Многие лекарства представляют собой небольшие молекулы; термины эквивалентны в литературе. Более крупные структуры , такие как нуклеиновые кислоты и белки , а также многие полисахариды , не являются маленькими молекулами, хотя составляющие их мономеры (рибо- или дезоксирибонуклеотиды, аминокислоты и моносахариды соответственно) часто считаются малыми молекулами. Малые молекулы могут быть использованы в качестве исследовательских инструментов для изучения биологических функций , а также в качестве лидеров в разработке новых терапевтических агентов . Некоторые из них могут ингибировать определенную функцию белка или нарушать белок-белковые взаимодействия . [2]
Фармакология обычно ограничивает термин «малая молекула» молекулами, которые связывают определенные биологические макромолекулы и действуют как эффектор , изменяя активность или функцию мишени . Малые молекулы могут выполнять множество биологических функций или применений, служа сигнальными молекулами для клеток , лекарствами в медицине , пестицидами в сельском хозяйстве и во многих других целях. Эти соединения могут быть природными (например, вторичные метаболиты ) или искусственными (например, противовирусные препараты ); они могут оказывать благотворное воздействие на заболевание (например, лекарства ) или могут быть вредными (например, тератогены и канцерогены ).
Верхний предел молекулярной массы небольшой молекулы составляет примерно 900 дальтон, что дает возможность быстро диффундировать через клеточные мембраны и достигать внутриклеточных мест действия. [1] [3] Это ограничение молекулярной массы также является необходимым, но недостаточным условием для пероральной биодоступности , поскольку оно обеспечивает трансклеточный транспорт через эпителиальные клетки кишечника. Помимо кишечной проницаемости, молекула также должна обладать достаточно высокой скоростью растворения в воде, адекватной растворимостью в воде и метаболизмом при первом прохождении от умеренного до низкого . Несколько более низкое пороговое значение молекулярной массы в 500 дальтон (как часть « правила пяти ») было рекомендовано для кандидатов на пероральные низкомолекулярные препараты на основании наблюдения, что показатели клинического истощения значительно снижаются, если молекулярная масса поддерживается ниже этого предела. [4] [5]
Большинство фармацевтических препаратов представляют собой небольшие молекулы, хотя некоторые лекарства могут представлять собой белки (например, инсулин и другие биологические медицинские продукты ). За исключением терапевтических антител , многие белки разрушаются при пероральном введении и чаще всего не могут проникнуть через клеточные мембраны . Малые молекулы абсорбируются с большей вероятностью, хотя некоторые из них абсорбируются только после перорального приема, если их назначают в виде пролекарств . Одним из преимуществ низкомолекулярных препаратов (SMD) перед биологическими препаратами с «крупными молекулами» является то, что многие малые молекулы можно принимать перорально, тогда как биологические препараты обычно требуют инъекций или другого парентерального введения. [6] Маломолекулярные лекарства также обычно проще в производстве и дешевле для покупателя. Обратной стороной является то, что не все мишени поддаются модификации с помощью низкомолекулярных препаратов; бактерии и рак часто устойчивы к их воздействию. [7]
Различные организмы, включая бактерии, грибы и растения, производят низкомолекулярные вторичные метаболиты , также известные как натуральные продукты , которые играют роль в передаче сигналов клеток, пигментации и защите от хищников. Вторичные метаболиты являются богатым источником биологически активных соединений и поэтому часто используются в качестве исследовательских инструментов и средств для открытия новых лекарств. [8] Примеры вторичных метаболитов включают:
Ферменты и рецепторы часто активируются или ингибируются эндогенным белком , но могут также ингибироваться эндогенными или экзогенными низкомолекулярными ингибиторами или активаторами , которые могут связываться с активным центром или аллостерическим сайтом .
Примером является тератоген и канцероген форбол 12-миристат-13-ацетат , который представляет собой растительный терпен, который активирует протеинкиназу C , которая способствует развитию рака, что делает его полезным инструментом исследования. [10] Также существует интерес к созданию небольших молекул искусственных факторов транскрипции для регулирования экспрессии генов , примеры включают ренчнолол (молекула в форме гаечного ключа). [11]
Связывание лиганда можно охарактеризовать с помощью различных аналитических методов, таких как поверхностный плазмонный резонанс , микромасштабный термофорез [12] или интерферометрия двойной поляризации, для количественной оценки сродства реакции и кинетических свойств, а также любых индуцированных конформационных изменений .
Маломолекулярная антигеномная терапия , или SMAT, относится к технологии биозащиты , которая нацелена на сигнатуры ДНК , обнаруженные во многих боевых биологических агентах. SMAT — это новые препараты широкого спектра действия, которые объединяют антибактериальное, противовирусное и противомалярийное действие в единый терапевтический препарат, обеспечивающий существенную экономию и логистические преимущества для врачей и военных. [13]
Большинство [пероральных] препаратов из общего эталонного набора имеют молекулярную массу ниже 550. Напротив, распределение молекулярной массы пероральных антибактериальных средств является бимодальным: 340–450 Да, но с другой группой в диапазоне молекулярной массы 700–900.
Таблица 5.13: Способ применения: Малые молекулы: обычно возможно пероральное введение; Биомолекулы: обычно вводятся парентерально.