结构生物化学/医药与药物设计
结构生物化学已成为新药研发中的关键。现在，人们正在使用生物化学工具（如X射线晶体学）来研究药物。现代生物化学方法通常用于通过了解结构的折叠和弯曲来了解酶结构。 酶是生物催化剂，通过降低形成反应过渡态所需的能量来提高反应速率。酶通常由蛋白质或一组蛋白质构成。了解蛋白质的三级和四级结构可以告诉科学家药物如何发挥作用。药物科学家利用酶的结构，从旧药物中开发出新药物。药物通过首先让信息或药物遇到细胞外部并与受体接触来穿过细胞膜。然后，连接的换能器将信息传递到内部，最终被放大信号，促使细胞完成其功能。许多科学家认为，在未来 10 到 20 年内，医学领域将发生巨大变化，特别是在医生为患者开药的方式上。目前，药物的服用是基于平均剂量，该剂量是根据个人的大小和年龄确定的。药物的有效性在名为“剂量-反应曲线”的图表中显示。创建这些图表是为了显示药物所需效果与药物服用量之间的关系。通常，还会有另一条曲线显示引起最大副作用的药物量。药理学家使用这些数据首先证明药物有效，然后用它为医生提供安全的药物剂量范围，供医生为患者开药。
良好的药物设计依赖于许多变量，包括其在体内的吸收性、其正确工作的活性、其活性持续时间及其毒性。了解靶分子结构可以更直接地找到一个与靶分子形状完美匹配的分子，从而创造出最有效的药物。因此，明显不适合靶标的分子将自动被认为在当前状态下不起作用，应被丢弃或重新配置。[1]
未来，目标是为每个人提供量身定制的药物。这个想法是根据个人的DNA序列来设计药物，该序列描述了个人自身的生物化学。这背后的愿望是希望获得一种更有效且副作用更少的药物。量身定制药物的愿望在不到十年前甚至不是一个现实的目标，但随着 DNA 测序技术的极端进步，这个梦想可能会在几十年内成为现实。
每年被诊断出患有癌症的人数仍然非常高。科学家一直在深入研究相对较新的纳米颗粒药物设计领域，希望研制出更有效的抗癌药物。目前的化疗方法可以有效地杀死癌细胞，但对人体必需的健康细胞也有毒性。
纳米药物可以在化学上进行改造，以专门靶向癌细胞，而不会产生化疗的强烈副作用。可以对纳米颗粒的不同部分进行修饰，以便药物能够进入人的血液并靶向癌细胞，而不会被肝脏分解。一些纳米颗粒被包装在脂质体[检查拼写]中，而许多新的化合物则是通过可生物降解的聚合物传递的。例如，聚乙二醇 (PEG) 是一种可生物降解的聚合物，可以保护纳米颗粒不被免疫细胞识别，这有助于药物到达其目标目的地。一些纳米颗粒外壳由“环糊精”等糖制成，但外面覆盖着 PEG。糖上的羟基使化合物易溶于水，但易在酸性环境中分解以释放药物。大约有 12 种基于纳米颗粒的抗癌药物正在进行临床试验，等待批准分发到世界各地。
纳米颗粒也正在用于通过反义疗法将 RNA 分子传递到癌细胞。如果 RNA 分子能够在纳米颗粒的帮助下到达癌细胞，那么它们就能与癌细胞自身的 RNA 结合并使某些基因失活。例如，反义疗法可以阻止癌细胞中蛋白质的产生，这有助于阻止癌症的整体生长。
天然产物以许多不同的方式帮助了医学发展。人们发现，天然产物含有许多对抗疾病和癌症的特性。它们可以被合成到一种化合物中，用于药物。例如，像蓝藻这样的小型植物状生物体生活在潮湿的环境中，它们拥有这些强大的对抗癌症和细菌的来源。夏威夷大学马诺分校的迪克·摩尔教授设法找到了一种方法来寻找特别有效的抗慢速生长和难以治疗肿瘤的化合物。一个例子是名为“隐藻素-8”的化合物，它可以破坏小鼠中多种实体瘤的细胞支架。
此外，海洋中存在着种类繁多的物质和化学物质，它们拥有极其强大的对抗癌症和疾病的能力。这促使科学家开发了新的方法，以合成地创造出从海洋中这些天然产物衍生的化合物。研制一种好药是科学家对天然化合物进行改造以提取其药用特性，同时去除引起不良副作用的部分的结果。
药物可能来自最奇怪的材料。例如，爱荷华大学的化学家吉姆·格洛尔一直在研究如何使用一种生活在动物粪便中的真菌来制造抗生素。这些生物体被称为“粪便爱好者”，意思是它们喜欢粪便，它们在开发有用的药物方面具有巨大潜力。这些真菌释放出杀死附近物种的化学物质，这是生物医学研究人员和科学家想要的，这样他们就可以开发出杀死对人类有害的有害真菌的药物。
根据世界卫生组织的《国际疾病与相关健康问题统计分类》，目前的疾病定义包括 22 个章节。这些章节分为 2500 多个块，为我们提供了数千种疾病的表型描述符。
生物化学家专注于了解分子的结构以及这些分子聚集在一起的过程。了解这些过程也给了我们一个机会，当它们出错时，可以“纠正”它们。但是，获得治疗方法需要考虑许多不同的关键因素。例如，在药物开发方面，这是化学、生物化学、药理学、毒理学等知识的结合。由于实验药物的高失败率，这显然不是一个可预测的过程。
生物化学家深入研究疾病的生物化学，以研究他们可以用来开发新的疾病治疗方法的重要方面。该领域的这些主要方面包括不寻常微生物代谢物的生物合成、基于结构的抑制剂设计、耐药机制以及蛋白质折叠动力学在导致蛋白质错误折叠和聚集中的作用。
Service, Robert F. “纳米颗粒特洛伊木马从实验室走向临床。” Science 2010 年 10 月 15 日：314-315
Davis, Alison. “健康的化学。” NIGMS 2006 年 8 月：36-42。 http://publications.nigms.nih.gov/chemhealth/coh.pdf
在生物化学领域，为了治愈疾病，应该评估几个有助于药物设计的关键主题，包括基于结构的抑制剂设计、耐药机制、不寻常微生物代谢物的生物合成以及蛋白质动力学在导致蛋白质错误折叠中的作用。[1]
疾病的生物化学：绝望地寻求天作之合 生物化学年度评论 第 78 卷：55-63（卷出版日期 2009 年 7 月） DOI: 10.1146/annurev-biochem-120108-082254 John W. Kozarich http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-biochem-120108-082254?journalCode=biochem
- ↑ Annu. Rev. Biochem. 2009. 80:55-5 The Annual Review of Biochemistry 可在 biochem.annualreviews.org 在线获取