Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Relaciones estructura-actividad


En el vasto y complejo campo de la química medicinal, es importante entender la relación estructura-actividad (SAR). Este concepto es uno de los principios principales que subyacen en el diseño y optimización de compuestos farmacéuticos. Al modificar sistemáticamente la estructura de los compuestos químicos y observar sus actividades biológicas, los químicos intentan optimizar estas moléculas para lograr los efectos terapéuticos deseados.

Introducción a las relaciones estructura-actividad

El supuesto básico de SAR gira en torno a la idea de que la actividad biológica de un compuesto -cómo interactúa con receptores biológicos o enzimas- depende de su estructura molecular. Esto implica que incluso pequeños cambios en la estructura molecular pueden llevar a diferencias significativas en la actividad.

Los factores que afectan la actividad incluyen:

  • Grupos funcionales y su orientación
  • Entrega electrónica
  • Balance hidrofóbico/hidrofílico
  • Estereoscópico

Contexto histórico y desarrollo de la SAR

El concepto de SAR surgió a principios del siglo XX cuando los científicos comenzaron a darse cuenta de que pequeñas diferencias en la estructura química podían llevar a diferentes efectos terapéuticos. Esta noción se hizo más sofisticada con el desarrollo de la teoría del receptor en farmacología, que planteó la hipótesis de la existencia de sitios específicos en el cuerpo donde los fármacos se unen para ejercer sus efectos.

Fundamento inicial

El trabajo de Paul Ehrlich, quien utilizó compuestos de tinte para teñir células y bacterias específicas, allanó el camino. La teoría de la "bala mágica" de Ehrlich propuso que productos químicos específicos podrían dirigirse a patógenos específicos, llevando a una terapia farmacológica dirigida. Sus innovaciones destacaron la importancia de la estructura molecular en la determinación de la actividad biológica.

Mecanismos de apoyo a la SAR

Los mecanismos por los cuales opera la SAR son multifacéticos, integrando química, biología y biofísica. Aquí hay un vistazo más de cerca:

Grupo funcional

La presencia y orientación de los grupos funcionales afectan significativamente la farmacocinética y farmacodinamia de la molécula. Considere la conversión de un grupo de alcohol a un éter o éster, lo que puede aumentar la permeabilidad de la membrana al aumentar la lipofilia.

R-OH → ROR' o R-COOR'

Efectos electrónicos

Los efectos electrónicos afectan cómo la molécula participa en interacciones químicas. Por ejemplo, los grupos que retiran electrones pueden hacer que el fenol sea más ácido, afectando su biodisponibilidad:

Fenol (C6H5OH) con grupo NO2: C6H4(NO2)OH

La incorporación de grupos ricos en electrones o deficientes en electrones puede afectar la afinidad de una molécula por un objetivo biológico.

Balance hidrofóbico/hidrofílico

Las propiedades de solubilidad y partición son importantes al diseñar medicamentos. El equilibrio óptimo entre propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas asegura que el fármaco pueda cruzar las membranas celulares pero permanecer soluble en los fluidos corporales.

Hidrofóbico Hidrofílico

El coeficiente de partición (log P) de una molécula ayuda a equilibrar estas características.

Estereoscópico

Los compuestos estereoquímicamente diferentes, conocidos como estereoisómeros, a menudo muestran actividades biológicas muy diferentes. Un excelente ejemplo de esto es proporcionado por los enantiómeros del fármaco talidomida:

(+) Enantiómero: Efectos sedantes (-) Enantiómero: Efectos teratogénicos

Técnicas para estudiar SAR

Relación cuantitativa estructura-actividad (QSAR)

QSAR lleva SAR un paso más allá al aplicar métodos matemáticos y estadísticos para predecir cuantitativamente la actividad biológica de los compuestos. Implica el uso de descriptores, que son valores numéricos dados a las propiedades de las moléculas como lipofilia, peso molecular, índices topológicos, y propiedades derivadas de mecánica cuántica.

Actividad = f(descriptor_1, descriptor_2, ..., descriptor_n)

Diseño de fármacos asistido por computadora (CADD)

Los avances modernos han permitido simulaciones por computadora para predecir y optimizar SAR antes de la síntesis experimental. Los métodos utilizados son los siguientes:

  • Acoplamiento molecular
  • Simulación de dinámica molecular
  • Modelado de homología
Molécula Receptor

Estudios de casos y aplicaciones

Estudio de caso: Fármacos antiinflamatorios no esteroideos (AINEs)

Los AINEs como la aspirina, el ibuprofeno y el naproxeno son ejemplos clásicos de acción SAR. Si bien todos tienen efectos antiinflamatorios similares, las diferencias en sus estructuras químicas causan diferencias en su mecanismo de acción y perfil de efectos secundarios.

(Aspirina) C9H8O4 (Ibuprofeno) C13H18O2 (Naproxeno) C14H14O3

Los cambios sutiles en las cadenas laterales alteran la interacción con el receptor, la vida media y la especificidad, afectando el uso terapéutico de cada fármaco.

Estudio de caso: Antibióticos β-lactámicos

La SAR de los antibióticos β-lactámicos como penicilinas y cefalosporinas ilustra cómo se puede combatir la resistencia bacteriana alterando el anillo β-lactámico y las estructuras adyacentes.

Núcleo de penicilina: R-C9H11N2O4S Núcleo de cefalosporina: R-C14H14N2O4S

Conclusión y perspectivas futuras

Entender la SAR es crítico para el diseño racional de nuevos medicamentos. A medida que los investigadores profundizan su comprensión de la SAR, aprovechando las tecnologías modernas como el aprendizaje automático y la inteligencia artificial, el futuro de la química medicinal puede ver una eficiencia aún mayor en el desarrollo de medicamentos, costos más bajos y medicina personalizada.

El descubrimiento de SARs está expandiendo los límites de posibilidad en el diseño de medicamentos, mejorando en última instancia los resultados de salud a nivel mundial.


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Relaciones estructura-actividad

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