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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Química medicinal


La química medicinal es una disciplina basada en una combinación de química y farmacología que se involucra en el diseño, síntesis y desarrollo de agentes farmacéuticos o medicamentos. Combina el poder de la química orgánica con los conocimientos de la farmacología para entender cómo la estructura química afecta la actividad biológica. A nivel de química de pregrado, la química medicinal es un tema amplio, profundizando en los principios de la química orgánica para diseñar moléculas que pueden modificar vías biológicas.

Fundamentos de la química medicinal

Uno de los principios fundamentales de la química medicinal es la relación estructura-actividad (SAR, por sus siglas en inglés), que explora cómo la estructura química de un compuesto afecta su actividad biológica. Para entender SAR, los químicos observan de cerca cómo cambiar diferentes partes de una molécula puede aumentar o disminuir su efectividad como medicamento.

Relación estructura-actividad (SAR)

El enfoque SAR es fundamental para diseñar nuevos agentes terapéuticos en química medicinal. Involucra la modificación sistemática de la estructura química de un compuesto activo conocido para mejorar la eficacia, reducir efectos secundarios o aumentar la selectividad.

Por ejemplo, considere la siguiente modificación de un compuesto aromático simple donde el grupo hidroxilo (-OH) puede ser reemplazado por un grupo metoxi (-OCH3) para aumentar la solubilidad en lípidos:

 
    Estructura Básica:
        benceno-OH

    Estructura Revisada:
        Benceno- OCH3

En este caso, el cambio de un grupo hidroxilo a un grupo metoxi puede aumentar la capacidad del compuesto para penetrar las membranas celulares, lo cual es esencial para su actividad dentro del cuerpo.

Farmacóforos y bioisosterismo

Otro concepto importante en la química medicinal es la identificación del farmacóforo. Un farmacóforo es el conjunto de características estáticas y electrónicas necesarias para asegurar una interacción óptima con un objetivo biológico específico para desencadenar una respuesta biológica.

Los químicos a menudo usan el concepto de bioisosterismo para diseñar nuevos medicamentos. Un bioisótero es un sustituyente químico o grupo que tiene propiedades físicas o químicas similares que producen propiedades biológicas generalmente similares a otro compuesto químico. Este enfoque puede ser esencial para mejorar la eficacia de un fármaco o reducir efectos secundarios.

NH 2 CH 3 NH

En el ejemplo anterior, reemplazar el grupo amina (-NH2) con un grupo metilamina (-CH3 NH) puede modificar la interacción del compuesto con la proteína objetivo sin cambiar significativamente las propiedades generales del compuesto.

Rol de la química orgánica

La química orgánica es la columna vertebral de la química medicinal. Para el diseño y desarrollo de medicamentos, es esencial comprender a fondo los grupos funcionales, la estereoquímica y la geometría molecular.

Grupos funcionales en el diseño de fármacos

Los grupos funcionales juegan un papel importante en el comportamiento de los compuestos farmacéuticos. La presencia o ausencia de grupos funcionales específicos puede alterar sustancialmente las propiedades farmacocinéticas y farmacodinámicas de un fármaco.

Considere la diferencia entre dos grupos funcionales comunes:

-OH (alcohol) -COOH (ácido carboxílico)

Los grupos alcohol (-OH) pueden aumentar la solubilidad en agua y formar enlaces de hidrógeno con moléculas objetivo. Los ácidos carboxílicos (-COOH) pueden participar en reacciones de desprotonación y proporcionar puntos de anclaje en los sitios activos de las enzimas.

Estereoquímica en moléculas de fármacos

La estereoquímica se refiere a la disposición espacial de los átomos en las moléculas y afecta significativamente la acción y el metabolismo de los fármacos. Muchos fármacos existen como enantiómeros: moléculas que son imágenes especulares entre sí.

Los enantiómeros pueden tener efectos muy diferentes en los sistemas biológicos. A menudo, un enantiómero es más biológicamente activo que el otro, por lo que las consideraciones estereoquímicas son importantes durante el diseño de fármacos.

 
    Ejemplo de enantiómeros:
        
    (R)-Ibuprofeno (S)-Ibuprofeno

    Los dos enantiómeros tienen diferentes efectos farmacológicos, siendo el enantiómero (S) la forma más activa para el alivio del dolor.

Comprendiendo el metabolismo de los fármacos

Otro aspecto importante de la química medicinal es el metabolismo: el proceso por el cual los fármacos se transforman dentro del cuerpo. Comprender el metabolismo es crucial para el diseño eficaz de fármacos con perfiles de eficacia y seguridad adecuados.

Durante el metabolismo de los fármacos, las reacciones de funcionalización como la oxidación pueden convertir el fármaco original en metabolitos, que pueden ser activos o inactivos dependiendo de su capacidad para unirse al objetivo previsto. El hígado es el sitio principal para el metabolismo de los fármacos.

Reacciones de Fase I y Fase II

El metabolismo de los fármacos generalmente involucra reacciones de fase I y fase II:

  • Reacciones de Fase I: Estas son reacciones funcionales, como la oxidación, reducción e hidrólisis. Introducen o exponen grupos funcionales, como el hidroxilo, llevando a una forma más soluble en agua (y a menudo inactiva) del fármaco.
  • Reacciones de Fase II: Estas son reacciones de conjugación en las que se incorporan moléculas endógenas (p.ej., ácido glucurónico, sulfato, aminoácidos) al fármaco o sus metabolitos de Fase I. Este proceso aumenta aún más la solubilidad, promoviendo así la excreción renal.
Fármaco original Paso 1 Metabolito de Fase II Fase II

Comprender estas vías metabólicas es importante porque ayuda a los químicos medicinales a predecir los efectos potenciales de los fármacos y a diseñar moléculas que optimicen los aspectos deseables mientras minimizan las consecuencias adversas.

Diseño y desarrollo de compuestos medicinales

Diseñar nuevos compuestos medicinales requiere una mezcla de creatividad y conocimiento científico. Comenzando con un compuesto líder — un compuesto químico que muestra actividad farmacológica o biológica que probablemente sea terapéuticamente útil — los químicos lo modifican sistemáticamente para mejorar la potencia, selectividad y propiedades farmacocinéticas.

 
    Proceso de Desarrollo de Fármacos:
        
    1. Identificar la enfermedad o condición objetivo
    2. Detección e identificación de compuestos líderes
    3. Optimización de Compuestos Líderes
    4. Estudios preclínicos
    5. Ensayos clínicos

A lo largo de este proceso, varias rondas de iteración mejoran las propiedades farmacológicas de los posibles fármacos, asegurando que los compuestos más prometedores avancen a las pruebas clínicas.

Diseño racional de fármacos

El diseño racional de fármacos es una estrategia basada en el diseño basado en estructura o diseño basado en ligandos. Se basa en comprender la estructura 3D de moléculas biológicas objetivo (como enzimas o proteínas receptoras) para diseñar moléculas que interactúen específicamente con estos objetivos.

El conocimiento de la afinidad de unión, eficacia y toxicidad de un compuesto guía el proceso de diseño racional de fármacos. Herramientas como la cristalografía de rayos X y la espectroscopía NMR ayudan a mapear interacciones a nivel molecular, lo que ayuda a refinar compuestos clave.

Ejemplo: Diseñar un inhibidor de enzimas

Los inhibidores de enzimas son un tipo popular de fármacos debido a su capacidad para bloquear reacciones bioquímicas específicas. Al diseñar inhibidores, es importante entender el sitio activo de la enzima.

 
    Objetivos Enzimáticos (simplificados):
        
    Sitio activo: serina hidrolasa

    Diseño del Bloqueador:
    - Grupo reactivo: fluorofosfato
    - Interacción: enlace covalente con la serina en el sitio activo

En este ejemplo, un inhibidor diseñado puede formar enlaces covalentes con el hidrógeno activo en el sitio activo de la enzima, bloqueando efectivamente su actividad.

Desafíos y direcciones futuras

Los desafíos de la química medicinal incluyen predecir y gestionar efectos fuera del objetivo, la resistencia a fármacos y optimizar la entrega de medicamentos. Los avances continuos en la química computacional y la biotecnología siguen presentando nuevas oportunidades para el descubrimiento y diseño de nuevos agentes terapéuticos.

Tecnologías emergentes

Enfoques como la reutilización de medicamentos, la aplicación del aprendizaje automático para la predicción de la actividad de compuestos, y los módulos de entrega de fármacos dirigidos prometen transformar el campo de la química medicinal.

Los avances en medicina personalizada e información genómica también han proporcionado avenidas interesantes para diseñar fármacos que se adapten a los perfiles genéticos de pacientes individuales, marcando un cambio transformacional en nuestro enfoque al tratamiento y la terapia.

En conclusión, la química medicinal es un campo dinámico que combina la química orgánica con conocimientos biológicos para descubrir y diseñar fármacos que promuevan vidas más sanas y largas. A medida que avanzan la tecnología y la comprensión científica, el potencial para generar terapias más sofisticadas y efectivas se vuelve cada vez más prometedor.


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