Modificar un átomo puede hacer que el fármaco deje de funcionar. Esta es la lección de las relaciones estructura-actividad, el estudio de cómo la estructura de una molécula afecta su actividad biológica. Los químicos farmacéuticos utilizan estas relaciones para guiar sus modificaciones. Si añadir un grupo metilo en una posición determinada aumenta la potencia, intentan añadir otros grupos en ese mismo lugar. Si eliminar un grupo hidroxilo reduce la toxicidad, buscan otros cambios que tengan el mismo efecto. El objetivo es encontrar las características estructurales clave y optimizarlas.

La relación estructura-actividad (SAR) se basa en pruebas. Los químicos sintetizan una serie de compuestos relacionados, cada uno con un pequeño cambio estructural, y miden su actividad. Los datos se representan gráficamente o se tabulan, y surgen patrones. La relación estructura-actividad cuantitativa (QSAR) va más allá, construyendo modelos matemáticos que predicen la actividad a partir de las propiedades moleculares. Estos modelos pueden analizar bibliotecas virtuales antes de la síntesis de cualquier compuesto. La SAR no siempre es sencilla. Un cambio que mejora la potencia puede empeorar la solubilidad, o una modificación que reduce la toxicidad puede también reducir la eficacia. El químico debe equilibrar múltiples propiedades simultáneamente.

Lo que revela el SAR:

• Farmacóforo. Las características estructurales necesarias para la actividad.
• Tendencias de potencia. Cómo afectan los cambios a la dosis necesaria para obtener el efecto deseado.
• Selectividad. Cómo afectan los cambios a la unión a objetivos relacionados.
• Estabilidad metabólica. Cómo afectan los cambios a la descomposición por parte del cuerpo.
• Toxicidad. Cómo afectan los cambios a la seguridad.

SAR es un proceso iterativo. Cada ronda de diseño, síntesis y pruebas sirve de base para la siguiente.