Verander één atoom en het medicijn kan zijn werking verliezen. Dat is de les van structuur-activiteitsrelaties, de studie naar hoe de structuur van een molecuul de biologische activiteit beïnvloedt. Medicinale chemici gebruiken SAR om hun modificaties te sturen. Als het toevoegen van een methylgroep op een bepaalde positie de werkzaamheid verhoogt, proberen ze daar andere groepen toe te voegen. Als het verwijderen van een hydroxylgroep de toxiciteit vermindert, zoeken ze naar andere veranderingen met hetzelfde effect. Het doel is om de structurele kenmerken te vinden die ertoe doen en deze te optimaliseren.

SAR wordt ontwikkeld op basis van testen. Chemici synthetiseren een reeks verwante verbindingen, elk met een kleine structurele verandering, en meten hun activiteit. De gegevens worden in grafieken of tabellen weergegeven, en er komen patronen naar voren. Kwantitatieve SAR, of QSAR, gaat een stap verder door wiskundige modellen te bouwen die activiteit voorspellen op basis van moleculaire eigenschappen. Deze modellen kunnen virtuele bibliotheken screenen voordat er ook maar één verbinding wordt gemaakt. SAR is niet altijd eenvoudig. Een verandering die de potentie verbetert, kan de oplosbaarheid verslechteren, of een modificatie die de toxiciteit vermindert, kan ook de werkzaamheid verminderen. De chemicus moet meerdere eigenschappen tegelijk in balans brengen.

Wat SAR onthult:

• Farmacofoor. De structurele kenmerken die nodig zijn voor activiteit.
• Potentietrends. Hoe veranderingen de benodigde dosis voor effect beïnvloeden.
• Selectiviteit. Hoe veranderingen de binding aan verwante doelen beïnvloeden.
• Metabolische stabiliteit. Hoe veranderingen de afbraak door het lichaam beïnvloeden.
• Toxiciteit. Hoe veranderingen de veiligheid beïnvloeden.

SAR is een iteratief proces. Elke ronde van ontwerp, synthese en testen vormt de basis voor de volgende.