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1、酶和酶的抑制或失活酶和酶的抑制或失活第1页，此课件共52页哦酶酶v受受体体：膜膜蛋蛋白白，与与配配体体形形成成复复合合物物，引引发发生生物物效效应应，配配 体体 释释 放放。识识 别别 配配 体体，生生 物物 效效 应应。v酶酶：溶溶解解于于细细胞胞质质，与与底底物物形形成成复复合合物物，催催化化反反应应，产产生生产产物物。识识别别底底物物，酶酶催催化化底底物物形形成成产产物物。v酶催化功能：降低过渡态或活泼中间体的能量以及酶催化功能：降低过渡态或活泼中间体的能量以及提高基态的能量，过渡态的寿命短（提高基态的能量，过渡态的寿命短（10-13秒，相当秒，相当于一次键振动的时间）于一次键振动的时间
2、）,目前无法用光谱方法直接目前无法用光谱方法直接检测酶促反应的过渡态结构。检测酶促反应的过渡态结构。v酶催化的作用假说：酶催化的作用假说：21种之多，共同点在于形成酶种之多，共同点在于形成酶-底物复合物。锁和钥匙假说、诱导契合假说、过底物复合物。锁和钥匙假说、诱导契合假说、过渡态假说渡态假说第2页，此课件共52页哦酶催化的特异性和加速性酶催化的特异性和加速性第3页，此课件共52页哦酶催化的特异性和加速性酶催化的特异性和加速性第4页，此课件共52页哦酶催化的特异性和加速性酶催化的特异性和加速性v酶有多种途径实现催化作用，稳定化过渡态（降酶有多种途径实现催化作用，稳定化过渡态（降低过渡态能量）、低
3、过渡态能量）、ES复合物的去稳定化（提高基复合物的去稳定化（提高基态能量）、中间体的去稳定化和产物释放态能量）、中间体的去稳定化和产物释放第5页，此课件共52页哦酶催化的机理酶催化的机理v趋近作用：趋近作用：MM3计算也表明，当亲核试剂和亲电试计算也表明，当亲核试剂和亲电试剂紧密排列，范德华力适当时，活化能由于反应焓剂紧密排列，范德华力适当时，活化能由于反应焓的降低而降低，反应速度提高。的降低而降低，反应速度提高。v共价作用：以亲核催化作用机理为典型的酶促反应共价作用：以亲核催化作用机理为典型的酶促反应各种蛋白水解酶、丝氨酸蛋白酶（如弹性蛋白酶），半胱氨酸蛋白酶（如木瓜蛋白酶）第6页，此课件共
4、52页哦酶催化的机理酶催化的机理v广义的酸碱催化作用：广义的酸碱催化作用：第7页，此课件共52页哦酶催化的机理酶催化的机理v如果在一定的如果在一定的pH和离子强度下，反应速率随着和离子强度下，反应速率随着缓冲溶液的增加而加快，催化反应的是出氢离子缓冲溶液的增加而加快，催化反应的是出氢离子或氢氧根离子外的酸碱，即发生广义的酸碱催化或氢氧根离子外的酸碱，即发生广义的酸碱催化反应。通常的化学反应不能同时利用酸碱来催化。反应。通常的化学反应不能同时利用酸碱来催化。v酶可以同时利用酸和碱来催化，这与溶液反应酶可以同时利用酸和碱来催化，这与溶液反应不同。不同。第8页，此课件共52页哦酶催化的机理酶催化的机
5、理v基团的靠近和活性位点残基的柔性协调作用，使基团的靠近和活性位点残基的柔性协调作用，使得在溶液中几乎不反应的反应得以进行。得在溶液中几乎不反应的反应得以进行。v静电作用静电作用v去溶剂作用去溶剂作用v张力或变形作用张力或变形作用第9页，此课件共52页哦酶的抑制酶的抑制v降低酶催化活性或阻止酶的催化作用的药物即酶降低酶催化活性或阻止酶的催化作用的药物即酶抑制剂药物。抑制剂药物。v脑内脑内-氨基丁酸（氨基丁酸（GABA）的浓度减少导致癫痫发）的浓度减少导致癫痫发作，抑制作，抑制GABA分解酶，即分解酶，即GABA氨基转移酶，氨基转移酶，就可以产生抗惊厥效果。就可以产生抗惊厥效果。v尿酸过量产生痛
6、风，黄嘌呤氧化酶是催化黄嘌呤尿酸过量产生痛风，黄嘌呤氧化酶是催化黄嘌呤转化成尿酸的酶，抑制该酶可降低尿酸水平。转化成尿酸的酶，抑制该酶可降低尿酸水平。v大多数情况下，是对现有抑制剂的改进，已知药大多数情况下，是对现有抑制剂的改进，已知药物酶抑制作用机理。物酶抑制作用机理。v在未知酶的抑制机理下，设计酶抑制剂。在未知酶的抑制机理下，设计酶抑制剂。第10页，此课件共52页哦酶的抑制酶的抑制v知道疾病过程的病理生理学，也要知道其代谢产知道疾病过程的病理生理学，也要知道其代谢产物，这些代谢产物对正常功能或功能紊乱很重要，物，这些代谢产物对正常功能或功能紊乱很重要，也是设计酶抑制剂提供线索。也是设计酶抑
7、制剂提供线索。v酶的纯化相对受体简单，可以用于初筛和阐明活酶的纯化相对受体简单，可以用于初筛和阐明活性部位结构，有利于利用性部位结构，有利于利用CAD技术。技术。v酶的底物和产物的结构相似性大，与受体拮抗剂酶的底物和产物的结构相似性大，与受体拮抗剂或激动剂的结构相差大不同。或激动剂的结构相差大不同。v利用宿主和外来物酶的底物特异性设计选择性酶利用宿主和外来物酶的底物特异性设计选择性酶抑制剂药物。抑制剂药物。第11页，此课件共52页哦肽聚糖的合成过程肽聚糖的合成过程v肽聚糖合成分三个阶段肽聚糖合成分三个阶段 第一个阶段：第一个阶段：在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）第二个阶段
8、：在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体双糖肽亚单位。第三个阶段：已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中，并交联形成肽聚糖。革兰阳性菌肽聚糖聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥第12页，此课件共52页哦第一阶段第一阶段v在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）。v这一阶段起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸，它是由葡萄糖经一系列反应生成的；v自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸开始，以后的N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是与糖载体UDP结合的；第13页，此课件共52页哦第14页，此课件共52页哦第二阶段第二阶段v在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙
9、酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体双糖肽亚单位。v这一阶段中有一种称为细菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂质载体参与，这是一种由11个类异戊烯单位组成的C35 类异戊烯醇，它 通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连，载着在细胞质中形成的胞壁酸到细胞膜上，在那里与N-乙酰葡萄糖胺结合，并在L-Lys上接上五肽(Gly)5,形成双糖亚单位。v这一阶段的详细步骤如图所示。其中的反应与分别为万古霉素和杆菌肽所阻断。第15页，此课件共52页哦第三阶段第三阶段v已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中，并交联形成肽聚糖。v这一阶段分两步：v第一步：是多糖链的伸长双糖肽先是插入细胞壁生长点上作为引物的肽聚糖骨架
10、（至少含68个肽聚糖单体分子）中，通过转糖基作用（transglycosylation)使多糖链延伸一个双糖单位；v第二步：通过转肽酶的转肽作用（transpeptitidation)使相邻多糖链交联转肽时先是D-丙氨酰-D-丙氨酸间的肽链断裂，释放出一个D-丙氨酰残基，然后倒数第二个D-丙氨酸的游离羧基与相邻甘氨酸五肽的游离氨基间形成肽键而实现交联。第16页，此课件共52页哦肽聚糖单体的合成肽聚糖单体的合成G-M-P-P-类脂 M-P-P-类脂UDPUDP-G UDPUDP-M P-类脂Pi P-P-类脂杆菌肽万古霉素5 甘氨酰-tRNA 5 tRNAG-M-P-P-类脂第17页，此课件共5
11、2页哦第18页，此课件共52页哦万古霉素的作用机制Nature,2000,406(6797):775-781 第19页，此课件共52页哦细菌对万古霉素产生耐药性的作用机制 X=NH D-Ala-D-Ala X=O D-Ala-D-Lac/D-Ala-D-Ser Ann.Rev.Microbiol,1984,38:339-357.第20页，此课件共52页哦由转座子Tn1546编码的各种与万古霉素耐药性有关的蛋白。图图 与万古霉素耐药性基因和相关蛋白与万古霉素耐药性基因和相关蛋白Fig.1-3 Genes and relevant proteins related to vancomycin re
12、sistance第21页，此课件共52页哦v选择性化学修饰的第二代糖肽抗生素不仅把抗菌谱从革兰氏阳性菌扩展到革选择性化学修饰的第二代糖肽抗生素不仅把抗菌谱从革兰氏阳性菌扩展到革兰氏阴性菌，并且对万古霉素的耐药菌也有较好活性。对糖肽抗生素的结构兰氏阴性菌，并且对万古霉素的耐药菌也有较好活性。对糖肽抗生素的结构修饰除了对七肽结合区域修饰可以提高与目标肽修饰除了对七肽结合区域修饰可以提高与目标肽DAlaDAla或或DAlaDLactate的亲和力，也可以通过其他作用机理提高活性，如在二糖部分增的亲和力，也可以通过其他作用机理提高活性，如在二糖部分增加亲脂侧链可以与细胞膜相互作用，或用其他的糖基取代万
13、古糖胺又或在加亲脂侧链可以与细胞膜相互作用，或用其他的糖基取代万古糖胺又或在6-氨基酸位置增加糖基，这些修饰可以有助于形成二聚物，从而增加糖肽抗生素对氨基酸位置增加糖基，这些修饰可以有助于形成二聚物，从而增加糖肽抗生素对耐糖肽抗生素革兰氏阳性菌的活性。对糖肽抗生素进行药物拼合的修饰也是一个耐糖肽抗生素革兰氏阳性菌的活性。对糖肽抗生素进行药物拼合的修饰也是一个不错的选择。不错的选择。v对糖肽抗生素的修饰研究仍有获得新抗生素的良好前景。对糖肽抗生素的修饰研究仍有获得新抗生素的良好前景。第22页，此课件共52页哦糖肽类抗生素的修饰位点 疏水基团基团修饰添加氨基糖酯化酰胺化疏水氨基酸替代亮氨酸衍生化还
14、原氢化第23页，此课件共52页哦万古糖胺（万古糖胺（vancosamine）的修饰）的修饰 修饰位点修饰位点化合物化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB万古糖胺万古糖胺胺基胺基Oritavancin11-8-1-40.125Telavancin0.520.54-8-v二聚体的形式发挥抗菌作用v与脂质体底物结合，抑制肽聚糖的合成v第二代糖肽抗生素的脂基直接结合并抑制转糖基酶，抑制细菌脂质的合成v或者是直接作用于细胞膜 v添加疏水性取代基添加疏水性取代基可维持其抗可维持其抗MRSA 活性，且恢复抗活性，且恢复抗VRE活性活性第24页，此课件共52页哦葡萄糖（葡萄糖（gl
15、ucose）6-羟基的修饰羟基的修饰 J.Am.Chem.Soc.,2000,122(50):12608-12609 Tetrahedron,2002,58(32):6585-6594 修饰修饰位点位点化合物化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB葡萄葡萄糖糖6-羟基羟基2a50-Eremomycin0.13-0.5-128-第26页，此课件共52页哦 1-氨基酸N-末端的修饰 J.Am.Chem.Soc.,2000,122(50):12608-12609.Tetrahedron,2002,58(32):6585-6594 Bioorganic&Medicinal C
16、hemistry Letters 2005,15(9):2325-2329.FEMS Microbiology Letters,2000,183(2):209-214.Chem.Eur.J.,2001,7(17):3798-3823 修饰修饰位点位点化合物化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB1-氨氨基酸基酸的的N-末端末端氨基氨基A51568A0.5-1-vancomycin0.5-1-M43D1-2-M43A1-2-4a10-10-4b10-10-4c5-10-4d5-10-4eNo activity-No activity-4f4-16-第27页，此课件共52
17、页哦7-氨基酸C-末端羧基位置的修饰 CN1781916 CN1568325Journal of Antibiotics,2000,53(3):286-293修饰修饰位点位点化合物化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB7-氨基酸的C-末端羧基Dalbavancin0.06-0.1220.121281THRX-11790.1-5a1-0.5115b1-0.5415c2-0.581第28页，此课件共52页哦3-天冬酰胺的修饰 Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters 2002,12(9):1319-1322 修饰修饰位点位点化合物化合
18、物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB3-天冬酰胺6a20-320-3206b10-640-320第29页，此课件共52页哦7-氨基酸苯环的4-H位置的修饰v添加疏水性取代基可维持其抗添加疏水性取代基可维持其抗MRSA 活性，活性，且恢复抗且恢复抗VRE活性活性v改变了其吸收、分布、代谢及排泄等特性，导改变了其吸收、分布、代谢及排泄等特性，导致其清除半衰期延长及组织内蓄积增加致其清除半衰期延长及组织内蓄积增加 v为了恢复药物良好的体内分布，减少肝肾蓄积，为了恢复药物良好的体内分布，减少肝肾蓄积，增加尿排泄，同时维持抗菌活性，连接一个增加尿排泄，同时维持抗菌活性，连接一个
19、亲水基团亲水基团 修饰修饰位点位点化合物化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB7-氨基酸苯环的4-H位置Telavancin0.520.54-8-7a0.5-2-128-7b0.13-0.25-8-7c4-32-128-Journal of Antibiotics,1997,50(6):509-513 Journal of Antibiotics,2004,57(5):326-336 第30页，此课件共52页哦氯原子的修饰 Journal of Organic Chemistry,1989,54(4):983-986.Antimicrob.Agents Chemot
20、her.,1991,35(4):605-609 J.Am.Chem.Soc.,1993,115(1):232-237 糖肽抗生素是以形成二聚体的形式发挥抗菌作用 NMR谱图显示2-氨基酸残基的氯原子在形成二聚体时占据糖肽二聚物表面的一个凹洞 修饰修饰位点位点化合物化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB氯原子A82846A0.5-128-A82846B0.063-64-16-A82846C0.5-64-Orienticin A0.25-64-第31页，此课件共52页哦E.faecalis(ATCC 29212)vancomycin-resistant E.faecal
21、is(ATCC 51299)S.aureus(ATCC 29213)Methicillin resistant S.aureus Vancomycin 2.5100.621.25Demethylvancomycin 2.5100.60.6Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters 2005,15(9):2325-2329 Journal of Antibiotics 1998,51(8):750-756 阎虎尘曾液相还原烷基化N-去甲万古霉素，主要合成了N端为亮氨酸烷基化的衍生物，N端烷基化衍生物，结合常数下降，对Staphylococcus aureus 的
22、活性也相应地降低“国产万古霉素”1959年李群等，从贵州土壤中分离出一株近似S.orientalis的放线菌万-23号 1967年，N-去甲万古霉素经华北制药厂生产，并在中国用于临床 第32页，此课件共52页哦第33页，此课件共52页哦酶的可逆性抑制酶的可逆性抑制v抑制剂与酶作用，可用抑制剂与酶作用，可用Ki和和IC50表示。表示。vIC50=(1+S/Km)Kiv抑制剂既可以与底物结合部位作用抑制，也可在抑制剂既可以与底物结合部位作用抑制，也可在不是底物结合部位作用抑制。不是底物结合部位作用抑制。v靶酶的底物通常是设计酶抑制的先导物，因此酶靶酶的底物通常是设计酶抑制的先导物，因此酶抑制剂通常
23、是竞争性抑制剂。抑制剂通常是竞争性抑制剂。I.简单竞争性抑制剂简单竞争性抑制剂II.底物替代抑制剂底物替代抑制剂III.过渡态类似物抑制剂过渡态类似物抑制剂IV.慢的紧密结合抑制剂慢的紧密结合抑制剂第34页，此课件共52页哦简单竞争性抑制剂简单竞争性抑制剂第35页，此课件共52页哦简单竞争性抑制剂简单竞争性抑制剂vAsp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe-His-Leu-Val-IIe-His-Asn 血管紧张素原血管紧张素原vAsp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe-His-Leu 血管紧血管紧张素张素I（血管紧张素转化酶（血管紧张素转化酶ACE）
24、vAsp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe 血管紧张素血管紧张素IIv升高血压、促使释放甾体激素醛固酮，促使钾离升高血压、促使释放甾体激素醛固酮，促使钾离子排泄和钠离子及水潴留而调节体液，使得血压子排泄和钠离子及水潴留而调节体液，使得血压升高。升高。vACE:升高血压的物质血管紧张素升高血压的物质血管紧张素II和和III的生成、的生成、刺激另一种升高血压物质醛固酮的释放、破坏舒刺激另一种升高血压物质醛固酮的释放、破坏舒张血管和降低血压的缓激肽张血管和降低血压的缓激肽第36页，此课件共52页哦简单竞争性抑制剂简单竞争性抑制剂v1965年发现南美花纹毒蛇的毒液里有一种肽类混合
25、物，可以抑制缓激肽酶的年发现南美花纹毒蛇的毒液里有一种肽类混合物，可以抑制缓激肽酶的活性来增强缓激肽的作用。还发现可以抑制血管紧张素活性来增强缓激肽的作用。还发现可以抑制血管紧张素I转化成转化成II.其中有一个其中有一个五肽五肽Pyr-Lys-Trp-Ala-Pro,随后不断发现有多肽能抑制体外随后不断发现有多肽能抑制体外ACE活性，其中替活性，其中替普罗肽普罗肽Pyr-Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-IIe-Pro-Pro活性最强。活性最强。v大量多肽作为竞争性抑制剂的筛选发现，大量多肽作为竞争性抑制剂的筛选发现，N-乙酰化的三肽也是乙酰化的三肽也是ACE的有效底物，的有效底物，表明
26、制备口服有效的表明制备口服有效的ACE抑制剂是可能的。抑制剂是可能的。C端是脯氨酸、接着是丙氨酸。在端是脯氨酸、接着是丙氨酸。在SK公司筛选的同时，公司筛选的同时，ACE还没有被纯化出来。从还没有被纯化出来。从EDTA可以抑制可以抑制ACE的现象，得出的现象，得出ACE酶是一种金属酶，发现有酶是一种金属酶，发现有Zn离子，推测是与羰基氧配位作用，增加羰基的离子，推测是与羰基氧配位作用，增加羰基的亲电性；另再与一分子水配位，增加水分子的亲和性。亲电性；另再与一分子水配位，增加水分子的亲和性。第37页，此课件共52页哦这两种分子经与锌离子的配位结合，降低了水分子进攻可断裂的肽键的活化能，但由于酶结
27、构未知，不能判断哪一种肽结构更好地抑制酶。第38页，此课件共52页哦简单竞争性抑制剂简单竞争性抑制剂v设想与羧肽酶类似。设想与羧肽酶类似。v羧肽酶是一种含锌的肽酶，有羧肽酶是一种含锌的肽酶，有X射线衍射晶体结构。射线衍射晶体结构。羧肽酶和多肽之间有三个重要的结合部位：羧肽酶和多肽之间有三个重要的结合部位：I.与羧酸结合的基团与羧酸结合的基团II.和和C端氨基酸侧链结合的基团端氨基酸侧链结合的基团III.能和倒数第二个肽键（即可断裂）配位的锌离子能和倒数第二个肽键（即可断裂）配位的锌离子v已知已知R-苄基琥珀酸能和上述三个位点结合，是一苄基琥珀酸能和上述三个位点结合，是一种羧肽酶的抑制剂种羧肽酶
28、的抑制剂第39页，此课件共52页哦v电子等排体电子等排体CH2代替氨基，用巯基代替羧基代替氨基，用巯基代替羧基第40页，此课件共52页哦v卡托普利的早期阶段有皮疹和味觉消失的副作用，卡托普利的早期阶段有皮疹和味觉消失的副作用，Merk公司对其研究，发现青霉胺也有该作用，推公司对其研究，发现青霉胺也有该作用，推测是巯基导致副作用。测是巯基导致副作用。依那普利拉第41页，此课件共52页哦v由于依那普利拉口服吸收差，就将酸作成酯，即依那普利由于依那普利拉口服吸收差，就将酸作成酯，即依那普利第42页，此课件共52页哦作用时间延长第43页，此课件共52页哦双重作用酶抑制剂双重作用酶抑制剂v下一代抗高血压
29、药物下一代抗高血压药物v中性内肽酶（中性内肽酶（NEP）能使心钠素降解失活，心钠素）能使心钠素降解失活，心钠素是心脏产生的是心脏产生的32肽，扩张血管和抑制醛固酮产生。肽，扩张血管和抑制醛固酮产生。奥马曲拉第44页，此课件共52页哦慢速紧密结合抑制剂慢速紧密结合抑制剂v理论基础：理论基础：v快速可逆抑制剂和共价不可逆抑制剂的中间形式快速可逆抑制剂和共价不可逆抑制剂的中间形式v原因不明：原因不明：v良好的底物类似物良好的底物类似物v过渡态类似物，结合慢、解离慢过渡态类似物，结合慢、解离慢第45页，此课件共52页哦示例示例-他汀类药物他汀类药物v青霉菌青霉菌 美伐他汀美伐他汀(12)(12)v半合
30、成药物辛伐他汀半合成药物辛伐他汀(13)(13)v链霉菌链霉菌 普伐他汀钠普伐他汀钠(14)(14)第46页，此课件共52页哦从微生物中发现新药v活性强的全合成活性强的全合成HMG CoA还还原原酶酶抑制抑制剂剂氟伐他汀钠氟伐他汀钠,阿托阿托伐他汀钙伐他汀钙 第47页，此课件共52页哦第48页，此课件共52页哦第49页，此课件共52页哦v优化关系：优化关系：v确定内酯环及其立体性的重要性确定内酯环及其立体性的重要性v测定内酯环开环水解的能力测定内酯环开环水解的能力v确定连接内酯环和亲脂基团的片段的最佳长度和确定连接内酯环和亲脂基团的片段的最佳长度和结构结构v亲脂基团的大小和形状亲脂基团的大小和形状v结论：结论：羧酸负离子、两羟基处于赤式无取代羧酸负离子、两羟基处于赤式无取代第50页，此课件共52页哦v5-脂氧合酶需要铁离子作辅助脂氧合酶需要铁离子作辅助因子，解释如何抑制该酶。因子，解释如何抑制该酶。第51页，此课件共52页哦v强效抗病毒药物强效抗病毒药物AG7088的设计用于抑制细小核糖的设计用于抑制细小核糖酸病毒蛋白酶，为什么要把酸病毒蛋白酶，为什么要把A-E部分整合到分子结部分整合到分子结构中。构中。第52页，此课件共52页哦