藥化原理酶和酶的抑制或失活

酶受體：膜蛋白，與配體形成復合物，引發(fā)生物效應，配體釋放。識別配體，生物效應。酶：溶解于細胞質(zhì)，與底物形成復合物，催化反應，產(chǎn)生產(chǎn)物。識別底物，酶催化底物形成產(chǎn)物。酶催化功能：降低過渡態(tài)或活潑中間體的能量以及提高基態(tài)的能量，過渡態(tài)的壽命短（10-13秒，相當于一次鍵振動的時間）,目前無法用光譜方法直接檢測酶促反應的過渡態(tài)結(jié)構。酶催化的作用假說：21種之多，共同點在于形成酶-底物復合物。鎖和鑰匙假說、誘導契合假說、過渡態(tài)假說當前1頁，總共48頁。酶催化的特異性和加速性當前2頁，總共48頁。酶催化的特異性和加速性當前3頁，總共48頁。酶催化的特異性和加速性酶有多種途徑實現(xiàn)催化作用，穩(wěn)定化過渡態(tài)（降低過渡態(tài)能量）、ES復合物的去穩(wěn)定化（提高基態(tài)能量）、中間體的去穩(wěn)定化和產(chǎn)物釋放當前4頁，總共48頁。酶催化的機理趨近作用：MM3計算也表明，當親核試劑和親電試劑緊密排列，范德華力適當時，活化能由于反應焓的降低而降低，反應速度提高。共價作用：以親核催化作用機理為典型的酶促反應各種蛋白水解酶、絲氨酸蛋白酶（如彈性蛋白酶），半胱氨酸蛋白酶（如木瓜蛋白酶）當前5頁，總共48頁。酶催化的機理廣義的酸堿催化作用：當前6頁，總共48頁。酶催化的機理如果在一定的pH和離子強度下，反應速率隨著緩沖溶液的增加而加快，催化反應的是出氫離子或氫氧根離子外的酸堿，即發(fā)生廣義的酸堿催化反應。通常的化學反應不能同時利用酸堿來催化。酶可以同時利用酸和堿來催化，這與溶液反應不同。當前7頁，總共48頁。酶催化的機理基團的靠近和活性位點殘基的柔性協(xié)調(diào)作用，使得在溶液中幾乎不反應的反應得以進行。靜電作用去溶劑作用張力或變形作用當前8頁，總共48頁。酶的抑制降低酶催化活性或阻止酶的催化作用的藥物即酶抑制劑藥物。腦內(nèi)γ-氨基丁酸（GABA）的濃度減少導致癲癇發(fā)作，抑制GABA分解酶，即GABA氨基轉(zhuǎn)移酶，就可以產(chǎn)生抗驚厥效果。尿酸過量產(chǎn)生痛風，黃嘌呤氧化酶是催化黃嘌呤轉(zhuǎn)化成尿酸的酶，抑制該酶可降低尿酸水平。大多數(shù)情況下，是對現(xiàn)有抑制劑的改進，已知藥物酶抑制作用機理。在未知酶的抑制機理下，設計酶抑制劑。當前9頁，總共48頁。酶的抑制知道疾病過程的病理生理學，也要知道其代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物對正常功能或功能紊亂很重要，也是設計酶抑制劑提供線索。酶的純化相對受體簡單，可以用于初篩和闡明活性部位結(jié)構，有利于利用CAD技術。酶的底物和產(chǎn)物的結(jié)構相似性大，與受體拮抗劑或激動劑的結(jié)構相差大不同。利用宿主和外來物酶的底物特異性設計選擇性酶抑制劑藥物。當前10頁，總共48頁。肽聚糖的合成過程肽聚糖合成分三個階段第一個階段：在細胞質(zhì)中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）

第二個階段：在細胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽與N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖單體—雙糖肽亞單位。第三個階段：已合成的雙糖肽插在細胞膜外的細胞壁生長點中，并交聯(lián)形成肽聚糖。革蘭陽性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽側(cè)鏈、五肽交聯(lián)橋當前11頁，總共48頁。第一階段在細胞質(zhì)中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）?！钸@一階段起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸，它是由葡萄糖經(jīng)一系列反應生成的；☆自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸開始，以后的N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是與糖載體UDP結(jié)合的；當前12頁，總共48頁。當前13頁，總共48頁。第二階段在細胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽與N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖單體———雙糖肽亞單位?！钸@一階段中有一種稱為細菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂質(zhì)載體參與，這是一種由11個類異戊烯單位組成的C35類異戊烯醇，———它通過兩個磷酸基與N-乙酰胞壁酸相連，載著在細胞質(zhì)中形成的胞壁酸到細胞膜上，在那里與N-乙酰葡萄糖胺結(jié)合，并在L-Lys上接上五肽(Gly)5,形成雙糖亞單位。☆這一階段的詳細步驟如圖所示。其中的反應④與⑤分別為萬古霉素和桿菌肽所阻斷。當前14頁，總共48頁。第三階段已合成的雙糖肽插在細胞膜外的細胞壁生長點中，并交聯(lián)形成肽聚糖。這一階段分兩步：第一步：是多糖鏈的伸長———雙糖肽先是插入細胞壁生長點上作為引物的肽聚糖骨架（至少含6~8個肽聚糖單體分子）中，通過轉(zhuǎn)糖基作用（transglycosylation)使多糖鏈延伸一個雙糖單位；第二步：通過轉(zhuǎn)肽酶的轉(zhuǎn)肽作用（transpeptitidation)使相鄰多糖鏈交聯(lián)————轉(zhuǎn)肽時先是D-丙氨酰-D-丙氨酸間的肽鏈斷裂，釋放出一個D-丙氨酰殘基，然后倒數(shù)第二個D-丙氨酸的游離羧基與相鄰甘氨酸五肽的游離氨基間形成肽鍵而實現(xiàn)交聯(lián)。當前15頁，總共48頁。肽聚糖單體的合成G-M-P-P-類脂M-P-P-

類脂 UDPUDP-G ②UDP ①UDP-M

P-類脂 Pi⑤

P-P-類脂桿菌肽④ 萬古霉素 5甘氨酰-tRNA③ 5tRNAG-M-P-P-

類脂當前16頁，總共48頁。當前17頁，總共48頁。萬古霉素的作用機制Nature,2000,406(6797):775-781

當前18頁，總共48頁。細菌對萬古霉素產(chǎn)生耐藥性的作用機制

X=NHD-Ala-D-Ala

X=OD-Ala-D-Lac/D-Ala-D-Ser

Ann.Rev.Microbiol,1984,38:339-357.當前19頁，總共48頁。由轉(zhuǎn)座子Tn1546編碼的各種與萬古霉素耐藥性有關的蛋白。圖

與萬古霉素耐藥性基因和相關蛋白Fig.1-3Genesandrelevantproteinsrelatedtovancomycinresistance當前20頁，總共48頁。選擇性化學修飾的第二代糖肽抗生素不僅把抗菌譜從革蘭氏陽性菌擴展到革蘭氏陰性菌，并且對萬古霉素的耐藥菌也有較好活性。對糖肽抗生素的結(jié)構修飾除了對七肽結(jié)合區(qū)域修飾可以提高與目標肽D－Ala－D－Ala或D－Ala－D－Lactate的親和力，也可以通過其他作用機理提高活性，如在二糖部分增加親脂側(cè)鏈可以與細胞膜相互作用，或用其他的糖基取代萬古糖胺又或在6-氨基酸位置增加糖基，這些修飾可以有助于形成二聚物，從而增加糖肽抗生素對耐糖肽抗生素革蘭氏陽性菌的活性。對糖肽抗生素進行藥物拼合的修飾也是一個不錯的選擇。對糖肽抗生素的修飾研究仍有獲得新抗生素的良好前景。當前21頁，總共48頁。糖肽類抗生素的修飾位點

疏水基團基團修飾添加氨基糖酯化酰胺化疏水氨基酸替代亮氨酸衍生化還原氫化當前22頁，總共48頁。萬古糖胺（vancosamine）的修飾二聚體的形式發(fā)揮抗菌作用與脂質(zhì)體Ⅱ底物結(jié)合，抑制肽聚糖的合成第二代糖肽抗生素的脂基直接結(jié)合并抑制轉(zhuǎn)糖基酶，抑制細菌脂質(zhì)的合成或者是直接作用于細胞膜添加疏水性取代基可維持其抗MRSA活性，且恢復抗VRE活性當前23頁，總共48頁。葡萄糖（glucose）6-羥基的修飾J.Am.Chem.Soc.,2000,122(50):12608-12609Tetrahedron,2002,58(32):6585-6594當前24頁，總共48頁。改變糖基位置或者替換糖基的修飾JournalofAntibiotics,1993,46(8):1181-1195CN1867638J.Am.Chem.Soc.,2005,127(30):10747-10752當前25頁，總共48頁。1-氨基酸N-末端的修飾

J.Am.Chem.Soc.,2000,122(50):12608-12609.Tetrahedron,2002,58(32):6585-6594Bioorganic&MedicinalChemistryLetters2005,15(9):2325-2329.FEMSMicrobiologyLetters,2000,183(2):209-214.Chem.Eur.J.,2001,7(17):3798-3823

當前26頁，總共48頁。7-氨基酸C-末端羧基位置的修飾

CN1781916CN1568325JournalofAntibiotics,2000,53(3):286-293當前27頁，總共48頁。3-天冬酰胺的修飾

Bioorganic&MedicinalChemistryLetters2002,12(9):1319-1322當前28頁，總共48頁。7-氨基酸苯環(huán)的4-H位置的修飾添加疏水性取代基可維持其抗MRSA活性，且恢復抗VRE活性改變了其吸收、分布、代謝及排泄等特性，導致其清除半衰期延長及組織內(nèi)蓄積增加為了恢復藥物良好的體內(nèi)分布，減少肝腎蓄積，增加尿排泄，同時維持抗菌活性，連接一個親水基團

JournalofAntibiotics,1997,50(6):509-513JournalofAntibiotics,2004,57(5):326-336

當前29頁，總共48頁。氯原子的修飾

JournalofOrganicChemistry,1989,54(4):983-986.Antimicrob.AgentsChemother.,1991,35(4):605-609J.Am.Chem.Soc.,1993,115(1):232-237糖肽抗生素是以形成二聚體的形式發(fā)揮抗菌作用

NMR譜圖顯示2-氨基酸殘基的氯原子在形成二聚體時占據(jù)糖肽二聚物表面的一個凹洞當前30頁，總共48頁。Bioorganic&MedicinalChemistryLetters2005,15(9):2325-2329JournalofAntibiotics1998,51(8):750-756閻虎塵曾液相還原烷基化N-去甲萬古霉素，主要合成了N端為亮氨酸烷基化的衍生物，N端烷基化衍生物，結(jié)合常數(shù)下降，對Staphylococcusaureus的活性也相應地降低

“國產(chǎn)萬古霉素”1959年李群等，從貴州土壤中分離出一株近似S.orientalis的放線菌萬-23號1967年，N-去甲萬古霉素經(jīng)華北制藥廠生產(chǎn)，并在中國用于臨床當前31頁，總共48頁。當前32頁，總共48頁。酶的可逆性抑制抑制劑與酶作用，可用Ki和IC50表示。IC50=(1+[S]/Km)Ki抑制劑既可以與底物結(jié)合部位作用抑制，也可在不是底物結(jié)合部位作用抑制。靶酶的底物通常是設計酶抑制的先導物，因此酶抑制劑通常是競爭性抑制劑。簡單競爭性抑制劑底物替代抑制劑過渡態(tài)類似物抑制劑慢的緊密結(jié)合抑制劑當前33頁，總共48頁。簡單競爭性抑制劑當前34頁，總共48頁。簡單競爭性抑制劑Asp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe-His-Leu-Val-IIe-His-Asn血管緊張素原Asp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe-His-Leu血管緊張素I（血管緊張素轉(zhuǎn)化酶ACE）Asp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe血管緊張素II升高血壓、促使釋放甾體激素醛固酮，促使鉀離子排泄和鈉離子及水潴留而調(diào)節(jié)體液，使得血壓升高。ACE:升高血壓的物質(zhì)血管緊張素II和III的生成、刺激另一種升高血壓物質(zhì)醛固酮的釋放、破壞舒張血管和降低血壓的緩激肽當前35頁，總共48頁。簡單競爭性抑制劑1965年發(fā)現(xiàn)南美花紋毒蛇的毒液里有一種肽類混合物，可以抑制緩激肽酶的活性來增強緩激肽的作用。還發(fā)現(xiàn)可以抑制血管緊張素I轉(zhuǎn)化成II.其中有一個五肽Pyr-Lys-Trp-Ala-Pro,隨后不斷發(fā)現(xiàn)有多肽能抑制體外ACE活性，其中替普羅肽Pyr-Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-IIe-Pro-Pro活性最強。大量多肽作為競爭性抑制劑的篩選發(fā)現(xiàn)，N-乙酰化的三肽也是ACE的有效底物，表明制備口服有效的ACE抑制劑是可能的。C端是脯氨酸、接著是丙氨酸。在SK公司篩選的同時，ACE還沒有被純化出來。從EDTA可以抑制ACE的現(xiàn)象，得出ACE酶是一種金屬酶，發(fā)現(xiàn)有Zn離子，推測是與羰基氧配位作用，增加羰基的親電性；另再與一分子水配位，增加水分子的親和性。當前36頁，總共48頁。這兩種分子經(jīng)與鋅離子的配位結(jié)合，降低了水分子進攻可斷裂的肽鍵的活化能，但由于酶結(jié)構未知，不能判斷哪一種肽結(jié)構更好地抑制酶。當前37頁，總共48頁。簡單競爭性抑制劑設想與羧肽酶類似。羧肽酶是一種含鋅的肽酶，