第三章 酶抑制剂和肽拟似物1(研修)

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第三章 酶抑制剂和肽拟似物
一、酶抑制剂 生物体内有几千种酶, 生物体内有几千种酶,每一种酶催化一种或一 组底物的反应。在一个代谢过程中, 组底物的反应。在一个代谢过程中,有一组酶 的参与。 的参与。 经一个或数个酶促反应,完成各类底物的代谢, 经一个或数个酶促反应,完成各类底物的代谢, 以维持生物体的新陈代谢。 以维持生物体的新陈代谢。
OH NADPH OH OH NADP
O
O
O H
H
该酶有二种亚型: 型主要分布于头皮毛囊, 该酶有二种亚型:Ⅰ型主要分布于头皮毛囊, 型主要分布在前列腺组织。 Ⅱ型主要分布在前列腺组织。
O
H N O
H N
O
N H H 非那甾胺 F 3C O H N
HO O 依立雄胺
CF3
O
N H H
杜泰立 特
3). 不可逆抑制剂
OH N N N N H HO XO N N OH N XO N H HO N N OH N OH N H
次黄嘌呤
OH N N N H N XO HO N
黄嘌呤
OH N N N H
尿酸
别嘌醇
奥昔嘌醇
b.逆转录酶抑制剂 b.逆转录酶抑制剂 (Reverse transcriptase inhibitors)
c.反竞争性抑制剂 c.反竞争性抑制剂
反竞争性抑制剂或称混合型抑制剂, 反竞争性抑制剂或称混合型抑制剂,它是在酶必须先 与底物作用形成复合物后再与其结合。 与底物作用形成复合物后再与其结合。 同时改变酶促反应中的Km和最大反应速率。 和最大反应速率。 同时改变酶促反应中的 和最大反应速率
S E I ESI ES E P
特点: 特点: 具有烷基化或酰化( 具有烷基化或酰化(磷 酰化) 酰化)的功能 分类: 分类: 1.定向活性部位抑制剂 定向活性部位抑制剂 2.基于机理的抑制剂 基于机理的抑制剂
定义
酶抑制剂是指那些可限制酶催化底物的反应能 力的化学物质。 力的化学物质。 变性剂:影响酶活性的因素(热、紫外线、 紫外线、 变性剂:影响酶活性的因素( pH)。 )。 抑制剂作为药物的治疗基础是通过限制酶催化 底物的反应能力, 底物的反应能力,使底物浓度增高或代谢产物 浓度下降,以达到症状的改善。 浓度下降,以达到症状的改善。
在设计和合成竞争性抑制剂研究中,常出现体外 在设计和合成竞争性抑制剂研究中,常出现体外 有效的化合物在体内却是无效的 失效的原因: 有效的化合物在体内却是无效的。失效的原因: 的化合物在体内却是无效 抑制剂没有适当的脂水分配系数, ①抑制剂没有适当的脂水分配系数,因而不易穿过 多种细胞膜而达到靶酶。 多种细胞膜而达到靶酶。 抑制剂到达靶酶只引起短暂的抑制效应, ②抑制剂到达靶酶只引起短暂的抑制效应,以后由 于底物的逆转作用使抑制水平达到稳态平衡, 于底物的逆转作用使抑制水平达到稳态平衡,而 在这种抑制水平上还不足以引起药理效应。 在这种抑制水平上还不足以引起药理效应。 靶酶在代谢途径中不是催化处于决定速率的步骤, ③靶酶在代谢途径中不是催化处于决定速率的步骤, 因而亦不能发挥最大效率, 因而亦不能发挥最大效率,故抑制作用对代谢过 程几乎无影响。 程几乎无影响。
Ki ——EI的解离常数, Ki值小(10-5--10-8mol)表 的解离常数, 值小( 的解离常数 ) 结合强, 示I与E结合强,使Km增加 与 结合强
注意: 注意: 抑制剂浓度大大超过底物浓度时, ①抑制剂浓度大大超过底物浓度时,酶的活性中心全部 被抑制剂所占领,酶则不能与底物结合, 被抑制剂所占领,酶则不能与底物结合,因而受到抑 制。 ②底物浓度大大超过抑制剂浓度时,抑制剂不能与酶结 底物浓度大大超过抑制剂浓度时, 合而失去其抑制能力。 合而失去其抑制能力。 磺胺类药物对于细菌生长的抑制就是一个明显的示例。 磺胺类药物对于细菌生长的抑制就是一个明显的示例。 用作药物的可逆性酶抑制剂主要属于竞争性类型。 用作药物的可逆性酶抑制剂主要属于竞争性类型。
一般不结合在活性部位, 一般不结合在活性部位,仅改变酶促反应中最 大反应速率的参数。 大反应速率的参数。 因为底物和这类抑制剂与酶结合的部位和方式 的不同,所以与竞争性抑制剂不同的是, 的不同,所以与竞争性抑制剂不同的是,增加 底物的浓度不能改变被抑制的状态。 底物的浓度不能改变被抑制的状态。 在非竞争性抑制剂的作用下, 在非竞争性抑制剂的作用下,最大反应速率减 而米氏常数Km不变。 不变。 小,而米氏常数 不变
OH TTP TMPNPP
OH
c. 羟甲戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制剂 羟甲戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制剂
CH3 HO 2CH3COCoA CH3COCH2COCoA COOH O SCoA HMG CoA CH3 HMG CoA reductase NHDPH HO COOH OH 羟甲 戊酸 鲨烯 胆固醇
1).可逆性抑制剂 1).可逆性抑制剂(Reversible Inhibitors) 可逆性抑制剂( Inhibitors)
可逆性抑制剂的作用方式类型( 可逆性抑制剂的作用方式类型(抑制剂干预酶催化反 应的方式): 应的方式): 竞争性抑制剂(Competitive Inhibitors) 竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂(Noncompetitive Inhibitors) 非竞争性抑制剂 反竞争性抑制剂(Uncompetitive Inhibitors) 反竞争性抑制剂
H3C O O H3 C O R1
O R1=R2=H R1=H , R2=CH3 CH3 R1=R2=CH3 美 伐 他汀 洛伐 他 汀 西 伐 他汀
Ki=1.0mmol 0.6 0.2
R2
d.血管紧张素转化酶 ACE) d.血管紧张素转化酶(ACE)抑制剂 血管紧张素转化酶(
血管紧张素Ⅰ→ 血管紧张素Ⅱ→ 血管紧张素酶原 → 血管紧张素Ⅰ→ 血管紧张素Ⅱ→ 血管收缩 → 外周阻力增加 → 血压升高 Asp-Arg-Val-Tyr-Ileu-His-Pro-Phe-His-Leu-Val-Ileu-His-Protein 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 肾素 Asp-Arg-Val-Tyr-Ileu-His-Pro-Phe-His-Leu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 血管紧张素Ⅰ ACE Asp-Arg-Val-Tyr-Ileu-His-Pro-Phe 1 2 3 4 5 6 7 8 血管紧张素Ⅱ
抑制剂必须到达作用部位即靶酶, 抑制剂必须到达作用部位即靶酶,且在那里要维持一 定的浓度。影响这一要求的因素有排泄、 定的浓度。影响这一要求的因素有排泄、代谢速率以 及为转运到靶酶所要求具有的恰当的亲脂性与亲水性 比率。 比率。 抑制剂应有特异性,即其作用仅限于靶酶。因为,如 抑制剂应有特异性,即其作用仅限于靶酶。因为, 果与其他酶或维持细胞正常代谢必需的细胞成分反应, 果与其他酶或维持细胞正常代谢必需的细胞成分反应, 在临床上将带来不良的甚至是危险的副作用。曾经认 在临床上将带来不良的甚至是危险的副作用。 为设计仅抑制某种靶酶的专一性抑制剂是不可能的, 为设计仅抑制某种靶酶的专一性抑制剂是不可能的, 但是,随着基于机理抑制剂的出现,为发展更为专一 但是,随着基于机理抑制剂的出现, 基于机理抑制剂的出现 的抑制剂提供了可能。 的抑制剂提供了可能。
可逆性抑制剂用作药物时,作用时间较短, 可逆性抑制剂用作药物时,作用时间较短,需 定时不断地给药 原因:代谢与排泄使血药浓度下降,致使平衡 原因:代谢与排泄使血药浓度下降, 改变,造成部分酶还原。 改变,造成部分酶还原。
2). 可逆性抑制剂实例
a. 黄嘌呤氧化酶(XO)抑制剂 黄嘌呤氧化酶( )
酶催化反应的类型与特点
类型: 类型: 水解 氧化 还原 加成 消除 异构 聚合 特点: 特点: 具有底物特异性, 具有底物特异性,体现在对 底物分子的电荷分布 电荷分布和 底物分子的电荷分布和立体 形状的专一性。 形状的专一性。 的专一性
特点: 特点:
一般结构上与底物或反应中间体甚至产物应相似, 一般结构上与底物或反应中间体甚至产物应相似, 这样可以通过与底物相似的方式与酶结合。 这样可以通过与底物相似的方式与酶结合。这种 相似性不仅反映在分子大小上 而且在电子分布 相似性不仅反映在分子大小上,而且在电子分布 分子大小 上亦应相似。因为酶的活性部位大多具有极性, 上亦应相似。因为酶的活性部位大多具有极性, 可应用设计代谢拮抗剂的一个有效方法即相互取 可应用设计代谢拮抗剂的一个有效方法即相互取 代不同电性的取代基,以获得酶抑制剂。 代不同电性的取代基,以获得酶抑制剂。有时在 正常的底物中, 正常的底物中,引入范德华半径相似的原子或基 可得到有效的拮抗剂。 因,可得到有效的拮抗剂。如5-氟尿嘧啶在抗癌 氟尿嘧啶在抗癌 治疗中抑制酶对尿嘧啶的利用。 治疗中抑制酶对尿嘧啶的利用。
在临床上,抑制剂可降低酶的活性, 在临床上,抑制剂可降低酶的活性,减少代谢 物的生成。 物的生成。 以抑制决定速率步骤的酶效果最佳。 以抑制决定速率步骤的酶效果最佳。
1.酶抑制剂的分类 1.酶抑制剂的分类
①成键方式 ②结合方式与抑制作用 可逆性抑制剂: 可逆性抑制剂: 以弱的原子间力如范德华力、氢键、离子力、 以弱的原子间力如范德华力、氢键、离子力、疏水力 与酶结合。 与酶结合。 不可逆性抑制剂: 不可逆性抑制剂: 以共价键与酶结合。 以共价键与酶结合。
O HN O HO O N CH3 O HO PO OH N3 HN O O
O CH3 N O OH N3 O HN CH3 N O O OH HN O O
O CH3 N
胸苷激酶
胸苷酸激酶
HO P O PO
N3
核苷二磷酸激酶
O OH
O OH
O OH
O
HO P O P O PO
N3
O HN O HO O N O HO O CH3 N
b.非竞争性抑制剂 b.非竞争性抑制剂
酶可同时与底物和抑制剂结合,两者没有竞争作用。 酶可同时与底物和抑制剂结合,两者没有竞争作用。 非竞争性抑制剂与酶-底物复合物结合,形成ESI,阻断 非竞争性抑制剂与酶-底物复合物结合,形成 , 复合物分解为产物。 复合物分解为产物。
S E I S EI I ESI ES E P
R HS O N COOH R= COOH COOC2H5 H2NCH2CH2CH2 CO2Et Ph NH O N COOH 赖诺普 利 Ph N NH O COOH 依 那普 利 依那 普利 拉
卡托 普利
e.5α e.5α-还原酶抑制剂
5α-还原酶:是由254个氨基酸组成的肽 5α-还原酶:是由254个氨基酸组成的肽。是一个 个氨基酸组成的肽。 依赖NADPH辅助因子的膜结合酶。 依赖NADPH辅助因子的膜结合酶。是导致前列腺 辅助因子的膜结合酶 增生的重要因素, 增生的重要因素,它能促进睾丸酮转化为二氢睾丸 酮,从而导致前列腺增生。 从而导致前列腺增生。
a.竞争性抑制剂 a.竞争性抑制剂
化学结构上多数与底物相似, 化学结构上多数与底物相似,在与底物竞争酶上的活性 部位,形成不活性的酶-抑制剂复合物( ), ),减少了 部位,形成不活性的酶-抑制剂复合物(EI),减少了 酶和底物的相互作用。 酶和底物的相互作用。
S E Ki I EI ES E P
酶反应的特点
提高反应速率 只改变速率,不改变平衡点; 只改变速率,不改变平衡点;只是加速了平 衡点的到达, 衡点的到达,不改变呈平衡态时底物与产物的 浓度比例 催化的特异性
酶促反应过程: 酶促反应过程:
E+S K1 ES K2 Km 米 氏常 数 : K3 E+P
K2+K3 Km= K1
Km值 10-1—10-6mol Km 衡量复合物结合强度,酶反应的特征参数 衡量复合物结合强度, Km值低,结合能强或亲和力大;Km值高,结合弱或 值低,结合能强或亲和力大; 值高, 亲和力小
ห้องสมุดไป่ตู้
NH2
N
司他夫定 (D4T) O N HO N O N NH
扎西他宾 (DDC) NH2 N O HO S O N
去羟肌苷 (DDI)
拉米夫定
O HN O OH O OH O OH O O N CH3 O OH O OH O OH HN O O
O CH3 N
HO P O P O PO
HO P O P NH PO
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