药物设计学(酶抑制剂含实例)

血管紧张
ACE 抑制剂
血管紧张素转 化酶（ACE）
内皮细胞膜表面
素II受体
AngⅡ拮抗剂
缓激肽
缓激肽降解
氯沙坦 Antiotensin II
血管扩张 间接引起血压上升
Receptor Antagonists
实例③血管紧张素转化酶抑制剂 Angiotensin Converting Enzyme Inhibitors
（1）海因类化合物
索比尼尔（sorbinil)：第一个在体内具有较高活性的海因 类化合物。1978年，辉瑞公司(Pfizer)开发。对大鼠晶状 体AR和人胎盘AR的IC50分别为70和680nmol/L，因过敏 反应严重终止于临床实验；
M-16209：对人重组AR 的IC50 为51 nmo l·L - 1； SN K-860：在链氮霉素毒性鼠模型中，可以有效改善周围
疏水结 合口袋
疏水结 合口袋
甲硫氨酸
酶受到抑制 疏水结 合口袋
2、基于机理的不可逆抑制剂 （1）黄素参与的单胺氧化酶（MAO）抑制剂
控制机体内生物胺的水平， 如去甲肾上腺素的浓度
黄素（在单胺氧化酶上）
巴吉林 降压药
活性基团 酶不可逆失活
（2）依赖磷酸吡哆醛的酶抑制剂 GABA转氨酶抑制剂－氨己烯酸
有机磷化合物
羟基
失活酶
酸
解磷定（PAM）等药物可与有机磷杀虫剂结合，使酶和 有机磷杀虫剂分离而复活。
巯基酶
路易士气
失活酶
酸
失活酶 二巯基丙醇（BAL） 巯基酶
结合物
不可逆 抑制剂
定向活性部位抑制剂 基于机理的抑制剂 伪不可逆抑制剂
二、设计原理和方法 1、定向活性部位不可逆抑制剂 （1）α-糜蛋白酶抑制剂
开发新型的竞争性的ARI应成为研究的方向。
2、不可逆抑制剂
抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团 相结合，使酶失活。
•非专一性：抑制剂与酶分子中一类或几类基团共价结合导 致酶失活。 Pb2+、Cu2+、Hg2+ 与酶分子的巯基进行不可逆结合，巯基酶 因此遭受抑制。用二巯基丙醇或二巯基丁二酸钠可使酶复活 。 •专一性：抑制剂专一地与酶的活性中心或其必需基团共价 结合，抑制酶的活性。 有机磷杀虫剂专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基。
底物
酶
反应模式 E S ES → E + P
抑制剂 I
酶-底物 Ki 复合物
产物
特点
酶-抑制剂 EI 复合物
A）I与S结构类似；
B）抑制程度取决于抑制剂与酶的亲和力及底物浓度；
C）排斥性抑制。
丙二酸（延胡索酸）与琥珀酸（丁二酸）竞争琥珀酸脱氢酶
②非竞争性抑制
反应模式 E+ S +I
ES
E+P
+I 抑
依帕司他(eparestat)
对大鼠晶状体、兔晶状体、人胎盘的AR 的IC50均为10 nmo l·L–1， 可以有效预防并且改善糖尿病并发的末梢神经障碍、振动感觉异常等 症状。1996 年，在日本进行了大规模临床试验，最近已在日本上市 。
（2）羧酸类化 合物
GP－1447和SG－210
GABA aminotransferase inhibitor-Vigabatrin
2、基于机理的不可逆抑制剂 （3）β -内酰胺酶抑制剂
舒巴坦
3、过渡态类似物可逆抑制剂 （1）负碳离子样的过渡态类似物可作酶 制剂烯醇离子 羧酸负离子
乙醇酸磷酸酯
二羟基丙酮磷酸酯
促进醛固酮的 合成、分泌
血管收缩
醛固酮分泌
肾素
血管紧张素原
血管紧张素I
453个氨基酸
无活性10肽
血管紧张素转 化酶（ACE）
血管紧张素II 活性8肽
体内调节血压的肾 素-血管紧张素系统
大量存在于血管
内皮细胞膜表面
缓激肽
缓激肽降解
血管扩张 间接引起血压上升
实例③血管紧张素转化酶抑制剂 Angiotensin Converting Enzyme Inhibitors
������ 非竞争性抑制 （non-competitiveinhibition） 反竞争性抑制
（uncompetitive inhibition） 抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可
逆性结合，使酶的活性降低或丧失
①竞争性抑制剂 竞争性抑制作用：抑制剂与底物竞争酶的活性中心， 阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。 磺胺类药物抑制细菌生长。
E+P
可逆性酶抑制剂实例：
实例① 黄嘌呤氧化酶抑制剂
痛风
嘌呤代谢
尿酸过多
次黄嘌呤
黄嘌呤
尿酸
别嘌醇
奥昔嘌醇
磺胺家族的发展
实例③血管紧张素转化酶抑制剂 Angiotensin Converting Enzyme Inhibitors
ACE（血管紧张素转化酶、缓激肽酶）对血压的调节
强烈收缩外周小动脉 重吸收Na+和水，增加血容量 血压上升 0.1 ppm 仍有收缩血管作用
神经传导阻滞, 对体内山梨醇蓄积和肌醇耗尽的有效率分 别为100% 和71%。
（2）羧酸类化 合托物瑞司他（tolrestat)
托瑞司他对牛晶状体AR 的IC50为35 nmo l·L–1，每天2 次、每次200 m g·kg-1 可以有效降低红细胞中山梨醇水平。1989 年，以A lredase 为商 品名在爱尔兰上市，适用于糖尿病继发的周围感觉性神经疾病的治疗。
药物设计学(酶抑制剂含实例).ppt
一、酶抑制剂的类型及实例 抑制作用的类型：
（irreversible inhibition） 不可逆性抑制 抑制剂通常以共价键与酶活性中
心的必需基团相结合，使酶失活
竞争性抑制
（competitive inhibition）
可逆性抑制
（reversible inhibition）
（４）杂环化合物
Tolrestat含有活性基团Ｎ-氨基酸，设计合成含Ｎ-氨酸基 团的杂环化合物，该类化合物均显示较强活性．IC50在（ 0.45-6.0)×10-6mol/l之间。
（４）杂环化合物
Tolrestat，Epalrestat：有一个乙酸基团接在Ｎ或Ｃ上， Sorbinil：酸性Ｈ接在亚胺上； 合成嘧啶基衍生物：６-氧嘧啶-Ｎ-乙酸，（嘧啶基-４-氧）乙 酸，二者在体内外实验中均有较高活性。
卡托普利（开博通，Captopril ）： D-3-巯基-2-甲基丙酰-L-脯氨酸；二肽、两个手性碳(S，S) 第一个口服ACE抑制剂、活性超过替普罗肽 作用：舒张外周血管、降低醛固酮分泌、影响钠离子的重吸收 、降低血容量
不良反应： 皮疹，嗜酸性白细胞增高，味觉丧失及蛋 白尿，与结构中的巯基有关
卡托普利
制
剂
EI + S EIS
酶-抑制剂-底物复合物
特点： a)抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间 无竞争关系； b)抑制程度取决于抑制剂的浓度； c)一种旁若无人式抑制
③反竞争性抑制
反应模式 E+ S
ES
+I
ESI
特点： a)抑制剂只与酶－底物复合物结合； b)抑制程度取决于抑制剂、底物的浓度； c) 一种条件性抑制。
根据ACE活性部位的化学结构设计出的ACE 抑制剂的作用：
–可以抑制AngⅡ的生成
–减少缓激肽的失活 –抗高血压药物
血压上升
血管收缩
醛固酮分泌
肾素
血管紧张素原
血管紧张素I
453个氨基酸
无活性10肽
血管紧张素II 活性8肽
体内调节血压的肾 素-血管紧张素系统
大量存在于血管
血管紧张
ACE 抑制剂
血管紧张素转 化酶（ACE）
ACE（血管紧张素转化酶、缓激肽酶）对血压的调节
强烈收缩外周小动脉 0.1 ppm 仍有收缩血管作用 血压上升
促进醛固酮的合成、 分泌，重吸收Na+和 水，增加血容量
血管收缩
醛固酮分泌
肾素
血管紧张素原
血管紧张素I
453个氨基酸
无活性10肽
血管紧张素II 活性8肽
体内调节血压的肾 素-血管紧张素系统
大量存在于血管
氨己烯酸与GABA竞争GABA转移酶
氨己烯酸
（GABA-T）--磷酸吡哆醛（PLP）
GABA aminotransferase inhibitor-Vigabatrin
GABA aminotransferase inhibitor-Vigabatrin
GABA aminotransferase inhibitor-Vigabatrin
天冬氨酸
组氨酸
丝氨酸
疏水结 合口袋 氢键使酯键等定位在 Ser195的羟基附近
底物
对甲苯磺酰基-L-苯 丙氨酸乙酯
疏水结 合口袋 水解
疏水结 合口袋
对甲苯磺酰基-L-苯 丙氨酰-氯代甲基酮
（TPCK）
His被 烷基化
阻断底物分子进 入活性部位的通 路，且使酶失活
疏水结 合口袋
疏水结 合口袋
α-糜蛋白 酶抑制剂
磷酸吡哆醛 （PLP）
断键的方向取 决于活性部位 蛋白质的性质
醛亚胺
（2）依赖磷酸吡哆醛的酶抑制剂 γ-氨基丁酸转氨酶（GABA-T）抑制剂－氨己烯酸
GABA aminotransferase inhibitor-Vigabatrin 谷氨酸
以磷酸吡哆醛 （PLP）为辅酶
GABA aminotransferase inhibitor-Vigabatrin
依那普利 Enalapril
实例④ 醛糖还原酶抑制剂
醛糖还原酶（ Aldose reductase，AR）
还原性辅酶Ⅱ （NADPH）
葡萄糖 AR V1 山梨醇 山梨醇脱氢酶 V2 果糖
NADPH
许多组织中都有这一途径： 血糖浓度升高时，己糖激酶被葡萄糖饱和，大量葡萄糖经醛糖 还原酶转变为山梨醇； ①V1>V2，②山梨醇分子不易透过细胞膜进入血液循环；在细 胞内大量聚集，引起细胞内高渗效应，细胞水肿，膜通透性变 化，引起一系列病理变化，诱发糖尿病并发症。 如：白内障、视网膜病变、神经病变、肾脏病变。
ACE（血管紧张素转化酶、缓激肽酶）对血压的调节
Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu
Angiotensin I
肾素
血管紧张素原
血管紧张素I
血管紧张素II
453个氨基酸
无活性10肽 活化 活性8肽
Angiotensinogen
Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe
醛糖还原酶抑制剂（ARIs）存在的问题：许多ARIs虽然在体 外实验中活性很好，在体内动物模型中也表现有效作用，但 在临床研究中却往往缺乏疗效。
原因：ARIs缺乏抑制AR的专一性。 目前，开发的ARIs分子中大都具有亲电性的芳香族环状结构 ，与AR的结合主要依赖于它们和AR活性部位口袋之间的疏水 作用，使它们不可避免地也抑制其它具有疏水性的三维活性 口袋结构的醛性酶。因此，均为非竞争性抑制类型。 专一性AR抑制剂应该不仅仅利用AR活性部位口袋的形状与疏 水特性，还应利用AR活性部位口袋中的极性基团。
二肽衍生物构效关系： 模拟C末端的二肽结构具有高抑制活性 D-甲基琥珀酰脯氨酸的活性增强15-20倍
巯基对Zn2+亲和力更大;巯基取代羧基， 巯基烷酰基脯氨酸对ACE的抑制活性增大 1000倍
构效关系
Captopril与ACE的作用
Hypothetical binding of inhibitors to ACE
SG－210 具有吸收快、半衰期长、生物利用度高等 许多优点，是一种很有前途的AR I。
（3）苯并吡喃酮类
Pfister等合成30个7－取代的占吨酮－２－羧酸化合物，测试 对兔晶体醛糖还原酶的抑制活性，6和14显示较强活性。 在10-6 mol/L浓度时，抑制率分别为67%和83%；6 局部使用或 口服，均能延迟半乳糖所致鼠白内障的发生。
血管紧张素转
Angiotensin II
化酶（ACE）Angiotensin-converting enzyme
缓激肽
缓激肽降解 失活
Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro
Bradykinin
实例③血管紧张素转化酶抑制剂 Angiotensin Converting Enzyme Inhibitors
内皮细胞膜表面
素II受体
AngⅡ拮抗剂
缓激肽
缓激肽降解
氯沙坦 Antiotensin II
血管扩张 间接引起血压上升
Receptor Antagonists
1971年从巴西毒蛇的蛇毒分离纯化出九肽替普罗肽（ Teprotide，SQ 20881），–谷-色-脯-精-脯-谷-亮-脯-脯 可抑制ACE ，但口服无效。 羧肽酶抑制剂研究 1973底，发表羧肽酶抑制剂研究结果： –活性中心含有Zn2+，附近有一正电荷， 双电荷酶抑制剂（琥珀酰脯氨酸）对ACE有特异性抑制作 用，但作用很弱