藥化原理酶和酶的抑制或失活

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(fù)合物，引發(fā)生物效應(yīng)，配體釋放。識別配體，生物效應(yīng)。酶：溶解于細(xì)胞質(zhì)，與底物形成復(fù)合物，催化反應(yīng)，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(dāng)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(yīng)的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)。酶催化的作用假說：21種之多，共同點在于形成酶-底物復(fù)合物。鎖和鑰匙假說、誘導(dǎo)契合假說、過渡態(tài)假說第2頁,共49頁，2024年2月25日，星期天酶催化的特異性和加速性第3頁,共49頁，2024年2月25日，星期天酶催化的特異性和加速性第4頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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(fù)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)物釋放第5頁,共49頁，2024年2月25日，星期天酶催化的機理趨近作用：MM3計算也表明，當(dāng)親核試劑和親電試劑緊密排列，范德華力適當(dāng)時，活化能由于反應(yīng)焓的降低而降低，反應(yīng)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(yīng)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）第6頁,共49頁，2024年2月25日，星期天酶催化的機理廣義的酸堿催化作用：第7頁,共49頁，2024年2月25日，星期天酶催化的機理如果在一定的pH和離子強度下，反應(yīng)速率隨著緩沖溶液的增加而加快，催化反應(yīng)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(yīng)。通常的化學(xué)反應(yīng)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(yīng)不同。第8頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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(yīng)的反應(yīng)得以進行。靜電作用去溶劑作用張力或變形作用第9頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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(dǎo)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(fēng)，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(shè)計酶抑制劑。第10頁,共49頁，2024年2月25日，星期天酶的抑制知道疾病過程的病理生理學(xué)，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(shè)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(gòu)，有利于利用CAD技術(shù)。酶的底物和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)相似性大，與受體拮抗劑或激動劑的結(jié)構(gòu)相差大不同。利用宿主和外來物酶的底物特異性設(shè)計選擇性酶抑制劑藥物。第11頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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(xì)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(xì)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(xì)胞膜外的細(xì)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)橋第12頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第一階段在細(xì)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(yīng)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；第13頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第二階段在細(xì)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。☆這一階段中有一種稱為細(xì)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(xì)胞質(zhì)中形成的胞壁酸到細(xì)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(xì)步驟如圖所示。其中的反應(yīng)④與⑤分別為萬古霉素和桿菌肽所阻斷。第15頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第三階段已合成的雙糖肽插在細(xì)胞膜外的細(xì)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(xì)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)。第16頁,共49頁，2024年2月25日，星期天肽聚糖單體的合成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-

類脂第17頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共49頁，2024年2月25日，星期天萬古霉素的作用機制Nature,2000,406(6797):775-781

第19頁,共49頁，2024年2月25日，星期天細(xì)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.第20頁,共49頁，2024年2月25日，星期天由轉(zhuǎn)座子Tn1546編碼的各種與萬古霉素耐藥性有關(guān)的蛋白。圖

與萬古霉素耐藥性基因和相關(guān)蛋白Fig.1-3Genesandrelevantproteinsrelatedtovancomycinresistance第21頁,共49頁，2024年2月25日，星期天選擇性化學(xué)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(gòu)修飾除了對七肽結(jié)合區(qū)域修飾可以提高與目標(biāo)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(xì)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。第22頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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第23頁,共49頁，2024年2月25日，星期天萬古糖胺（vancosamine）的修飾修飾位點化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB萬古糖胺胺基Oritavancin11-8-1-40.125Telavancin0.520.54-8-二聚體的形式發(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(xì)菌脂質(zhì)的合成或者是直接作用于細(xì)胞膜添加疏水性取代基可維持其抗MRSA活性，且恢復(fù)抗VRE活性第24頁,共49頁，2024年2月25日，星期天葡萄糖（glucose）6-羥基的修飾J.Am.Chem.Soc.,2000,122(50):12608-12609Tetrahedron,2002,58(32):6585-6594修飾位點化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB葡萄糖6-羥基2a<0.03--16-2b0.06--32-第25頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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修飾位點化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB改變糖基AGV0.625-160-80DVV8-16----3a0.25-3.13->50--Eremomycin0.13-0.5-->128-第26頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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

修飾位點化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB1-氨基酸的N-末端氨基A51568A0.5-1----vancomycin0.5-1----M43D1-2----M43A1-2----4a10->10--4b10->10--4c5->10--4d5->10--4eNoactivity--Noactivity-4f4--16-第27頁,共49頁，2024年2月25日，星期天7-氨基酸C-末端羧基位置的修飾CN1781916CN1568325JournalofAntibiotics,2000,53(3):286-293修飾位點化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB7-氨基酸的C-末端羧基Dalbavancin0.06-0.1220.12>1281THRX-1179≤0.1----5a1-0.5115b1-0.5415c2-0.581第28頁,共49頁，2024年2月25日，星期天3-天冬酰胺的修飾Bioorganic&MedicinalChemistryLetters2002,12(9):1319-1322修飾位點化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB3-天冬酰胺6a20-320-3206b10-640-320第29頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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(fù)抗VRE活性改變了其吸收、分布、代謝及排泄等特性，導(dǎo)致其清除半衰期延長及組織內(nèi)蓄積增加為了恢復(fù)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

修飾位點化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB7-氨基酸苯環(huán)的4-H位置Telavancin0.520.54-8-7a0.5-2-->128-7b0.13-0.25--8-7c4-32-->128-JournalofAntibiotics,1997,50(6):509-513JournalofAntibiotics,2004,57(5):326-336

第30頁,共49頁，2024年2月25日，星期天氯原子的修飾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修飾位點化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB氯原子A82846A0.5-->128-A82846B≤0.063--64-16-A82846C0.5-->64-OrienticinA0.25-->64-第31頁,共49頁，2024年2月25日，星期天E.faecalis(ATCC29212)vancomycin-resistantE.faecalis(ATCC51299)S.aureus(ATCC29213)MethicillinresistantS.aureusVancomycin2.5>100.621.25Demethylvancomycin

2.5>10<0.6<0.6Bioorganic&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(yīng)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)，并在中國用于臨床第32頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共49頁，2024年2月25日，星期天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(shè)計酶抑制的先導(dǎo)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)合抑制劑第34頁,共49頁，2024年2月25日，星期天簡單競爭性抑制劑第35頁,共49頁，2024年2月25日，星期天簡單競爭性抑制劑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第36頁,共49頁，2024年2月25日，星期天簡單競爭性抑制劑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?；娜囊彩茿CE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。第37頁,共49頁，2024年2月25日，星期天這兩種分子經(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(gòu)未知，不能判斷哪一種肽結(jié)構(gòu)更好地抑制酶。第38頁,共49頁，2024年2月25日，星期天簡單競爭性抑制劑設(shè)想與羧肽酶類似。羧肽酶是一種含鋅的肽酶，有X射線衍射晶體結(jié)構(gòu)。