藥物設計學酶抑制劑含實例

關(guān)于藥物設計學酶抑制劑含實例第1頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一、酶抑制劑的類型及實例抑制作用的類型：競爭性抑制（competitiveinhibition）非競爭性抑制（non-competitiveinhibition）反競爭性抑制（uncompetitiveinhibition）不可逆性抑制可逆性抑制抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物復合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失（reversibleinhibition）（irreversibleinhibition）抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結(jié)合，使酶失活第2頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月①競爭性抑制劑競爭性抑制作用：抑制劑與底物競爭酶的活性中心，阻礙酶底物復合物的形成，使酶的活性降低?；前奉愃幬镆种萍毦L。反應模式EES→E+PEIIKiS酶-底物復合物酶-抑制劑復合物抑制劑產(chǎn)物底物酶特點A）I與S結(jié)構(gòu)類似；B）抑制程度取決于抑制劑與酶的親和力及底物濃度；C）排斥性抑制。丙二酸（延胡索酸）與琥珀酸（丁二酸）競爭琥珀酸脫氫酶第3頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月②非競爭性抑制反應模式E+S

ESE+PEI+S+I酶-抑制劑-底物復合物抑制劑+IEIS特點：a)抑制劑與酶活性中心外的必需基團結(jié)合，底物與抑制劑之間無競爭關(guān)系；b)抑制程度取決于抑制劑的濃度；c)一種旁若無人式抑制第4頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月③反競爭性抑制反應模式

E+S

ESE+P+IESI特點：a)抑制劑只與酶－底物復合物結(jié)合；b)抑制程度取決于抑制劑、底物的濃度；c)一種條件性抑制。第5頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月可逆性酶抑制劑實例：實例①黃嘌呤氧化酶抑制劑次黃嘌呤黃嘌呤尿酸痛風嘌呤代謝尿酸過多別嘌醇奧昔嘌醇

第6頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月二氫葉酸L-谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸還原酶四氫葉酸二氫葉酸合成酶二氫喋啶焦磷酸酯（PABA）體內(nèi)合成葉酸原料為微生物生長必要物質(zhì)（FolicAcid）構(gòu)成體內(nèi)葉酸輔酶基本原料為DNA合成中所必需的嘌呤、嘧啶堿基的合成提供一個碳單位實例②：二氫葉酸合成酶抑制劑－取代PABA位置生成無功能的化合物－阻礙DihydrfolicAcid生物合成－抑制細菌蛋白質(zhì)合成第7頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月L-谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫喋啶焦磷酸酯磺胺類藥物的選擇性：不影響人體的葉酸代謝，人體可從食物中攝取FAH2；微生物對磺胺類藥物都敏感，微生物靠自身合成FAH2

，一旦葉酸代謝受阻，生命不能繼續(xù)L-谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸（FAH2）結(jié)構(gòu)極為相似：分子大小電荷分布第8頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月磺胺家族的發(fā)展第9頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月間接引起血壓上升血管緊張素原血管緊張素I血管緊張素II血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）緩激肽緩激肽降解ACE（血管緊張素轉(zhuǎn)化酶、緩激肽酶）對血壓的調(diào)節(jié)血管擴張血管收縮血壓上升醛固酮分泌腎素體內(nèi)調(diào)節(jié)血壓的腎素-血管緊張素系統(tǒng)453個氨基酸無活性10肽活性8肽大量存在于血管內(nèi)皮細胞膜表面促進醛固酮的合成、分泌強烈收縮外周小動脈重吸收Na+和水，增加血容量0.1ppm仍有收縮血管作用實例③血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑AngiotensinConvertingEnzymeInhibitors第10頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月血管緊張素原血管緊張素I血管緊張素II血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）緩激肽緩激肽降解腎素453個氨基酸無活性10肽活性8肽活化AngiotensinogenAsp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-LeuAngiotensinIAngiotensin-convertingenzymeAsp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-PheAngiotensinIIArg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-ArgBradykininArg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro失活ACE（血管緊張素轉(zhuǎn)化酶、緩激肽酶）對血壓的調(diào)節(jié)實例③血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑AngiotensinConvertingEnzymeInhibitors第11頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月間接引起血壓上升血管緊張素原血管緊張素I血管緊張素II血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）緩激肽緩激肽降解ACE（血管緊張素轉(zhuǎn)化酶、緩激肽酶）對血壓的調(diào)節(jié)血管擴張血管收縮血壓上升醛固酮分泌腎素體內(nèi)調(diào)節(jié)血壓的腎素-血管緊張素系統(tǒng)453個氨基酸無活性10肽活性8肽大量存在于血管內(nèi)皮細胞膜表面強烈收縮外周小動脈0.1ppm仍有收縮血管作用實例③血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑AngiotensinConvertingEnzymeInhibitors血管緊張素II受體AngⅡ拮抗劑氯沙坦AntiotensinIIReceptorAntagonistsACE抑制劑促進醛固酮的合成、分泌，重吸收Na+和水，增加血容量第12頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月間接引起血壓上升血管緊張素原血管緊張素I血管緊張素II血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）緩激肽緩激肽降解血管擴張血管收縮血壓上升醛固酮分泌腎素體內(nèi)調(diào)節(jié)血壓的腎素-血管緊張素系統(tǒng)453個氨基酸無活性10肽活性8肽大量存在于血管內(nèi)皮細胞膜表面實例③血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑AngiotensinConvertingEnzymeInhibitors血管緊張素II受體AngⅡ拮抗劑氯沙坦AntiotensinIIReceptorAntagonistsACE抑制劑根據(jù)ACE活性部位的化學結(jié)構(gòu)設計出的ACE抑制劑的作用：–可以抑制AngⅡ的生成–減少緩激肽的失活–抗高血壓藥物第13頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月羧肽酶抑制劑研究1973底，發(fā)表羧肽酶抑制劑研究結(jié)果：–活性中心含有Zn2+，附近有一正電荷，雙電荷酶抑制劑（琥珀酰脯氨酸）對ACE有特異性抑制作用，但作用很弱1971年從巴西毒蛇的蛇毒分離純化出九肽替普羅肽（Teprotide，SQ20881），–谷-色-脯-精-脯-谷-亮-脯-脯

可抑制ACE，但口服無效。二肽衍生物構(gòu)效關(guān)系：模擬C末端的二肽結(jié)構(gòu)具有高抑制活性D-甲基琥珀酰脯氨酸的活性增強15-20倍巰基對Zn2+親和力更大;巰基取代羧基，巰基烷酰基脯氨酸對ACE的抑制活性增大1000倍第14頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)效關(guān)系第15頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月Captopril與ACE的作用第16頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月HypotheticalbindingofinhibitorstoACE第17頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月卡托普利（開博通，Captopril）：D-3-巰基-2-甲基丙酰-L-脯氨酸；二肽、兩個手性碳(S，S)第一個口服ACE抑制劑、活性超過替普羅肽作用：舒張外周血管、降低醛固酮分泌、影響鈉離子的重吸收、降低血容量不良反應：皮疹，嗜酸性白細胞增高，味覺喪失及蛋白尿，與結(jié)構(gòu)中的巰基有關(guān)卡托普利依那普利Enalapril第18頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月實例④醛糖還原酶抑制劑葡萄糖山梨醇果糖山梨醇脫氫酶醛糖還原酶（Aldosereductase，AR）還原性輔酶Ⅱ（NADPH）ARNADPH許多組織中都有這一途徑：血糖濃度升高時，己糖激酶被葡萄糖飽和，大量葡萄糖經(jīng)醛糖還原酶轉(zhuǎn)變?yōu)樯嚼娲?；①V1>V2，②山梨醇分子不易透過細胞膜進入血液循環(huán)；在細胞內(nèi)大量聚集，引起細胞內(nèi)高滲效應，細胞水腫，膜通透性變化，引起一系列病理變化，誘發(fā)糖尿病并發(fā)癥。如：白內(nèi)障、視網(wǎng)膜病變、神經(jīng)病變、腎臟病變。V1V2第19頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月索比尼爾（sorbinil)：第一個在體內(nèi)具有較高活性的海因類化合物。1978年，輝瑞公司(Pfizer)開發(fā)。對大鼠晶狀體AR和人胎盤AR的IC50分別為70和680nmol/L，因過敏反應嚴重終止于臨床實驗；M-16209：對人重組AR的IC50

為51nmol·L-1；SNK-860：在鏈氮霉素毒性鼠模型中，可以有效改善周圍神經(jīng)傳導阻滯,對體內(nèi)山梨醇蓄積和肌醇耗盡的有效率分別為100%和71%。（1）海因類化合物第20頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）羧酸類化合物托瑞司他（tolrestat)托瑞司他對牛晶狀體AR的IC50為35nmol·L–1，每天2次、每次200mg·kg-1可以有效降低紅細胞中山梨醇水平。1989年，以Alredase為商品名在愛爾蘭上市，適用于糖尿病繼發(fā)的周圍感覺性神經(jīng)疾病的治療。依帕司他(eparestat)對大鼠晶狀體、兔晶狀體、人胎盤的AR的IC50均為10nmol·L–1，可以有效預防并且改善糖尿病并發(fā)的末梢神經(jīng)障礙、振動感覺異常等癥狀。1996年，在日本進行了大規(guī)模臨床試驗，最近已在日本上市。第21頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月GP－1447和SG－210SG－210具有吸收快、半衰期長、生物利用度高等許多優(yōu)點，是一種很有前途的ARI。（2）羧酸類化合物第22頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）苯并吡喃酮類Pfister等合成30個7－取代的占噸酮－２－羧酸化合物，測試對兔晶體醛糖還原酶的抑制活性，6和14顯示較強活性。在10-6mol/L濃度時，抑制率分別為67%和83%；6局部使用或口服，均能延遲半乳糖所致鼠白內(nèi)障的發(fā)生。第23頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（４）雜環(huán)化合物Tolrestat含有活性基團Ｎ-氨基酸，設計合成含Ｎ-氨酸基團的雜環(huán)化合物，該類化合物均顯示較強活性．IC50在（0.45-6.0)×10-6mol/l之間。第24頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月Tolrestat，Epalrestat：有一個乙酸基團接在Ｎ或Ｃ上，Sorbinil：酸性Ｈ接在亞胺上；合成嘧啶基衍生物：６-氧嘧啶-Ｎ-乙酸，（嘧啶基-４-氧）乙酸，二者在體內(nèi)外實驗中均有較高活性。（４）雜環(huán)化合物第25頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月開發(fā)新型的競爭性的ARI應成為研究的方向。醛糖還原酶抑制劑（ARIs）存在的問題：許多ARIs雖然在體外實驗中活性很好，在體內(nèi)動物模型中也表現(xiàn)有效作用，但在臨床研究中卻往往缺乏療效。原因：ARIs缺乏抑制AR的專一性。目前，開發(fā)的ARIs分子中大都具有親電性的芳香族環(huán)狀結(jié)構(gòu)，與AR的結(jié)合主要依賴于它們和AR活性部位口袋之間的疏水作用，使它們不可避免地也抑制其它具有疏水性的三維活性口袋結(jié)構(gòu)的醛性酶。因此，均為非競爭性抑制類型。專一性AR抑制劑應該不僅僅利用AR活性部位口袋的形狀與疏水特性，還應利用AR活性部位口袋中的極性基團。第26頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2、不可逆抑制劑抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結(jié)合，使酶失活。非專一性：抑制劑與酶分子中一類或幾類基團共價結(jié)合導致酶失活。Pb2+、Cu2+、Hg2+

與酶分子的巰基進行不可逆結(jié)合，巰基酶因此遭受抑制。用二巰基丙醇或二巰基丁二酸鈉可使酶復活。專一性：抑制劑專一地與酶的活性中心或其必需基團共價結(jié)合，抑制酶的活性。有機磷殺蟲劑專一作用于膽堿酯酶活性中心的絲氨酸殘基。第27頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月有機磷化合物羥基失活酶酸解磷定（PAM）等藥物可與有機磷殺蟲劑結(jié)合，使酶和有機磷殺蟲劑分離而復活。第28頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月巰基酶路易士氣失活酶酸失活酶二巰基丙醇（BAL）巰基酶結(jié)合物定向活性部位抑制劑基于機理的抑制劑偽不可逆抑制劑不可逆抑制劑第29頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月二、設計原理和方法1、定向活性部位不可逆抑制劑（1）α-糜蛋白酶抑制劑天冬氨酸組氨酸絲氨酸第30頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月水解底物對甲苯磺?；?L-苯丙氨酸乙酯氫鍵使酯鍵等定位在Ser195的羥基附近疏水結(jié)合口袋疏水結(jié)合口袋疏水結(jié)合口袋第31頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月對甲苯磺?；?L-苯丙氨酰-氯代甲基酮（TPCK）疏水結(jié)合口袋疏水結(jié)合口袋His被烷基化阻斷底物分子進入活性部位的通路，且使酶失活第32頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月疏水結(jié)合口袋疏水結(jié)合口袋疏水結(jié)合口袋酶受到抑制α-糜蛋白酶抑制劑甲硫氨酸第33頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2、基于機理的不可逆抑制劑（1）黃素參與的單胺氧化酶（MAO）抑制劑黃素（在單胺氧化酶上）巴吉林降壓藥控制機體內(nèi)生物胺的水平，如去甲腎上腺素的濃度酶不可逆失活活性基團第34頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）依賴磷酸吡哆醛的酶抑制劑GABA轉(zhuǎn)氨酶抑制劑－氨己烯酸磷酸吡哆醛（PLP）醛亞胺斷鍵的方向取決于活性部位蛋白質(zhì)的性質(zhì)第35頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月GABAaminotransferaseinhibitor-Vigabatrin（2）依賴磷酸吡哆醛的酶抑制劑γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶（GABA-T）抑制劑－氨己烯酸谷氨酸以磷酸吡哆醛（PLP）為輔酶第36頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月GABAaminotransferaseinhibitor-Vigabatrin氨己烯酸（GABA-T）--磷酸吡哆醛（PLP）氨己烯酸與GABA競爭GABA轉(zhuǎn)移酶第37頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月GABAaminotransferaseinhibitor-Vigabatrin第38頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月GABAaminotransferaseinhibitor-Vigabatrin第39頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月GABAaminotransferaseinhibitor-Vigabatrin第40頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月GABAaminotransferaseinhibitor-Vigabatrin第41頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2、基于機理的不可逆抑制劑（3）β-內(nèi)酰胺酶抑制劑舒巴坦第42頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月3、過渡態(tài)類似物可逆抑制劑（1）負碳離子樣的過渡態(tài)類似物烯醇離子羧酸負離子二羥基丙酮磷酸酯乙醇酸磷酸酯甘油醛-3-磷酸酯可作酶抑制劑第43頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）正碳離子樣的過渡態(tài)類似物異戊烯基二磷酸中間體二甲烯丙基二磷酸異戊烯基二磷酸異構(gòu)酶2-（二甲氨基）-1-乙基二磷酸第44頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月1,6-二氫-6-羥甲基嘌呤核苷ConformycinDeoxyconformycin（3）四面體過渡態(tài)類似物腺苷脫氨酶過渡態(tài)類似物抑制劑第45頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月羥基亞乙基等排體過渡態(tài)抑制劑腎素的過渡態(tài)類似物抑制劑第46頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月Replacementofthescissilebondwithvarioustransitionstateanaloguescaffoldsinthedesignofasparticproteaseinhibitors第47頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月4、多底物類似物抑制劑L-天冬氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶N-氨甲酰天冬氨酸氨甲酰磷酸L-天冬氨酸磷酸乙酰-L-天冬氨酸嘧啶從頭生物合成所必需前體與L-天冬氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶的結(jié)合強度比前二者高1000倍第48頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月5、偽不可逆抑制劑糜蛋白酶多肽催化多肽酰胺鍵水解第49頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月5、偽不可逆抑制劑糜蛋白酶催化多肽酰胺鍵水解共價加合物半衰期11h2-乙氧基-4H-3,1-苯并口惡嗪-4-酮使糜蛋白酶失活第50頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)肽擬似物①肽鍵的特點：氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。②肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，因而不能自由旋轉(zhuǎn)。③組成肽鍵的原子處于同一平面，存在順反異構(gòu)現(xiàn)象。④肽鍵一般呈穩(wěn)定的反式構(gòu)型。第51頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月肽單元：肽鍵與相鄰兩個碳原子所組成的基團（－Cα－CO－NH－Cα－）。這個單元是一個平面結(jié)構(gòu)，稱為肽鍵平面。肽鍵平面第52頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月肽鍵平面可以圍繞Cα－C和N-Cα單鍵旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生肽鏈的不同構(gòu)象。第53頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月生物活性肽（bioactivepeptide）：是溝通細胞間與器官間信息的重要化學信使，通過內(nèi)分泌、旁分泌等多種方式行使其微妙的傳訊功能，從而使機體組合成一個高度協(xié)調(diào)和嚴密控制的復雜系統(tǒng)，調(diào)節(jié)生長、發(fā)育、繁殖，代謝和行為等生命過程。由于生物活性肽在體內(nèi)含量極微，約為10-9～10-6mol·L－1體液水平，有的肽半衰期短。如谷胱甘肽、催產(chǎn)素、加壓素與促黃體生成激素釋放激素等。第54頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月酰胺鍵擬似物肽類分子的性質(zhì)：易水解：口服吸收差、作用時間短柔性分子結(jié)構(gòu)：選擇性低，產(chǎn)生副反應肽類結(jié)構(gòu)的修飾：生物活性肽的環(huán)化、限制性氨基酸的取代肽擬似物：生物活性肽經(jīng)結(jié)構(gòu)修飾獲得的化合物第55頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一、設計原理與方法

肽擬似物設計的策略：

1、生物活性肽的環(huán)化—構(gòu)象限制限制單元：脫氨基半胱氨酸（Cys）衍生物引入生物活性肽中，限制構(gòu)象，增加疏水性Cys形成內(nèi)酰胺形式、二硫橋鍵合形式第56頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一、設計原理與方法

肽擬似物設計的策略：

1、生物活性肽的環(huán)化—構(gòu)象限制連接側(cè)鏈功能團或肽端第57頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2、限制性氨基酸的取代甘氨酸在活性肽序列中，引入限制性氨基酸丙氨酸（Ala）ααα甘氨酸的類似物第58頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2、限制性氨基酸的取代（1）α-甲基化甘氨酸丙氨酸（Ala）α

–氨基異丁酸（Aib）α

–乙基丙氨酸α

–甲基苯丙氨酸第59頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）α,α-二烷基甘氨酸和α-氨基環(huán)烷羧酸n=1二乙基甘氨酸n=2二丙基甘氨酸二苯基甘氨酸α-氨基環(huán)烷羧酸Acmc伸展結(jié)構(gòu)n=m-3氨基吡咯酮羧酸阿片樣活性引入物第60頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）脯氨酸（Pro）擬似物Proααα順式反式αα兩面角Cα－C（O）單鍵旋轉(zhuǎn)受到制約N-Cα單鍵在環(huán)內(nèi)