《酶抑制剂》PPT课件.ppt

蛋白酪氨酸抑制剂 酶的基础知识酶抑制剂蛋白酪氨酸抑制剂依马替尼吉非替尼第一节 酶的基础知识酶的特性和分类酶的结构和催化功能酶的激动剂和抑制剂 一 酶的特性和分类 酶 凭借特殊的三维结构而担负着非常专一的生化催化作用的蛋白质 它是由活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子 所以又称生物催化 BiologicalCatalyst 酶促反应 酶催化的生物化学反应 条件温和 效率高 底物 在酶的催化下发生化学反应的物质 1 酶催化反应特点 催化共性 用量少 效率高 改变反应速度 但不改变反应的平衡 形成过渡态 降低活化能 加速反应进行 特性 1 高效性 速度提高106 1012 2 专一性 反应专一性 底物的专一性和结构的专一性 反应专一性 表示酶能够催化一种或一类化学反应 而对其他反应不影响 底物的专一性 对底物结构的选择 绝对专一和相对专一 葡萄糖酶 酯酶结构的专一性 立体结构 光学专一和几何异构专一 结构的专一性 立体结构 光学专一和几何异构专一 光学专一 只对某一旋光物质 淀粉酶只对D 葡萄糖形成的1 4 糖苷键 几何异构专一 只选择性的催化某种几何异构体底物的反应 延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸 反丁烯二酸 富马酸 水合生成L 苹果酸 而对马来酸 顺丁烯二酸 不起作用 3 条件温和 一般pH 5 8 T 20 40 延胡索酸水合酶 最适pH 6 5 8 0 4 酶活力可调节控制 抑制剂调节 共价修饰调节 反馈调节 酶原激活及激素控制 2 酶的命名及分类习惯命名 催化底物 催化反应 国际命名 底物名称 构型类型 反应性质 酶习惯命名 谷丙转氨酶国际命名 L 谷氨酸 酮戊二酸氨基转移酶 反应 谷氨酸 丙酮酸 酮戊二酸 丙氨酸 酶的分类 六类 国际标准 1 氧化还原酶 指催化底物进行氧化还原反应的酶 底物电子转移 脱氢酶 氧化酶 过氧化物酶 2 转移酶 指催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶 官能团的转移 转氨酶 糖基转移酶 3 水解酶 指催化底物发生水解反应的酶 淀粉酶 蛋白酶 糖苷酶 核酸酶 4 裂合酶 催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应 醛缩酶 水化酶及脱氨酶等 底物移去一个官能团或原子形成双键 醛缩酶 水化酶 脱氨酶 5 异构酶 指催化各种同分异构体之间相互转化的酶 6 磷酸葡萄糖异构酶6 合成酶 连接酶 C C C O C N C S的形成与ATP分解反应相互偶联 二 酶的结构与催化功能 1 酶的活性中心直接与底物结合并与酶催化直接有关的部分称为酶的活性中心 活性中心 某些氨基酸残基的侧链基团或其他的一些基团 能够形成活性中心的基团 含羟基 丝氨酸 含巯基 半胱氨酸 含咪唑基 组氨酸 含羧基 谷氨酸 门冬氨酸 含酚羟基 酪氨酸碱性 赖氨酸 2 酶构象的变化 酶的催化功能取决与高级结构 结构变化 催化加强或减弱甚至完全消失 1 肽键断裂 断裂的部位及酶种类差别 活性变化不同 牛胰岛核糖核酸酶含有124个氨基酸残基 活性位12位 119位组氨酸及41位的氨基酸 肽键断裂位置与活性有很大关系 2 构象变化 增加或失活 三 酶的激动剂与抑制剂 酶的激动剂 凡能够提高酶的活性 使酶的催化作用能够正常进行的物质 酶的抑制剂 减弱 抑制甚至破坏酶作用的物质 或使酶分子本身受到破坏 但不引起酶蛋白质变性的物质 酶的激动剂 无机离子或小分子 钠 钾 镁 钙等阳离子 氯 溴 碘 硫 硫酸根 磷酸根等阴离子 有机小分子 抗坏血酸 半胱氨酸等 蛋白质大分子等等激活是相对的酶的抑制剂 无机或有机 作用机制是通过抑制剂与酶催化中心作用达到限制酶催化底物的能力 使底物浓度增加或代谢产物浓度降低 第二节酶的抑制剂 一 抑制剂的作用机理二 可逆的抑制剂三 不可逆抑制剂 一 抑制剂的作用机理 1 靶点的选择 所有的酶都可以作为抑制的靶点 但是 选择对于疾病具有明显抑制作用的酶 来设计抑制剂 可以作为酶抑制剂的靶点 酪氨酸蛋白激酶 催化靶蛋白上的特异的酪氨酸残基磷酸化 将三磷酸腺苷 ATP 上的磷酸基向许多重要蛋白质的酪氨酸残基上转移 并使酚羟基磷酸化的酶系 2 抑制剂的作用机理 底物累积 增加底物的生理效应 底物一般是激动剂 目的 弥补底物的不足或缺失 例如 胆碱酯酶抑制剂溴新斯的明 提高乙酰胆碱的含量 治疗重症肌无力或青光眼 减少代谢产物的浓度 减轻或消除代谢产物引起的病理 二氢叶酸还原酶 3 抑制剂活性的表示方法 半数有效浓度IC50 底物和酶的浓度不变 改变抑制剂的浓度 使酶的活性降低50 的浓度 4 抑制剂的设计 所设计的酶抑制剂应满足以下性质 1 抑制剂对酶具有较强的亲和性和特异性 2 抑制剂和酶的活性中心以共价键或非共价键的形式形成较稳定的复合体 3 抑制剂必需到达作用部位 并要在靶酶附近维持一定的浓度 5 抑制剂的类型 不可逆抑制剂 抑制乙酰胆碱酶的神经毒物可逆抑制剂 竞争性 非竞争 二 可逆抑制剂 竞争性 非竞争抑制剂竞争性抑制剂 抑制剂和底物竞争性的和酶作用 作用位置一样 二氢叶酸合成酶抑制剂 磺胺类药物和底物对氨基苯甲酸竞争性的和二氢叶酸合成酶作用 非竞争抑制剂 抑制剂和底物不在酶的同一位上作用 引起酶分子构象的变化 并导致酶活性下降 具体例子 1 血管紧张素受体抑制剂 2 3 羟基 3 甲基戊二酰辅酶A HMG CoA 还原酶抑制剂 三 不可逆抑制剂 不可逆抑制剂 是指能够与酶分子上的功能基 氨基酸残基 以共价键结合 使酶的结构和功能产生不可逆的永久性改变 导致酶分子产生时间依赖型失活的物质 临床应用的某些不可逆抑制剂 不可逆抑制剂的特点 1 由于不可逆抑制剂阻止了酶的活性部位 或使酶的活性部位的催化基团失去活性而导致酶不能再与底物结合 这类抑制剂中必须含有或可产生至少一个具有烷基化或酰基化功能的活性功能基 例如 抑制剂含有黄酰氯 SO2Cl 酶上含有氨基 羟基 2 由于能够和酶形成稳定的共价键 因此不可逆抑制剂的作用时间相对较长 3 不可逆抑制剂多为化学活性抑制剂 除与靶酶作用外 也可与机体内其他活性成分作用 毒性相对较大 4 由于与机体的其他成分的反应将消耗抑制剂 导致到达作用靶点的抑制剂量减少 对于反应有影响 不可逆抑制剂设计策略 1 研究酶和底物的作用机制 找出活性部位与底物结合的基团的配置 可以将活性基团设计到抑制剂里 增加抑制剂与酶结合中心的反应潜力 2 提高结合特异性 抑制剂的结构与底物越类似 越利于提高分子识别和结合力 越利于提高酶的活性 3 改变和调整反应基团的反应性 避免过于活泼或过于迟钝而不利于选择性 反应基团要和结构的其他部位相匹配 例如 阿司匹林1971年揭示起作用机理 阿司匹林主要对环氧化酶中在正常组织中存在的COX 1中的Ser530和在炎症中组织中经诱导产生的COX 2的Ser516的残基发生乙酰化 在抗炎的同时 也抑制了胃肠道黏膜和肾脏等正常组织中的COX 1 从而产生副作用 研究特异性的抑制剂COX 2的抗炎药物很有必要 根据COX 1和COX 2三维空间结构的差异 在阿司匹林的基础上 加大邻位基团的体积 提高了对COX 2的选择性结合和乙酰化能力 对COX 2的活性大为提高 第三节蛋白酪氨酸激酶抑制剂 蛋白酪氨酸激酶 蛋白酪氨酸激酶 催化靶蛋白上的特异的酪氨酸残基磷酸化 将三磷酸腺苷 ATP 上的磷酸基向许多重要蛋白质的酪氨酸残基上转移 并使酚羟基磷酸化的酶系 许多细胞内的生化过程都是蛋白激酶催化的磷酸酯化和蛋白磷酸酯酶催化的脱磷酸酯化相互影响的结果 蛋白酪氨酸激酶 是一个庞大的体系 报道的有58种 大多是生长因子的受体 包括EGFR VEGFR FGFR和PDGFR等 都具有酪氨酸激酶的活性 与相应的配体结合后 受体之间形成同源或异源的二聚体 从而激活下游信号分子 酪氨酸激酶与肿瘤的活性密切相关 超过50 的原癌基因都具有蛋白酪氨酸激酶活性 他们的异常表达可直接导致肿瘤的发生 依马替尼 Gleevec 依马替尼 格列卫 第一个蛋白激酶抑制剂 是瑞士诺华研发的 1998年6月上市 2001年获美国FDA批准进入临床 它是从传统的细胞毒药物到针对细胞内异常信号转导的药物 标志着新一代抗肿瘤药物的到来 2002年被FDA批准为骨白血病的一线治疗药以及胃肠道基质肿瘤的适应症药物 依马替尼是腺苷三磷酸酯酶的竞争性抑制剂 在腺苷三磷酸酯酶结合点发生结合 阻滞了腺苷三磷酸酯酶的结合 从而抑制了激酶的活性 选择性的Bcr Ab1酪氨酸激酶抑制剂 临床 甲磺酸伊马替尼是全球第一个获得批准的肿瘤发生相关信号传导抑制剂 甲磷酸伊马替尼属酪氨酸激酶抑制剂 它能与Bcr Ab1酪氨酸激酶作用 进而抑制Bcr Ab1阳性细胞及费城染色体阳性慢性骨髓性白血病新白血病细胞的增殖并诱导这些细胞的程序性死亡 依马替尼甲磺酸盐的合成 Step1 2 8g 0 35mol ofsodiumareplacedin260mloftolueneandat100 madeintoasuspensionusingavibromixer Aftercoolingto0 17ml 0 42mol ofmethanolareaddeddropwise withcooling andthemixtureisthenstirredfor45minutesat75 At25 andwithice cooling asolutionof38 5ml 0 35mol of3 acetylpyridineand28ml 0 35mol ofethylformatein300mloftolueneareaddeddropwiseinthecourseof45minutes Theyellowsuspensionisstirredfor16hoursat25 andthen23 7g 0 52mol ofdimethylamineareadded Aftertheadditionof100mloftoluene themixtureisstirredfor45minutesat25 andthenat0 asolutionof20mlofaceticacidin150mloftolueneisaddeddropwiseinthecourseof30minutesandthemixtureisthenboiledatrefluxfor1hour Aftercoolingto25 themixtureisfilteredandwashedwith500mloftoluene hexane 1 1 andthefiltrateisconcentrateduntilcrystallisationbegins Coolingto0 filtrationanddryingat80 underHVyield3 dimethylamino 1 3 pyridyl 2 propen 1one m p 81 82 胍也可叫氨基甲脒或氨基脒 有些含胍基的化合物也可以脒命名 脒主要由腈与氨反应制得 可将腈溶于无水乙醇中通入氯化氢 然后与氨反应 也可在加压条件下直接由腈合成 一级胺和二级胺可代替氨用于上述反应 制得相应的取代脒 脒可作为合成中间体用于含氮杂环化合物的合成 许多脒化合物可作为药物使用 低级的脒常有刺激性 脒的毒性一般大于胍和脲 US5521184 Step1 142ml 0 6mol ofnitricacid 65 areaddeddropwisetoayellowsuspensionof82 88g 0 6mol of3 nitroanilinein200mlofethanol Aftertheexothermicreactionhassubsided 75 7g 0 9mol ofcyanamide 50 inwater areaddedandthereactionmixtureisboiledatrefluxfor21hours Aftercoolingto0 themixtureisfilteredandwashedsixtimeswithethanol diethylether 1 1 DryingunderHVat40 yields3 nitrophenyl guanidinenitrate m p 205 207 评价 该反应路线 原料廉价 反应简单 条件相对温和 是一条很好的合成路线 吉非替尼 浅黄色的固体 mp 119 120 AstraZeneca 阿斯利康制药有限公司开发 2005年在美国上市 2006年5月获FDA的批准上市 用途 是蛋白酪氨酸激酶的选择性抑制剂 可竞争EGFR TK催化区域的Mg ATP结合位点 对各种癌症有治疗价值 在体外能抑制EDFR 上皮生长因子受体 酪氨酸激酶磷酸化能力和EGF刺激的细胞增殖 具有良好的安全性和口服生物利用度 与细胞毒药物联用可增强大多数细胞毒类化疗药物的作用 例如对顺铂 紫杉醇 多柔比星等有明显的增效作用 主要用于非小细胞肺癌和晚期乳腺癌的治疗 吉非替尼的合成 化合物17 6 7 二甲氧基 3H 喹唑啉 4 酮的合成 在单口圆底烧瓶中加入2 氨基 4 5 二甲氧基苯甲酸30g 0 15mol 盐酸甲脒48g 0 6mol 经粉碎40目 充分混合均匀 室温下于旋转蒸发器缓缓抽至真空后将抽气口夹死 50r min的速度下油浴加热至210 反应混合物完全熔融后 将转速提高到150r min 反应45min 冷却至80 加0 33mol lNaOH溶液150ml 冷却至室温 抽滤 滤饼用水洗 70 真空干燥 得化合物17烟灰色固体28g 收率89 5 mp 250 文献295 298 收率79 L 蛋氨酸 英文名称 L Methionine化学名称 L 甲硫基丁氨酸 L 甲硫氨酸分子式 C5H11NO2S分子量 149 21化学文摘登记号 63 68 3 理化性质 白色有光泽片状结晶性粉末 有轻微特殊气味 溶于水 碱溶液和稀无机酸 微溶于乙醇不溶于乙醚 L 蛋氨酸是含硫的人体 必需氨基酸 之一 它广泛应用于医药 保健品 食品 化妆品和饲料等行业 用于生化研究和营养增补剂 也用于肺炎 肝硬变及脂肪肝等的辅助治疗 甲磺酸 性质 无色或微棕色油状液体 低温下为固体 熔点20 沸点167 13 33kPa 122 0 133kPa 相对密度1 4812 18 折射率1 4317 16 溶于水 醇和醚 不溶于烷烃 苯 甲苯等 对沸水 热碱液不分解 对金属铁 铜和铅等有强烈腐蚀作用 用途 甲烷磺酸是医药和农药的原料 还可用作脱水剂 涂料固化促进剂 纤维处理剂 溶剂 烷化 酯化和聚合反应催化剂 化合物19 6 羟基 7 甲氧基 3H 喹唑啉 4 酮 在反应瓶中加入经无水硫酸镁干燥24h的无水甲磺酸180ml 266 6g 2 77mol 和L 蛋氨酸40g 0 128mol 与40 搅拌下分批加入化合物1726 5g 0 128mol 加毕 同温度下搅拌8h 冷却至室温 搅拌下缓缓倾入750ml水中 抽滤 滤饼水洗至中性 得灰白色固体 加水300ml 加热至会留 热滤 干燥得化合物199g 收率36 4 mp 200 化合物20 6 乙酰氧基 7 甲氧基 3H 喹唑啉 4 酮 乙酸酐和三氟化硼乙醚络合物在反应瓶中加入化合物1914g 0 073mol 乙酸酐110ml 118 8g 1 164mol 和三氟化硼乙醚络合物3ml 3 38g 0 024mol 于40 搅拌反应4h 将反应液倾入200ml冰水中 抽滤 滤饼水洗 干燥 得化合物20白色粉末16 5g 收率95 6 mp 200 化合物21 6 乙酰氧基 4 氯 7 甲氧基喹唑啉盐酸盐 在反应瓶中加入化合物20和DMF100ml 搅拌 加入二氯亚砜10ml 0 14ml 搅拌升温至70 搅拌6h 减压浓缩得到黏稠状物 室温下缓缓加入冰水50ml 抽滤 得到咖啡色固体 60 真空干燥 粉碎 加甲苯200ml 回流1h 冷却 过滤干燥得到化合物21土黄色固体16g 收率88 mp 200 化合物236 乙酰氧基 4 氯 3 氯 4 氟苯 氨基 7 甲氧基 喹唑啉盐酸盐 反应瓶中加入化合物2118 5g 0 064mol 化合物223 氯 4 氟苯胺9 5g 0 065mol 和异丙醇420ml 90 回流5 6h 冷至室温 抽滤 依次用异丙醇 甲醇洗 60 真空干燥 得淡米黄色粉末固体化合物2314 5g 收率52 1 mp 200 化合物244 氯 3 氯 4 氟苯 氨基 6 羟基 7 甲氧基 喹唑啉 在反应瓶中加入化合物23 5mol L的NaOH溶液20ml和甲醇200ml 40 反应6h 冷至室温 用0 1mol L盐酸调PH至5 6 抽滤 滤饼用甲醇洗 干燥 的白色鳞状固体化合物247g 收率95 2 化合物25 1 3 氯丙基 吗啉 反应瓶中加入吗啉72g 0 46mol 1 氯 3 溴丙烷60g 0 69mol 室温搅拌1h 缓慢升温至沸腾 微沸 搅拌1 5h 继续升温至回流 回流3h 冷却 抽滤 滤饼用无水乙醚洗 合并滤液和洗液 用3mol盐酸 150ml 3 提取 弃去有机层 水相用10mol L的NaOH溶液调至PH10 分出黄色油层 水层用乙醚提取3次 合并提取液 无水碳酸钾干燥 过滤 减压除去溶剂得到黄色油状物50g 减压蒸馏 收集57 60 400Pa馏分 得到无色液体化合物25 42 9g 收率57 3 吉非替尼 N 3 氯 4 氟苯 7 甲氧基 6 3 4 吗啉基 丙氧基 4 喹唑啉基胺 反应瓶中加入化合物2410g 31 1mmol 和DMF适量 搅拌溶解 在小于5 下加入等物质量的NaOH 搅拌0 5h 得到稀粥样液体 向其中滴加5 2g 31 1mmol 化合物25溶于300ml氯仿的溶液 约4h滴完 室温搅拌4h 减压蒸去溶剂 剩余物用300ml热甲苯溶解 活性炭脱色 热过滤 缓慢冷却 析出晶体 过滤得到浅黄绿色固体7 5g 再脱色得浅黄色固体 收率58 1 mp 117 119 总结 了解酶抑制剂的设计及新药吉非替尼的合成 羟基保护和脱保护的常用方法 选择保护基时 要符合下列要求 1 在温和的条件下易与保护基团反应 2 保护基必须在保护阶段的各种反应条件下是稳定的 3 保护基易于在温和条件下除去 羟基的保护 保护醇类ROH的方法一般是制成醚类 ROR 或酯类 ROCOR 前者对氧化剂或还原