药化原理酶和酶的抑制或失活

药化原理酶和酶的抑制或失活酶受体：膜蛋白，与配体形成复合物，引发生物效应，配体释放。识别配体，生物效应。酶：溶解于细胞质，与底物形成复合物，催化反应，产生产物。识别底物，酶催化底物形成产物。酶催化功能：降低过渡态或活泼中间体的能量以及提高基态的能量，过渡态的寿命短（10-13秒，相当于一次键振动的时间）,目前无法用光谱方法直接检测酶促反应的过渡态结构。酶催化的作用假说：21种之多，共同点在于形成酶-底物复合物。锁和钥匙假说、诱导契合假说、过渡态假说第2页,共49页，2024年2月25日，星期天酶催化的特异性和加速性第3页,共49页，2024年2月25日，星期天酶催化的特异性和加速性第4页,共49页，2024年2月25日，星期天酶催化的特异性和加速性酶有多种途径实现催化作用，稳定化过渡态（降低过渡态能量）、ES复合物的去稳定化（提高基态能量）、中间体的去稳定化和产物释放第5页,共49页，2024年2月25日，星期天酶催化的机理趋近作用：MM3计算也表明，当亲核试剂和亲电试剂紧密排列，范德华力适当时，活化能由于反应焓的降低而降低，反应速度提高。共价作用：以亲核催化作用机理为典型的酶促反应各种蛋白水解酶、丝氨酸蛋白酶（如弹性蛋白酶），半胱氨酸蛋白酶（如木瓜蛋白酶）第6页,共49页，2024年2月25日，星期天酶催化的机理广义的酸碱催化作用：第7页,共49页，2024年2月25日，星期天酶催化的机理如果在一定的pH和离子强度下，反应速率随着缓冲溶液的增加而加快，催化反应的是出氢离子或氢氧根离子外的酸碱，即发生广义的酸碱催化反应。通常的化学反应不能同时利用酸碱来催化。酶可以同时利用酸和碱来催化，这与溶液反应不同。第8页,共49页，2024年2月25日，星期天酶催化的机理基团的靠近和活性位点残基的柔性协调作用，使得在溶液中几乎不反应的反应得以进行。静电作用去溶剂作用张力或变形作用第9页,共49页，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药物即酶抑制剂药物。脑内γ-氨基丁酸（GABA）的浓度减少导致癫痫发作，抑制GABA分解酶，即GABA氨基转移酶，就可以产生抗惊厥效果。尿酸过量产生痛风，黄嘌呤氧化酶是催化黄嘌呤转化成尿酸的酶，抑制该酶可降低尿酸水平。大多数情况下，是对现有抑制剂的改进，已知药物酶抑制作用机理。在未知酶的抑制机理下，设计酶抑制剂。第10页,共49页，2024年2月25日，星期天酶的抑制知道疾病过程的病理生理学，也要知道其代谢产物，这些代谢产物对正常功能或功能紊乱很重要，也是设计酶抑制剂提供线索。酶的纯化相对受体简单，可以用于初筛和阐明活性部位结构，有利于利用CAD技术。酶的底物和产物的结构相似性大，与受体拮抗剂或激动剂的结构相差大不同。利用宿主和外来物酶的底物特异性设计选择性酶抑制剂药物。第11页,共49页，2024年2月25日，星期天肽聚糖的合成过程肽聚糖合成分三个阶段第一个阶段：在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）

第二个阶段：在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体—双糖肽亚单位。第三个阶段：已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中，并交联形成肽聚糖。革兰阳性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥第12页,共49页，2024年2月25日，星期天第一阶段在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）。☆这一阶段起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸，它是由葡萄糖经一系列反应生成的；☆自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸开始，以后的N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是与糖载体UDP结合的；第13页,共49页，2024年2月25日，星期天第14页,共49页，2024年2月25日，星期天第二阶段在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体———双糖肽亚单位。☆这一阶段中有一种称为细菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂质载体参与，这是一种由11个类异戊烯单位组成的C35类异戊烯醇，———它通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连，载着在细胞质中形成的胞壁酸到细胞膜上，在那里与N-乙酰葡萄糖胺结合，并在L-Lys上接上五肽(Gly)5,形成双糖亚单位。☆这一阶段的详细步骤如图所示。其中的反应④与⑤分别为万古霉素和杆菌肽所阻断。第15页,共49页，2024年2月25日，星期天第三阶段已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中，并交联形成肽聚糖。这一阶段分两步：第一步：是多糖链的伸长———双糖肽先是插入细胞壁生长点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含6~8个肽聚糖单体分子）中，通过转糖基作用（transglycosylation)使多糖链延伸一个双糖单位；第二步：通过转肽酶的转肽作用（transpeptitidation)使相邻多糖链交联————转肽时先是D-丙氨酰-D-丙氨酸间的肽链断裂，释放出一个D-丙氨酰残基，然后倒数第二个D-丙氨酸的游离羧基与相邻甘氨酸五肽的游离氨基间形成肽键而实现交联。第16页,共49页，2024年2月25日，星期天肽聚糖单体的合成G-M-P-P-类脂M-P-P-

类脂 UDPUDP-G ②UDP ①UDP-M

P-类脂 Pi⑤

P-P-类脂杆菌肽④ 万古霉素 5甘氨酰-tRNA③ 5tRNAG-M-P-P-

类脂第17页,共49页，2024年2月25日，星期天第18页,共49页，2024年2月25日，星期天万古霉素的作用机制Nature,2000,406(6797):775-781

第19页,共49页，2024年2月25日，星期天细菌对万古霉素产生耐药性的作用机制

X=NHD-Ala-D-Ala

X=OD-Ala-D-Lac/D-Ala-D-Ser

Ann.Rev.Microbiol,1984,38:339-357.第20页,共49页，2024年2月25日，星期天由转座子Tn1546编码的各种与万古霉素耐药性有关的蛋白。图

与万古霉素耐药性基因和相关蛋白Fig.1-3Genesandrelevantproteinsrelatedtovancomycinresistance第21页,共49页，2024年2月25日，星期天选择性化学修饰的第二代糖肽抗生素不仅把抗菌谱从革兰氏阳性菌扩展到革兰氏阴性菌，并且对万古霉素的耐药菌也有较好活性。对糖肽抗生素的结构修饰除了对七肽结合区域修饰可以提高与目标肽D－Ala－D－Ala或D－Ala－D－Lactate的亲和力，也可以通过其他作用机理提高活性，如在二糖部分增加亲脂侧链可以与细胞膜相互作用，或用其他的糖基取代万古糖胺又或在6-氨基酸位置增加糖基，这些修饰可以有助于形成二聚物，从而增加糖肽抗生素对耐糖肽抗生素革兰氏阳性菌的活性。对糖肽抗生素进行药物拼合的修饰也是一个不错的选择。对糖肽抗生素的修饰研究仍有获得新抗生素的良好前景。第22页,共49页，2024年2月25日，星期天糖肽类抗生素的修饰位点

疏水基团基团修饰添加氨基糖酯化酰胺化疏水氨基酸替代亮氨酸衍生化还原氢化第23页,共49页，2024年2月25日，星期天万古糖胺（vancosamine）的修饰修饰位点化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB万古糖胺胺基Oritavancin11-8-1-40.125Telavancin0.520.54-8-二聚体的形式发挥抗菌作用与脂质体Ⅱ底物结合，抑制肽聚糖的合成第二代糖肽抗生素的脂基直接结合并抑制转糖基酶，抑制细菌脂质的合成或者是直接作用于细胞膜添加疏水性取代基可维持其抗MRSA活性，且恢复抗VRE活性第24页,共49页，2024年2月25日，星期天葡萄糖（glucose）6-羟基的修饰J.Am.Chem.Soc.,2000,122(50):12608-12609Tetrahedron,2002,58(32):6585-6594修饰位点化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB葡萄糖6-羟基2a<0.03--16-2b0.06--32-第25页,共49页，2024年2月25日，星期天改变糖基位置或者替换糖基的修饰JournalofAntibiotics,1993,46(8):1181-1195CN1867638J.Am.Chem.Soc.,2005,127(30):10747-10752修饰位点化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB改变糖基AGV0.625-160-80DVV8-16----3a0.25-3.13->50--Eremomycin0.13-0.5-->128-第26页,共49页，2024年2月25日，星期天1-氨基酸N-末端的修饰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

修饰位点化合物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页,共49页，2024年2月25日，星期天7-氨基酸C-末端羧基位置的修饰CN1781916CN1568325JournalofAntibiotics,2000,53(3):286-293修饰位点化合物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页,共49页，2024年2月25日，星期天3-天冬酰胺的修饰Bioorganic&MedicinalChemistryLetters2002,12(9):1319-1322修饰位点化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB3-天冬酰胺6a20-320-3206b10-640-320第29页,共49页，2024年2月25日，星期天7-氨基酸苯环的4-H位置的修饰添加疏水性取代基可维持其抗MRSA活性，且恢复抗VRE活性改变了其吸收、分布、代谢及排泄等特性，导致其清除半衰期延长及组织内蓄积增加为了恢复药物良好的体内分布，减少肝肾蓄积，增加尿排泄，同时维持抗菌活性，连接一个亲水基团

修饰位点化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB7-氨基酸苯环的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页,共49页，2024年2月25日，星期天氯原子的修饰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体的形式发挥抗菌作用

NMR谱图显示2-氨基酸残基的氯原子在形成二聚体时占据糖肽二聚物表面的一个凹洞修饰位点化合物MIC90(mg/L)VSSAVISAVREVanAVanB氯原子A82846A0.5-->128-A82846B≤0.063--64-16-A82846C0.5-->64-OrienticinA0.25-->64-第31页,共49页，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阎虎尘曾液相还原烷基化N-去甲万古霉素，主要合成了N端为亮氨酸烷基化的衍生物，N端烷基化衍生物，结合常数下降，对Staphylococcusaureus的活性也相应地降低

“国产万古霉素”1959年李群等，从贵州土壤中分离出一株近似S.orientalis的放线菌万-23号1967年，N-去甲万古霉素经华北制药厂生产，并在中国用于临床第32页,共49页，2024年2月25日，星期天第33页,共49页，2024年2月25日，星期天酶的可逆性抑制抑制剂与酶作用，可用Ki和IC50表示。IC50=(1+[S]/Km)Ki抑制剂既可以与底物结合部位作用抑制，也可在不是底物结合部位作用抑制。靶酶的底物通常是设计酶抑制的先导物，因此酶抑制剂通常是竞争性抑制剂。简单竞争性抑制剂底物替代抑制剂过渡态类似物抑制剂慢的紧密结合抑制剂第34页,共49页，2024年2月25日，星期天简单竞争性抑制剂第35页,共49页，2024年2月25日，星期天简单竞争性抑制剂Asp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe-His-Leu-Val-IIe-His-Asn血管紧张素原Asp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe-His-Leu血管紧张素I（血管紧张素转化酶ACE）Asp-Arg-Val-Tyr-IIe-His-Pro-Phe血管紧张素II升高血压、促使释放甾体激素醛固酮，促使钾离子排泄和钠离子及水潴留而调节体液，使得血压升高。ACE:升高血压的物质血管紧张素II和III的生成、刺激另一种升高血压物质醛固酮的释放、破坏舒张血管和降低血压的缓激肽第36页,共49页，2024年2月25日，星期天简单竞争性抑制剂1965年发现南美花纹毒蛇的毒液里有一种肽类混合物，可以抑制缓激肽酶的活性来增强缓激肽的作用。还发现可以抑制血管紧张素I转化成II.其中有一个五肽Pyr-Lys-Trp-Ala-Pro,随后不断发现有多肽能抑制体外ACE活性，其中替普罗肽Pyr-Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-IIe-Pro-Pro活性最强。大量多肽作为竞争性抑制剂的筛选发现，N-乙酰化的三肽也是ACE的有效底物，表明制备口服有效的ACE抑制剂是可能的。C端是脯氨酸、接着是丙氨酸。在SK公司筛选的同时，ACE还没有被纯化出来。从EDTA可以抑制ACE的现象，得出ACE酶是一种金属酶，发现有Zn离子，推测是与羰基氧配位作用，增加羰基的亲电性；另再与一分子水配位，增加水分子的亲和性。第37页,共49页，2024年2月25日，星期天这两种分子经与锌离子的配位结合，降低了水分子进攻可断裂的肽键的活化能，但由于酶结构未知，不能判断哪一种肽结构更好地抑制酶。第38页,共49页，2024年2月25日，星期天简单竞争性抑制剂设想与羧肽酶类似。羧肽酶是一种含锌的肽酶，有X射线衍射晶体结构。