以酶為靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)第一頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

Section1.BasicKnowledgeofEnzyme分類(lèi)依據(jù)分類(lèi)舉例酶在細(xì)胞的位置細(xì)胞表面酶（cellsurfaceenzyme）/胞外酶(extracellularenzyme)羥甲戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutarylcoenzymeAreductase，HMGCoA還原酶)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin-convertingenzyme，ACE)一氧化氮合成酶(nitricoxidesynthase,NOS)乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AcChE)胞內(nèi)酶（intracellularenzyme）DNA聚合酶(DNApolymerase)半胱天冬酶(caspase)酶催化反應(yīng)類(lèi)型氧化-還原酶(oxidoreductase)單胺氧化酶(monoamineoxidase，MAO)、細(xì)胞色素酶(cytochrome)水解酶(hydrolase)淀粉酶(amylase)、蛋白酶(protease)轉(zhuǎn)移酶(transferase)法尼基轉(zhuǎn)移酶(farnesyltransferase)、磷酸化酶(phosphorylase)異構(gòu)酶(isomerase)前列腺素異構(gòu)酶(prostaglandinisomerase)連接酶(ligase)tRNA連接酶(tRNAligase)裂和酶(lyase)碳酸酐酶(carbonatedehydratase)、醛縮酶(aldolase)第二頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五I.kineticsofenzyme-catalyzedreactions（一）底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響米氏方程：在底物濃度很低的條件下υ與[S]呈線性關(guān)系，結(jié)果υ

=[S]Vmax/KM；當(dāng)?shù)孜餄舛冉咏柡蜁r(shí)，υ與[S]無(wú)關(guān)并且趨于最大反應(yīng)速度Vmax第三頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五II.InteractionofE-Icomplex底物或抑制劑與靶酶的親和力是各種作用力的綜合結(jié)果(靜電作用、范德華力、疏水作用、氫鍵和陽(yáng)離子-鍵)。Ki=[E][I]/[E·I]Ki值越小，抑制作用越強(qiáng)。第四頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五ActivationandInhibitionofEnzyme

I.ActivationofEnsyme1.酶原的激活:這種無(wú)活性的酶的前體稱(chēng)作酶原，酶原向酶轉(zhuǎn)化的過(guò)程稱(chēng)為酶原的激活。酶原的激活實(shí)際上是酶的活性中心形成或暴露的過(guò)程。2.酶的變構(gòu)激活:

其它物質(zhì)對(duì)酶引起的變構(gòu)效應(yīng)使酶對(duì)底物的親和力增加，從而加快反應(yīng)速度，則為變構(gòu)激活效應(yīng)。3.酶的共價(jià)修飾激活：與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)修飾，從而改變酶的活性，這一過(guò)程稱(chēng)為酶的共價(jià)修飾或化學(xué)修飾。（如磷酸化、脫磷酸化）第五頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五II.InhibitionofEnzyme抑制劑——失活——活性恢復(fù)；根據(jù)抑制劑與酶結(jié)合的緊密程度：1.irreversibleinhibition

：不可逆性抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心上必需基團(tuán)結(jié)合，使之失活。（有機(jī)磷——膽堿酯酶）2.reversibleinhibition：可逆性抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使之活性降低或消失。（透析、超濾）動(dòng)力學(xué)角度抑制劑分類(lèi)：快速可逆，緩慢結(jié)合，緊密結(jié)合，緩慢緊密結(jié)合

Rapid,reversibleinhibitors（3類(lèi)）：遵循米氏方程，根據(jù)抑制劑對(duì)酶或酶-底物復(fù)合物的選擇性分類(lèi)：competitiveinhibitors：與底物結(jié)構(gòu)相似，競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心。noncompetitiveinhibitors：與活性位點(diǎn)之外的必需基團(tuán)結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，與底物無(wú)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但酶-底物-抑制劑復(fù)合物不能釋放出底物。uncompetitiveinhibitors：僅與酶-底物復(fù)合物結(jié)合。減少了釋放產(chǎn)物的量。第六頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用使酶的表觀KM值增大非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用不改變酶的表觀KM值反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用降低反應(yīng)的表觀KM值動(dòng)力學(xué)曲線第七頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五Typeofreversibleinhibitors緩慢結(jié)合抑制劑（slowbindinginhibitors）達(dá)到平衡的反應(yīng)速率酶抑制劑類(lèi)型達(dá)到抑制作用所需I/E比值達(dá)到平衡的反應(yīng)速率快速可逆緊密結(jié)合緩慢結(jié)合緩慢-緊密結(jié)合I>>EI≈EI>>EI—E快快慢慢tight-bindinginhibitors：以高親和力與靶酶結(jié)合，酶-抑制劑復(fù)合物的形成使游離抑制劑分子被顯著消耗。slowbindinginhibitors：酶-抑制劑復(fù)合物的解離速度緩慢，達(dá)到平衡過(guò)程緩慢。slow-tight-bindinginhibitors：指以緩慢的作用過(guò)程完成抑制劑與酶結(jié)合的一種緊密結(jié)合抑制劑。第八頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五I.EnzymeInhibitorDrugs1.控制感染性疾病的酶抑制劑類(lèi)藥物抑制宿主細(xì)胞中不存在的病原體的必需酶，高選擇性，高特異性。2.抗腫瘤的酶抑制劑類(lèi)藥物2.抗腫瘤的酶抑制劑類(lèi)藥物（TK，胸腺嘧啶合成酶，二氫葉酸還原酶，缺點(diǎn)：對(duì)增殖較快的正常組織有毒性）3.調(diào)節(jié)代謝類(lèi)疾病的酶抑制劑類(lèi)藥物（HMG-CoA，膽固醇）β-內(nèi)酰胺酶，抗菌克拉維酸轉(zhuǎn)肽酶，β-內(nèi)酰胺抗生素替卡西林胸苷激酶，抗孢疹病毒，阿昔洛韋第九頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五II.DsignPrinciplesEnzymeInhibitors酶抑制劑的要求：1.對(duì)靶酶的抑制活性強(qiáng)。2.對(duì)靶酶的特異性高。3.對(duì)干擾或阻斷的代謝途徑選擇性高。4.良好的藥代動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)構(gòu)上與底物或反應(yīng)中間體相似：分子大小，形狀（立體）電子分布（電性）非共價(jià)結(jié)合酶抑制劑；共價(jià)結(jié)合酶抑制劑第十頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（一）基于非共價(jià)結(jié)合的酶抑制劑的合理設(shè)計(jì)：酶催化反應(yīng)（基態(tài)-過(guò)渡態(tài)-產(chǎn)物）非共價(jià)鍵結(jié)合的酶抑制劑（作用機(jī)制）：基態(tài)類(lèi)似物抑制劑，多底物類(lèi)似物抑制劑，過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物抑制劑。1.ground-stateanaloginhibitors

酶催化反應(yīng)的基態(tài)由底物和產(chǎn)物組成?；鶓B(tài)類(lèi)似物模擬底物或產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，包括底物類(lèi)似物和產(chǎn)物類(lèi)似物。（SA，β-內(nèi)酰胺，HMG-CoA還原酶）第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.multisubstrateanaloginhibitors

酶催化反應(yīng)：活性位點(diǎn)同時(shí)結(jié)合兩個(gè)或多個(gè)底物，底物有特殊的空間趨向并彼此接近。多底物類(lèi)似物模擬同時(shí)結(jié)合在酶的活性位點(diǎn)的兩個(gè)或多個(gè)底物的結(jié)構(gòu)，通過(guò)共價(jià)鍵把兩個(gè)或多個(gè)底物或底物類(lèi)似物結(jié)合在一起。優(yōu)點(diǎn)：與靶酶結(jié)合力大大增強(qiáng)，并且特異性更高。甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)甲酰基酶第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.transition-stateanaloginhibitors

底物——產(chǎn)物（化學(xué)反應(yīng)），經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡態(tài)，高能量的過(guò)渡態(tài)控制反應(yīng)速率。酶與過(guò)渡態(tài)之間的親和力高于酶同底物或產(chǎn)物的親和力，酶可以降低這種能量壁壘，使反應(yīng)速率提高10（10）-10（15）倍。過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物抑制劑是一類(lèi)特異的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于反應(yīng)中不穩(wěn)定過(guò)渡態(tài)的底物部分。腺苷脫氨基酶過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物和基態(tài)類(lèi)似物第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五II.ConvalentlyBinding-BasedRationalDesignofEnzymeInhibitors1.mechanism-basedinhibitors

也稱(chēng)為自殺性底物（suicidesubstrates），特洛伊木馬抑制劑，酶誘導(dǎo)失活劑，潛伏性抑制劑。共價(jià)結(jié)合酶抑制劑：基于機(jī)理抑制劑，親和標(biāo)記抑制劑，偽不可逆抑制劑。特點(diǎn)：①同正常底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，包括電性和立體兩個(gè)因素。②具有低反應(yīng)性能的潛在基團(tuán)或結(jié)構(gòu)片段；在酶的催化階段，經(jīng)靶酶誘導(dǎo)激活，轉(zhuǎn)化為反應(yīng)性能強(qiáng)的活性基團(tuán)或中間體。③與酶的活性中心共價(jià)結(jié)合，使酶不可逆失活。高度特異性，毒性較低。高活性復(fù)合物共價(jià)結(jié)合復(fù)合物第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.affinitylabelinhibitors又稱(chēng)為活性部位抑制劑（active-siteddirectedinhibitors）和不可逆抑制劑（irreversibleinhibitors)通常也是底物或產(chǎn)物類(lèi)似物，特征:①分子中與酶可逆結(jié)合的部分，即識(shí)別基團(tuán)；②在識(shí)別基團(tuán)上連接或修飾有反應(yīng)活性的化學(xué)基團(tuán)或原子，或稱(chēng)活性基團(tuán)。

3.pseudoirreversibleinhibitors

（偽不可逆抑制劑）是介于可逆性抑制劑和不可逆性抑制劑之間的一類(lèi)抑制劑。與酶共價(jià)結(jié)合，類(lèi)似不可以抑制劑。復(fù)合物有半衰期，經(jīng)水解或共價(jià)鍵逆轉(zhuǎn)重新產(chǎn)生游離酶。其有效性由酶-抑制劑加成產(chǎn)物的形成速率和加成物的半衰期決定。第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五SectionIII.DesignandApplicationSomeEnzymeInhibitor一、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑腎素-血管緊張素系統(tǒng)（RAS）是重要的體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。作用于該系統(tǒng)的ACE和血管緊張素受體抑制劑是治療多種心血管疾病的中藥藥物。血管緊張素I血管緊張素II血管緊張素I第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五I.ACEI

1981卡托普利依那普利賴(lài)諾普利雷米普利福辛普利西拉普利第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五II.3D-StructureandActiveSiteofACE賴(lài)諾普利與ACE活性位點(diǎn)作用示意圖ACE與賴(lài)諾普利共結(jié)晶的X-射線結(jié)構(gòu)（綠色部分表示Zn2+，紅色區(qū)域表示Cl-通道）第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五III.SARofACEI①L-脯氨酸或含N雜環(huán)上必須含有與ACE底物（AngI）C-端立體結(jié)構(gòu)相似的羧基。②含N雜環(huán)上連有較大的疏水基團(tuán)，有利于提高藥效和改變藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)。③側(cè)鏈上的巰基、羧基和磷?；仨毰cACE的輔助因子鋅離子結(jié)合。④巰基有利于與鋅離子結(jié)合，但可致皮疹和味覺(jué)障礙，且由于形成二硫化物而縮短作用時(shí)間。⑤模仿肽水解過(guò)渡狀態(tài)的羧基或磷?；膳c鋅離子結(jié)合。⑥將側(cè)鏈上的羧基或磷酸基酯化得到可口服的前體藥物。⑦X通常為與丙氨酸相似的甲基；X為正丁胺基，為非前體藥物型口服ACE抑制劑。第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五II.PGsCOXInhibitors前列腺素（prostaglandins，PGs）：含量低，生理活性強(qiáng)，多不飽和羧酸衍生物。環(huán)氧化酶（cyclooxygenase，COX）NSAIDs作用于COX抑制PGs的合成。非甾體抗炎藥（nonsteroidalantiinflammatorydrugs，NSAIDs）（阿司匹林，副作用，尋找作用于COX-2的NSAIDs）COX同工酶，COX-1、COX-2。COX-2與花生四烯酸的三維結(jié)構(gòu)COX-2：抗炎鎮(zhèn)痛COX-1：胃腸道不良反應(yīng)。第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五DesignofCOX-2SelectiveInhibitors1.COX-1和COX-2三維結(jié)構(gòu)的差異第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.MoleculeStructureofCOX-2Inhibitors羅非昔布塞來(lái)昔布伐地昔布

伊托昔布帕瑞昔布鈉魯米昔布

第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五III.HIVReverseTranscriptaseInhibitors獲得性免疫缺陷綜合癥（acquiredimmunedeficiencysyndrome，AIDS）1981年首例，2010年1億人免疫缺陷病毒（humanimmunodeficiencyvirus，HIV）分為HIV-1和HIV-2兩種亞型（i）HIV治療藥物整合酶（integrase）、逆轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase，RT）和蛋白酶（protease）是病毒復(fù)制過(guò)程中的關(guān)鍵的三個(gè)酶，任何一個(gè)酶的失活都將阻礙病毒的復(fù)制。1種整合酶抑制劑——T206種蛋白酶抑制劑10種逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑：7種核苷類(lèi)，3種非核苷類(lèi)第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（ii）HIV逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)構(gòu)特征

HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶與DNA雙螺旋復(fù)合物結(jié)構(gòu)示意圖

第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（iii）HIV逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑及其作用機(jī)理