酶分类之不可逆抑制剂.docx

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酶分类之不可逆抑制剂

不可逆抑制剂

酶的不可逆抑制是指酶抑制剂与酶的活性中心发生了化学反应抑制剂共价地连接在酶分子的必需基团上，阻碍了底物的结合或破坏了酶的催化基团。

这种抑制不能用透析或稀释的方法使酶恢复活性。

通常将其分为非专一性不可逆抑制剂和专一性不可逆抑制剂。

抑制剂与酶分子上不同类型的基团都能发生化学修饰反应，这类抑制称为非专一性的不可逆抑制。

虽然缺乏基团专一性，但在一定条件下，也有助于鉴别酶分子上的必需基团。

由于非专一性的不可逆抑制剂通常可作用于酶分子中的几类基团。

但不同基团与抑制剂的反应性不同，故某一类基团常首先或主要地受到修饰。

如被修饰的基团中包括必需基团，则可导致酶的不可逆抑制。

随着蛋白质一级结构和功能的研究，目前已发现或合成了氨基酸侧链基团的修饰剂。

这些化学试剂主要作用于某类特定的侧链基团，如氨基、巯基、胍基和酚基等。

但绝大多数试剂都不是专一性的，可借副反应而同时修饰其他类型的基团。

专一性的不可逆抑制作用有KS型和Kcat型两类。

KS型不可逆抑制又称亲和标记试剂，结构与底物类似，但同时携带一个活泼的化学基团，对酶分子必需基团的某个侧链进行共价修饰，从而抑制活性。

Kcat型不可逆抑制剂又称酶的自杀性底物。

这类抑制剂也是底物的类似物，但其结构中潜在着一种活性基团，在酶的作用下，潜在的化学活性基团被激活，与酶的活性中心发生共价结合，不能再分解，酶因此失活。

KS型不可逆抑制剂是根据底物的化学结构设计的：

1、它具有和底物类似的结构，

2、可以和靶酶结合，

3、同时还带有一个活泼的化学基团可以和靶酶分子中的必需基团起反应，

4、该活泼化学基团能对靶酶的必需基团进行化学修饰，从而抑制酶的活性。

卤酮是使用最早也是最经典的亲和标记试剂。

其中以溴酮及氯酮较佳。

例：

胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶是两种专一性不同的内肽酶，分别水解碱性氨基酸或芳香氨基酸的羧基所形成的肽键，也可以分别水解这两类氨基酸的酯类，但其氨基酸必须被阻断而成非游离状态。

Kcat型不可逆抑制剂即酶的自杀性底物，也是底物的类似物，但其结构中潜在着一种活性基团，在酶的作用下被激活，与酶的活性中心发生共价结合，使酶失活。

每一种自杀底物都是酶的作用对象，这是一种专一性很高的不可逆抑制剂。

下面介绍几种自杀性底物（如图所示）：

文献的检索结果——不可逆抑制剂：

一、咖啡酸类（eaiteoylaeids）二咖啡酸奎宁酸类（DCQAs）具有抗HIV-1IN活性的化合物

（1）、酶的必需基团：

整合过程是将HIV-1DNA整合人宿主DNA的过程，是HIV-1复制周期的不可缺少的过程；HIV-1整合酶（integrase）参与整合全过程，催化整个整合反应，是HIV-1复制过程必不可少的酶，也是病毒稳定感染必不可缺的酶；

HIV-1IN是一个由288个氨基酸构成分子量为32KDa的多肽。

它折叠成三部分：

N端区、核心区、C端区。

N端区[1—50]由一个保守的象HHCC锌指结构构成，包括两个组氨酸和一个精氨酸。

核心区[51—212]含有内核酶和多核苷转移酶的位点，包括三个酸性的氨基酸，二个门冬氨酸，一个谷氨酸（Glu152）。

它们排列成所谓的DD35E型（这在所有逆转录病毒的都是保守的，变异株研究表明这些氨基酸对任何催化活性都是不可少的l5J。

这些氨基酸和一个和／或二个二价金属离子锰离子和／或镁离子对催化活性是必需的。

C端区[213—288]是酶中保守性最小的区域，包含核定位的信号顺序，它非特异地参与病毒连接，还参与酶单倍体形成多倍体反应

（2）、可能的药物和原理

二咖啡酸奎宁酸类、二咖啡酸酒石酸类、二咖啡酸葡萄糖苷类、二咖啡酸吡咯、二咖啡酸呋喃类其抑制机制在于它们与IN的核区相互作用而影响酶的催化功能，而不是作用于DNA底物。

动力学分析和渗透实验显示DCQAs抑制IN是不可逆的，并且不受二价阳离子的影响。

在体外实验中抑制活性ICs0：

0．15—0．84p．mol-L；而且相对无毒。

国内第一个具有自主知识产权的抗乙型肝炎病毒和艾滋病病毒化学药物二咖啡酰奎尼酸去年底临床研究成功。

该药由军事医学科学院和江中集团历经12年共同研发，已获得中国、美国和欧洲等国发明专利授

权，并获得国家食品药品监督管理局颁发的两个化学药物一类新药临床研究批文，为治疗乙型肝炎和艾滋病开辟了新途径。

二咖啡酰奎尼酸是经过大量筛选从中药分离得到的有效成分。

在抗艾滋病病毒体内外试验发现，二咖啡酰奎尼酸具有显著抑制HIV整合酶的作用，抑制病毒复制，延缓或逆转猴艾滋病病变，是一种明显不同于现有抗艾滋病病毒药物的非常重要的HIV抑制剂，作用与“鸡尾酒”疗法相近。

目前该药已在相关医院进行I期临床研究

参考文献：

[1]但飞君，董俊兴。

HIV一1整合酶及其抑制剂研究进展。

解放军药学学报，2004.4.20

（2）：

122~126

[2]刘冠男。

周宇等。

HIV整合酶抑制剂的研究进展.有机化学,2010.30.4：

477~485

[3]闫世凤,赵桂森,孙健,潘风美。

HIV一1整合酶抑制剂的研究进展.解放军药学学报,20,2:

122~126

二、单胺氧化酶抑制剂（第一代）

（1）、酶的必需基团：

单胺氧化酶（MAO）存在两种同分异构体即单胺氧化酶A（MAO～A）和单胺氧化酶B（MAO—B），它们都有一个黄素腺嘌呤二核苷酸辅酶以共价键链接到活性中心区域的半胱氨酸残基上。

它们能催化氧化生物体内的各种胺类物质（多巴胺，5一羟基色胺，去甲肾上腺激素，色胺等），最终产物醛和双氧水与细胞的氧化密切相关。

单胺氧化酶的两种亚型结构主要是以专一的底物和不同的抑制剂来分类的．其中单胺氧化酶A对血青素和去甲肾上腺素有较大的亲和力，而单胺氧化酶B则优先使苄胺和苯乙胺脱氨基化。

研究表明，单胺氧化酶在神经组织中过多，会产生过量的胺代谢产物．而这些产物被认为是引发各类精神疾病的重要原因。

（2）、药物和机理：

Monoaminoxidaseinhibitor,MAOI

为最早发现的抗抑郁剂，曾广泛应用，经长期观察，疗效不很理想，且副作用大，故已少用。

但对恐怖、焦虑状态可能有效。

近年来似有复兴之势。

它主要通过抑制单胺氧化酶的降解，使突触有效介质浓度升高而发挥作用。

分为二类：

一类为肼类单胺氧化酶抑制剂，以苯乙肼（phenelzinenareil）为代表药物；另一类为非肼类MAOI，以超环苯丙胺（tranylcypromine）为代表药物。

参考文献：

宋明贵,何秉踊,韩隽,朱劫。

单胺氧化酶抑制剂的研究进展[J].浙江化工,2011,42,4（12）

三、硫化合物作为酪氨酸酶抑制剂

1、酶的必需基团：

酪氨酸酶（TYR）是一种75kD含铜酶，来源于胚胎神经峭细胞，是黑素代谢和儿茶酚胺的关键酶。

人TYR是一种铜结合蛋白，有铜A和铜B位点。

离子铜特异性能与人TYR结合，一个位点的铜结合可以促进另一个位点的铜结合。

组氨酸在铜B位点协调其结合。

TYR的多肽链的适当折叠对铜结合及其催化活性是关键性的，TYR突变可中断铜结合使其催化活性丧失。

2可能的药物及其作用原理：

苯基硫脲、二硫苏糖醇和巯基乙醇，是含硫化合物，它们均是酪氨酸酶的抑制剂，这些化合物对酪氨酸酶的抑制作用是不可逆的．硫脲与酪氨酸酶还原态形式的酶结合，将导致永久性失活，其抑制作用主要是通过硫脲上的硫取代酪氨酸酶的活性中心两个铜离子之间的氢氧化物桥联配体，从而与酶活性中心形成很牢固的结合，使化合物具有不可逆抑制酪氨酸酶的活性．含硫化合物中，亚硫酸盐及二氧化硫也均是酪氨酸酶的强效抑制剂。

巯基化合物是酪氨酸酶独特的抑制剂，例如半胱氨酸、L一半胱氨酸二羧酸盐、半胱氨酰色氨酸等半胱氨酸衍生物以及卡托普利（Captopril）[3、甲巯咪唑（Th—iamazole）等化合物都是酪氨酸酶的有效抑制剂．在这些巯基化合物中的巯基具有较强的还原能力和化学反应活性，可与酪氨酸酶的活性中心络合或是与酪氨酸酶的催化产物结合形成无色化合物，所以对酪氨酸酶具有很强的抑制活性．在这些化合物中，有些是作为人类疾病毒药物而得以应用．例如，卡托普利是一种抗压药物，甲巯咪唑被用于治疗甲状腺疾病．在这些化合物中，倘若把原子硫取代掉，将大大降低对酪氨酸酶的抑制作用，显示硫原子的重要作用。

参考文献：

[1]陈清西，林建峰，宋康康。

酪氨酸酶抑制剂的研究进展.厦门大学学报,2007,46,2:

274~282

四、二异丙基氟磷酸（DFP）对乙酰胆碱酯酶的抑制

乙酰胆碱酯酶是神经传导所必需的，这酶的抑制引起生命功能的迅速削弱。

DFP与酶活性部位的丝氨酸残基反应，生成无催化活性的二异丙基磷酰酶。

许多神经毒气和农药有剧毒，也是因为它们与乙酰胆碱酯酶活性部位丝氨酸残基的羟基结合而使酶失活。

五、组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）

组蛋白去乙酰化酶（histonedeacetylase,HDACs）和组蛋白乙酰转移酶（histoneacetyltransferase,HAT）控制着组蛋白末端赖氨酸上ε-氨基的乙酰化程度,表观遗传学研究表明,HDACs的过度表达或异常调控使组蛋白过度去乙酰化,导致组蛋白与DNA高度亲和,染色质凝聚,阻碍转录蛋白质复合物进入启动子结合位点,使相应基因表达受到抑制,导致恶性肿瘤发生。

HDACs抑制剂（HDACi）可导致肿瘤细胞的生长停滞、诱导肿瘤细胞分化和凋亡,HDACi作为以针对抑制肿瘤基因转录为目的的肿瘤治疗药物而备受关注。

Chlamydocin是从Diheterosporachlamydosporia菌中分离出的一种天然环肽HDACi（如下图所示）,由Aib,L-Phe,D-Pro和L-Aoe四个氨基酸残基组成骨架结构,其中L-Aoe的环氧酮结构构成与酶作用的结合区,对HDACs表现出良好的体外抑制活性（IC50＝1.3nmol/L）,但抑制作用是不可逆。

其他同属于含硫环肽类HDAC抑制剂有HC-toxin和TPX等。

他们是从抗寄生虫或抗增殖作用的天然化合物中筛选得到的，所显示的不可逆抑制组蛋白乙酰化作用与其所含的环氧酮结构有关。

参考文献：

[1]DeShepper,S.;Bruwiere,H.;Verhulst,T.;Steller,U.;Andries,L.;Wouters,W.;Janicot,M.;Arts,J.;VanHeusden,J.J.Pharmacol.Exp.Ther.2003,304

（2）,881.

[2]孙蕾;基于chlamydocin骨架设计合成环肽类HDACi及其抗肿瘤活性[D];大连理工大学;2010年

六、5α-还原酶抑制（5AR）

5α-还原酶抑制可分为可逆性抑制剂和不可逆性抑制剂。

其中，不可逆性抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶蛋白中的活性部位结合使酶失活，因此不能用透析、超滤等方法除去抑制剂恢复酶的活性。

这类化合物由于与酶结合稳定,不存在逆反应,因此仅需较低的血药浓度。

RMI18341是一个叠氮酮类化合物，与5AR有着高度亲和力，质子化后，能与酶活性部位形成共价键。

小鼠口服RMI18341后,可长时间显著地抑制前列腺中5AR活性。

另一个不可逆性5AR抑制剂Ly207320是6-次甲基甾体化合物，其次甲基被激活后，也能与酶活性部位形成共价键。

在小鼠实验中，此药能抑制种植的人前列腺癌的生长。

但由于其17位上带有20羰基侧链，与孕激素的结构类似，所以也能与孕激素受体（PR）结合，具有抑制孕激素的作用。

参考文献：

[1]肖丽仁,5α-还原酶抑制剂研究进展[J]；国外医药,1996,17:

17.

七、黄素参与的单胺氧化酶（MAO）抑制剂

其原理和相对基团如下：

八、β-内酰胺酶抑制剂

病原菌质粒传递产生β-内酰胺酶，致使一些药物β-内酰胺环水解而失活，是病原菌对一些常见的β-内酰胺类抗生素（青霉素类、头孢菌素类）耐药的主要方式。

β-内酰胺酶抑制剂是一类β-内酰胺类药物，可与β-内酰胺酶发生牢固的结合而使酶失活，和其他抗生素联用可增强其抗菌活性，减少其用量。

其中，目前已用于临床的不可逆的自杀性β-内酰胺酶抑制剂包括舒巴坦、克拉维酸、他唑巴坦。

其反应及结构如下：

九、部分定向活性部位的不可逆抑制剂及酶的常用功能基类型

十、其他