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酶是用于生化反应的非常有效的催化剂
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定义 酶是用于生化反应的非常有效的催化剂。它们通过提供较低活化能的替代反应途径来加快反应速度。酶作用于底物并产生产物。一些物质降低或什至停止酶的催化活性被称为抑制剂。 发现 1965年，Umezawa H分析了微生物产生的酶抑制剂，并分离出了抑制亮肽素和抗痛药的胰蛋白酶和木瓜蛋白酶，乳糜蛋白酶抑制的胰凝乳蛋白酶，胃蛋白酶抑制素抑制胃蛋白酶，泛磷酰胺抑制唾液酸酶，乌藤酮抑制酪氨酸羟化酶，多巴汀抑制多巴胺3-羟硫基嘧啶和多巴胺3-羟色胺酶酪氨酸羟化酶和多巴胺J3-羟化酶。最近，一种替代方法已应用于预测新的抑制剂：合理的药物设计使用酶活性位点的三维结构来预测哪些分子可能是抑制剂1。已经开发了用于识别酶抑制剂的基于计算机的方法，例如分子力学和分子对接。 结构特征 已经确定了许多抑制剂的晶体结构。已经确定了三种与凝血酶复合的高效且选择性的低分子量刚性肽醛醛抑制剂的晶体结构。这三种抑制剂全部在P3位置具有一个新的内酰胺部分，而对胰蛋白酶选择性最高的两种抑制剂在P1位置具有一个与S1特异性位点结合的胍基哌啶基。凝血酶的抑制动力学从慢到快变化，而对于胰蛋白酶，抑制的动力学在所有情况下都快。根据两步机理2中稳定过渡态络合物的缓慢形成来检验动力学。 埃米尔•菲舍尔（Emil Fischer）在1894年提出，酶和底物都具有特定的互补几何形状，彼此恰好契合。这称为“锁和钥匙”模型3。丹尼尔·科什兰（Daniel Koshland）提出了诱导拟合模型，其中底物和酶是相当灵活的结构，当底物与酶4相互作用时，活性位点通过与底物的相互作用不断重塑。 在众多生物活性肽的成熟过程中，需要由其谷氨酰胺（或谷氨酰胺）前体形成N末端焦谷氨酸（pGlu）。游离形式并与底物和三种咪唑衍生抑制剂结合的人QC的结构揭示了类似于两个锌外肽酶的α/β支架，但有多个插入和缺失，特别是在活性位点区域。几种活性位点突变酶的结构分析为针对QC相关疾病5的抑制剂的合理设计提供了结构基础。 作用方式 酶是催化化学反应的蛋白质。酶与底物相互作用并将其转化为产物。抑制剂的结合可以阻止底物进入酶的活性位点和/或阻止酶催化其反应。抑制剂的种类繁多，包括：非特异性，不可逆，可逆-竞争性和非竞争性。可逆抑制剂 以非共价相互作用（例如疏水相互作用，氢键和离子键）与酶结合。非特异性抑制方法包括最终使酶的蛋白质部分变性并因此不可逆的任何物理或化学变化。特定抑制剂 对单一酶发挥作用。大多数毒药通过特异性抑制酶发挥作用。竞争性抑制剂是任何与底物的化学结构和分子几何结构非常相似的化合物。抑制剂可以在活性位点与酶相互作用，但是没有反应发生。非竞争性抑制剂是与酶相互作用但通常不在活性位点相互作用的物质。非竞争性抑制剂的净作用是改变酶的形状，从而改变活性位点，从而使底物不再能与酶相互作用而产生反应。非竞争性抑制剂通常是可逆的。不可逆抑制剂与酶形成牢固的共价键。这些抑制剂可以在活性位点附近或附近起作用。 功能 工业应用中， 酶在商业上被广泛使用，例如在洗涤剂，食品和酿造工业中。蛋白酶用于“生物”洗衣粉中，以加速蛋白质在诸如血液和鸡蛋等污渍中的分解。商业上使用酶的问题包括：它们是水溶性的，这使得它们难以回收，并且一些产物可以抑制酶的活性（反馈抑制）。 药物分子，许多药物分子都是酶抑制剂，药用酶抑制剂通常以其特异性和效力为特征。高度的特异性和效力表明该药物具有较少的副作用和较低的毒性。酶抑制剂在自然界中发现，并且也作为药理学和生物化学的一部分进行设计和生产6。 天然毒物 通常是酶抑制剂，已进化为保护植物或动物免受天敌的侵害。这些天然毒素包括一些已知最剧毒的化合物。 神经气体（ 例如二异丙基氟磷酸酯（DFP））通过与丝氨酸的羟基反应生成酯，从而抑制了乙酰胆碱酯酶的活性位点。 参考 1、Scapin G (2006). Structural biology and drug discovery. Curr. Pharm. Des., 12(17):2087–2097. 2、Krishnan R, Zhang E, Hakansson K, Arni RK, Tulinsky A, Lim-Wilby MS, Levy OE, Semple JE, Brunck TK (1998). Highly selective mechanism-based thrombin inhibitors: structures of thrombin and trypsin inhibited with rigid peptidyl aldehydes. Biochemistry, 37 (35):12094-12103. 3、Fischer E (1894). Einfluss der configuration auf die wirkung der enzyme. Ber. Dt. Chem. Ges., 27:2985–2993. 4、Koshland DE (1958). Application of a theory of enzyme specificity to protein synthesis. PNAS., 44 (2):98–104. 5、Huang KF, Liu YL, Cheng WJ, Ko TP, Wang AH (2005). Crystal structures of human glutaminyl cyclase, an enzyme responsible for protein N-terminal pyroglutamate formation. PNAS., 102(37):13117-13122. 6、Holmes CF, Maynes JT, Perreault KR, Dawson JF, James MN (2002). Molecular enzymology underlying regulation of protein phosphatase-1 by natural toxins. Curr Med Chem., 9(22):1981-1989. |
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