酶反应与酶抑制剂.docx

酶反应与酶抑制剂 酶反应 酶是生物体内化学反应的催化剂，象细菌这样简单的生物，细胞内大约有 3000 种酶， 分别催化 3000 种不同化学变化。 在生命活动中，有时在瞬间要消耗巨大能量。动物在原野奔腾追逐，禽鸟在高空展翅 翱翔，伴随着肌肉迅速收缩，需要代谢反应迅速进行，将储存的能量高速释放，酶在这里起 提高反应速率的催化作用。如果没有酶的帮助，我们一次进餐得化上 50 年的时间才能消化完毕，而在酶的帮助下，要不了几个小时，肚子又饿了。糖或脂肪氧化会产生能量，把糖或脂肪放在空气里燃烧，氧化作用很快完成，热量一下释放出来。这样的反应如果在体内进行， 放热产生高温，会损伤机体。因此，在生命活动中，氧化作用必须缓慢进行，以便最有效地利用能量；同时热量必须温和地放出，以便长期保持一定的体温。所以代谢分解必须和燃烧 有所不同，代谢分解每步反应由不同的酶催化。我们摄取食物后消化，由一系列酶催化分解， 酶由体内各个部分分泌。唾液和胰腺分泌淀粉酶，化解淀粉；胃分泌蛋白酶；肠分泌蛋白酶 和糜蛋白酶，水解蛋白质。肠还释放脂酶，水解脂肪，于是食物从大分子分级分解成小分子。 当食物变成单糖，氨基酸，脂酸后，便在肠壁吸收，渗入到血流，运输到各种组织。 当食物代谢分解释放的能量有盈余时，酶的催化作用又促使产生一些化学物质，把能量暂时储存起来，而当需用时，又可迅速释出。例如三磷酸腺苷（ATP）即为能量储存物质， 分子内有 3 个磷酸基，在分解而裂去一个磷酸基时，可释出 33 千焦能量，变为二磷酸腺苷 （ADP）。同样，二磷酸腺苷再水解，脱去一个磷酸基，变成单磷酸腺苷，又可释出33 千焦能量，但单磷酸腺苷再水解脱去最后一个磷酸基时，只释出 12.5 千焦能量。 A － P－ P－ P+ H 2 O A－ P－ P+ H 2 O A－ P－ P + P－ O H + 3 3 Kg A－ P + P－ O H + 3 3 Kg A－ P+ H 2 O A+ P－ O H + 1 2.5 Kg 青霉素 许多药物的作用机理，在于抑制酶的催化作用，从而干扰生命活动。这种药物的结构， 可能与酶反应的底物的结构相似。青霉素和头孢菌素的抑制细菌作用，是由于干扰细菌合成细胞壁。细菌依赖着细胞壁保护其细胞，细胞壁由一些多糖链和多肽链交织而成。在交织构成过程中，一条包括由 D－丙氨酰－D－丙氨酸二肽的链加到一条有几个甘氨酸组成的肽链上，这加成反应由转肽酶与羧肽酶所催化。青霉素和头孢菌素的构象和D－丙氨酰－D－丙氨酸的构象十分相象，因之青霉素正好适应D－丙氨酰－D－丙氨酸在酶上的作用部位。而药物与酶分子作用部位的结合，意味着占有这部位而排斥了丙氨酸二肽的结合，这样就干扰了肽链的交织，从而阻止了细胞壁的构成，于是危及细菌的生长。这作用称为代谢拮抗 （Biological antagonism），丙氨酸肽链是代谢物，青霉素是拮抗物。拮抗物（ Antaganist ）与代谢物（Metabilite ）间存在一定构象关系。青霉素和头孢菌素的半合成类似物中，也存在类似构效关系，只有构象与前述青霉素或 D－丙氨酰－D－丙氨酸相似的，才有抑菌作用。 C O N H  C H 3 C O O H N H 2 C O N C H3 H C 3 C O O H N C O H C H 3 青霉素类药物 D--丙氨酰丙氨酸 头孢菌素类化合物环内第三位存有双键，该双键如迁移至第二位，便失去抑菌活性， 因为双键位置的变异，也同时意味着构象的差别。在头孢菌素类化合物中，羧基占有环上的假平伏键。在这构象中，酰氨基的氧原子与羧基的碳原子相距较近。在没有抗菌活性的△ 2 －头孢菌素类化合物中，羧基处于环上的假直立键。在这构象中，酰胺基的氧原子与羧基的碳原子相距较远。前者构象与丙氨酸二肽相近，因此也可在酶上同一受体部位作用，后者的构象就有偏离，就不适应多肽的作用所在，因此不能与酶很稳固结合而产生抑菌作用。 R C O N H R C O N H O R SNS S N S N O R C O O H 头孢菌素类 △2－头孢菌素类 （有抗菌活性） （无抗菌活性） 抗艾滋病毒药物 艾滋病即获得性免疫缺陷综合症（Acquired immune deficiency syndrome ），病毒是 RNA 病毒，以 RNA 为模板，合成 DNA，通过将有关核苷酸制成磷酸酯而成为长链。因为所用原料包括脱氧胸腺嘧啶核苷，将其 3 位 OH 基改为叠氮基成为齐多夫定（zidovudine,AZT）与脱氧胸腺嘧啶核苷结构相近，都能与逆转录酶结合，但叠氮基不能磷酸化，不能形成 DNA 长链。艾滋病患者服用齐多夫定后体重增加，免疫功能改善，免疫 T 细胞增加，高剂量组患者体内找不到病毒。齐多夫定虽不能根治艾滋病，但可降