药物设计学肽拟似物医学.pptx

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1、2023/3/26人们发现，许多天然活性肽具有激素、酶抑制剂或底物、生长促进剂或抑制剂、神经递质和免疫调节剂的作用，在内源性物质中占有非常重要的地位。活性肽是通过与相应受体分子结合呈现出某些生物活性，以调控特殊的生理行为。第1页/共101页2023/3/26A、Hydrophobic amino acids一、肽的基本知识1.201.20种氨基酸种氨基酸第2页/共101页2023/3/26The building blocks(II)B、Charged amino acids第3页/共101页2023/3/26The building blocks(III)C、Polar amino acid

2、s第4页/共101页2023/3/26氨基酸的分类类别氨基酸疏水性氨基疏水性氨基酸酸Ala(A)、Val(V)、Ile(I)、Leu(L)、Met(M)、Phe(P)、Tyr(Y)、Trp(W)亲水亲水性氨性氨基酸基酸酸性Asp(D)、Glu(E)碱性Lys(K)、Arg(R)、His(H)、极性Ser(S)、Thr(T)、Asn(N)、Gln(Q)特殊氨基酸特殊氨基酸 Cys(C)、Gly(G)、Pro(P)第5页/共101页2023/3/26几种重要的不常见氨基酸几种重要的不常见氨基酸在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而

3、来的。其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。第6页/共101页2023/3/262 2 2 2 多肽多肽多肽多肽一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。2.12.1多肽的结构多肽的结构l由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。第7页/共101页2023/3/26在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-N-端；在另一端含有一个游离的

4、-羧基，称为羧基端或C-C-端。氨基酸的顺序是从N-N-端的氨基酸残基开始，以C-C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln第8页/共101页2023/3/262-2 2-2 肽键肽键肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。组成肽键的原子处于同一平面。第9页/共101页2023/3/26肽键肽键肽键中的C-NC-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。在大多数情况下，以反式结构存在。第10页/共101页2023/3/26四肽的结构四肽的结构四肽的结构四肽的结构第11页/共101页2023/3/263 3

5、3 3 天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。第12页/共101页2023/3/26第13页/共101页2023/3/26 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽催产素抗利尿激素虽然二者性质和作用完全不同但二者具有很大程度的同源性其差别只在3位和8

6、位上的氨基酸不同第14页/共101页2023/3/26短杆菌肽短杆菌肽S(S(环十肽环十肽)由由 细细 菌菌 分分 泌泌 的的 多多 肽肽，有有 时时 也也 都都 含含 有有 D-D-氨氨 基基 酸酸 和和 一一 些些 不不 常常 见见 氨氨 基基 酸酸，如如 鸟鸟 氨氨 酸酸（Ornithine,Ornithine,缩写为缩写为 OrnOrn）。）。第15页/共101页2023/3/261.在生物体内易受到许多特异性或非特异性酶的作用而快速代谢，代谢不稳定性限制了它们的应用2.肽类具有免疫原性，注射使用会产生过敏性反应。3.肽类药物口服生物利用度低，尤其是分子量大时，没有特异的转运蛋白辅助吸

7、收很难被机体摄取。4.肽类药物一般不能穿越血脑屏障，难以到达中枢神经系统。5.肽类应作用与特异性的受体分子，但是它们的柔性分子结构，具有多种受体分子识别的不同构象，使其选择性降低，临床上产生一些副作用二、肽类使用被限制的原因：第16页/共101页2023/3/261、定义；肽拟似物是一类能够模拟台分子与受体或酶的相互作用，可以激活或阻止某种生物活性的非肽、类肽或拟肽化合物。作为药物，肽类似物不仅要对受体有亲和力，而且要有选择性活性，有效能和底物功能，以产生特异的药理效应。一个设计成功的类肽，应该具有代谢稳定性，口服优良的生物利用度,高度的受体亲和性和选择性，尽可能少的副作用.三、肽拟似物（类肽

8、）第17页/共101页2023/3/262、肽拟似物的优点保持某种能够产生所期望性质的构象，但是消除或避免不希望的性质，提高亲和性和选择性。通过结构改造，改变肽的物理化学性质（如溶解度和离解度等）调整药代动力学性质（提高吸收性和代谢稳定性）消除肽结构，避免了免疫原性，降低毒性和不良反应可以是受体激动剂、抑制剂或拮抗剂第18页/共101页2023/3/26对活性肽修饰得到肽模拟物，虽然其化学结构是由活性肽衍生的，但是已基本没有肽的性质，模拟的只是肽的生物活性部分。肽拟似物主要在药效学和药物动力学等进行改善，主要使生物利用度提高、耐受酶解性、作用时间长、稳定性好，成本低等第19页/共101页202

9、3/3/26肽拟似物的发现途径：通过变换天然活性肽分子的结构，衍生出新的有活性的非肽结构。利用构象限制的方法确定药效团在空间的分布是设计的第一步随机筛选或偶然发现非肽类化合物，它们与活性肽对受体具有相同或相似的亲和力和活性，其药效团与活性肽的活性构象有相似的分布和配置，可在此基础上进一步进行分子设计。第20页/共101页2023/3/26肽拟似物设计的基本策略肽拟似物设计的基本方法非肽结构的肽模拟物第21页/共101页2023/3/26一、肽拟似物设计的策略引言肽拟似物设计的关键-构象限制肽拟似物设计的Farmerrule第22页/共101页2023/3/261、引言在不同的介质中，由于分子中

10、有许多单键，生物活性肽可能有许多不同的构象同时存在，它们之间存在着平衡1.所测定的构象是多种构象的平均状态，难以找到药效构象。2.柔性肽对不同的受体亚型可以采取不同的构象，启动不同的生物学效应，构象的多样性导致了活性的多样性，但缺乏选择性第23页/共101页2023/3/26在柔性肽分子中引入构象限制因素，可对活性产生限制性影响，影响到对受体的亲和力、选择性、药效强度、药代动力学特征以及增强对酶降解的稳定性。对处于平衡状态的多种构象中的一种加以固定（即构象限制），可以突出一种构象结构，消除其它构象，从而提供对于受体的亲和力。第24页/共101页2023/3/262 2、肽拟似物设计的关键、肽拟

11、似物设计的关键-构象限制构象限制肽的生物活性构象（药效构象）是被受体和酶的结合区域所识别或与其相互作用的构象利用药效构象一方面可增加亲和力和选择性，也可增加对于蛋白水解酶的阻抗能力，提高代谢稳定性生物活性构象可能最好由使用构象限定的类似物推测出来第25页/共101页2023/3/26构象限制的方法是局部构象限制和整体分子构象限制局部构象限制:对某一氨基酸加以改换，或对侧链加以限制，或对肽骨架进行变换，利用电子等排体(甲氨基,酮甲基)反转酰胺基等取代酰胺部分;引入氨基酸残基类似物等整体构象限制:环化的二硫桥键;未参与受体识别,相互作用的侧链环化;骨架与骨架的成环等第26页/共101页2023/3

12、/261.应从可以产生具有特异性活性的尽可能简单的结构（产生活性的药效基团结构）开始设计肽拟似物。一般，疏水性氨基酸残基有利于与受体的结合，而极性残基很可能是产生内在活性所必须的。2.非肽拟似物应不占据外部空间，同时在向非肽拟似物转化的过程中，为避免功能基团的丢失，相应的功能基应尽量保留，尤其是在进行转化的初始阶段。第27页/共101页2023/3/263.在从肽拟似物结构中发现先导化合物以前，应最大限度的保持原肽类构象的可变性。4.相对而言，肽类二级结构的-螺旋和-折叠的拟似物往往缺乏选择性，而三级结构的选择性作用也许会更强一些。因此不仅要关注对肽链骨架拓扑学结构的模拟，还应该模拟肽类三级结

13、构。药物设计的实验性研究应该在设计过程中不断的进行，而且要进行包括对生物活性，吸收，首过代谢，中枢神经系统透过性，水溶性等方面的研究，合理的推出构效关系第28页/共101页肽拟似物设计的步骤：肽拟似物设计的步骤：首先将具有多个功能区的蛋白质分子分解成小的构象固定的片段（有活性的小肽），这些重要功能区的模拟物可能具有比天然蛋白质更佳的特异性和治疗效果；确定活性肽的药效团，药效团的空间位置和距离，即建立药效团模型；进行全新设计，按照药效团模型，将药效团移植到非肽类、刚性的骨架模板上；再进行活性测试，在生物活性指导下对设计的化合物进行进一步的改造。2023/3/26第29页/共101页2023/3/

14、26、针对肽的一级结构的修饰针对氨基酸的操作小肽类的类似物肽骨架的局部变换、针对肽的高级结构的修饰肽二级结构的分子模拟整体分子构象的限制、由肽类向非肽类转化第30页/共101页2023/3/261、针对氨基酸的操作对每一个氨基酸的作用应明确，在肽链中引入某些限定构型的非天然氨基酸。包括氨基酸的邻位进行取代,或者环化,使用D-氨基酸替代L-氨基酸系统引入限定结构，如N-甲基化或-甲基化等，使侧链的重要性得以确定和突出第31页/共101页2023/3/26限制性氨基酸的取代在活性多肽中，引入限制性氨基酸（ConstrainedAminoacid非天然氨基酸）是为了获得对柔性氨基酸的局部限制，尤其使

15、限制N-C和C-C、C-O键的旋转及由共价、非共价空间相互作用引发的侧链构象。作为构象探针（conformationalprobes)限制性氨基酸可作为构象探针，研究与特殊肽生物活性相关的局部构象。第32页/共101页2023/3/26类型及特点1.-甲基化氨基酸的C上的氢被甲基取代后，对决定与C有关的肽链骨架构象的二面角的变化区域，有较大的影响。被引入许多生物活性肽中。2.,-二烷基甘氨酸及氨基环烷羧酸3.N-甲基化4.其它第33页/共101页2023/3/26。氨基酸的C上的H被甲基取代后,将影响其构象角,限制C-N,C-C键的旋转最简单的Gly经甲基化衍生后得到-氨基异丁酸（-Amino

16、isobutyric acid，Aib）已被引入许多生物活性肽中，包括脑啡肽，血管紧张素和舒缓激肽等，以期获得高活性的选择性模拟物，并了解和判断受体识别所需的构象、氨基酸的-烷基化第34页/共101页2023/3/26与Aib不同的是，其它的-甲基化氨基酸都具有手性，如-乙基丙氨酸（isolaline，Ive）、-甲基苯丙氨酸（-Me-phe）、-Me-Val、-Me-Leu等，含这些氨基酸的三肽或多肽，多以-转角和310螺旋的优势构象存在，很少有完全伸展结构。将它们引入活性肽作为修饰物。第35页/共101页2023/3/26Aib残基所允许二面角的变化范围限制在和310螺旋范围-二乙基甘氨酸

17、（Deg）,-二苯基甘氨酸(Dpg)等偏向于完全伸展结构.-二烷基甘氨酸DegDpg第36页/共101页2023/3/26-氨基环烷酸(Acmc,A 氨基,cm，c 环，m 环的大小，c 羧酸)带有环状侧链的甘氨酸,-二烷基甘氨酸和-氨基环烷酸有相同的的侧链碳原子数，但是其构象迥然不同 Ac5c偏向于折叠结构 Deg和Dpg为完全伸展结构-氨基环烷酸第37页/共101页2023/3/26-氨基环烷羧酸已引入阿片肽,向化因子和甜味剂等多种生物活性肽,由此衍生出来的氨基吡咯酮羧酸,特别是-氨基去甲冰片烷羧酸,限制性更大,有可能成为 高程度优势构象第38页/共101页2023/3/26N-甲基化导致

18、N-上氢原子减少，含有这类氨基酸上的肽类氢键结合形式与其它不同，N-甲基酰胺键都有顺反异构;N-甲基化造成的空间位阻也限制了二面角的旋转减少了所允许的构象空间;N-甲基化氨基酸也影响C-C(O)键的旋转.当N-甲基氨基酸前一残基为-取代或带有分支的氨基酸时，则侧链构象的旋转角将受到严格的限制N-甲基化，导致有关肽键附近的空间位阻增大，不仅在构象限制方面,同时在防止和减少肽键酶解，增加代谢稳定性和提高生物利用度方面都有重要作用。、N-甲基化 第39页/共101页2023/3/26目的是避免顺反异构,在肽分子中引入-氨基环烷羧酸-AC5C,与Pro相似,但是环外有一个氨基,其前的酰胺键只能以反式构

19、型存在,由此形成一个新的手性中心,可产生4个异构体分别引入肽中,可得到与生物活性相关构象的信息、和环状氨基酸 第40页/共101页2023/3/26、某些侧链的限制性修饰苯丙氨酸侧链限制可以利用二苯基、萘基、茚基、四氢异喹啉基、二氢吲哚基等均可限制苯丙氨酸侧链。第41页/共101页2023/3/26、某些侧链的限制性修饰脯氨酸（Pro）拟似物脯氨酸拟似物设计采用N-C环化方式拟似Pro，其重要性之一是存在顺反异构体，Pro拟似物的N-C包含在环内，两面角受到高度限制C（O）键的旋转被吡咯烷和C（O）间的空间相互作用所制约，影响序列前的氨基酸构象。有很多的类似物形成相应的三元环、四元环、五元环以

20、及六元环衍生物第42页/共101页2023/3/26高限制性Pro拟似物的设计，是在Pro结构上引入其他功能基的系列衍生物，从而提供实质性的优势构象，并确定序列在前的酰胺键的顺反结构，并用于活性肽拟似物的设计中第43页/共101页2023/3/26、D-氨基酸的置换用D-氨基酸置换相应的L-氨基酸，使肽链的二级结构发生变化，有时会产生较高的活性一般L-氨基酸被D-氨基酸置换后，代谢稳定性增加脑啡肽的2-位的甘氨酸被D-丙氨酸置换，增加了镇痛活性和代谢稳定性，用L-丙氨酸置换，活性失去。第44页/共101页2023/3/26、其它经过修饰的肽架起了肽拟似物和非肽结构之间的桥梁作用,合成的一系列内

21、酰胺被作为桥梁来稳定特定的骨架构象,这些类似结构是基于侧链与侧链,侧链与骨架的成环构象.值得注意的是特异性的小分子类肽插入不同肽中可对生物活性产生不同的影响.除上述讨论的限制性氨基酸类型外,还有其它的引入限制的方式:1.,-不饱和氨基酸,在肽链骨架中形成-转角第45页/共101页2023/3/26,-二甲基或-甲基氨基酸取代，以基团体体积较大的甲基产生的立体位阻，影响空间相互作用，使侧链具有一定的构象取代-2,3,-亚甲基氨基酸，可以看作不饱和氨基酸的双键被环丙烷取代的产物，限制N-C和C-C(O)键的旋转还有许多的方法，总之想法对氨基酸进行改造，使其能限制肽类构象的多样化，如在肽分子中引入较

22、大的侧链（如萘环等），限制了其他侧链的运动，导致肽链骨架构象的变化，也可产生构象限制第46页/共101页2023/3/262、肽骨架的局部变换肽骨架的局部变换实质改变活性肽的部分肽键，即对酰胺键进行化学修饰，常用的方法包括电子等排置换和逆向转换前面所讲述的方法只是对氨基酸残基的侧链或氮原子进行修饰，并未涉及到肽键的基本的化学结构，用不同的原子或基团代替酰胺键或将-CONH-键逆转为-NHCO-，必将引起肽链构型、构象和拓扑学的改变，并且在电性分布、分配系数、分子的偶极矩、氢键等的形成能力都会改变，因而影响活性并有可能使作用翻转。第47页/共101页2023/3/26肽骨架局部变换的目的，主要是

23、增加太对于蛋白水解酶的耐受性，改善半衰期和药代动力学特征，提高生物利用度第48页/共101页2023/3/26在肽链中，骨架的作用是作为结构母体,其构象把侧链定位于限定的空间位置上,使其与酶或者受体蛋白发生最适相互作用,酰胺键再与酶或受体的结合中具有重要的作用.酰胺键的电子等排体已被设计合成并用于肽拟似物中.作用:提高稳定性,抵御蛋白酶的降解.肽链骨架的修饰第49页/共101页2023/3/26当多肽的一个或多个酰胺键电子等排体取代得到的拟似物称为假肽。它们通常具有较强的抗酶解能力。修饰后的肽类分子往往伴随分子的大小,立体形状(键角，杂化形式)，电性分布，亲水亲酯性，pKa和氢键化能力的改变.

24、肽键的修饰不仅增加了代谢稳定性，还增加了对受体亚型的选择性，改变药理学功能和增强药物动力学性质,如增强口服生物利用度，穿越血脑屏障的转运性能以及对靶组织的作用持久性.酰胺键拟似物-假肽(Pseudopeptide)第50页/共101页2023/3/26酰胺键的还原亚甲基醚替代酰胺键亚甲基硫醚替代酰胺键亚乙基,硫代酰胺等替代酰胺键反式烯键替代酰胺键 肽键的生物电子等排变换第51页/共101页2023/3/26 酰胺键的还原酰胺还原成亚甲胺后，失去了部分双键的性质近于1800的角变成可自由旋转的C-N单键，按季失去了相邻羰基对孤电子对的离域化，碱性增加，在人体pH条件下可被质子化；同时羰基被还原后

25、不能作为氢键接受体，但是仍能保持-折叠倾向的构象形式，连接成肽后将成为一个伪肽（pseudopeptide）。阿片肽、p物质、胃泌素、生长激素释放因子等肽类的酰胺键经过这种方法修饰后的拟似物，表现出激动或拮抗特性，活性的变化于修饰的部位而变第52页/共101页2023/3/26酰胺键被还原后柔性增加，因此需要引入一些限制性的单元，如烷基亚甲氨基、氨甲酰基亚氨基等第53页/共101页2023/3/26 亚甲基醚 替代酰胺键亚甲基硫醚被认为是一种能够提供分子极性、柔性和代谢稳定性的酰胺电子等排体，而相应的醚类比硫醚更好，这是因为同硫原子相比，氧原子的亲核性和被氧化的可能性可以被忽略，同时醚的极性较

26、大可形成较强的氢键，-CH2O-的几何构型与酰胺键十分相似。而二亚甲基替换酰胺键以后，非极性增加，不利于形成分子内氢键，并导致分子柔性增加，因此对肽链性质影响较大第54页/共101页2023/3/26 反式烯键替代酰胺键由于空间位阻的影响，肽键一般都是反式结构，反式烯键（trans-olefin）在几何形状、键角、键长等方面与其类似，可用此来代替酰胺键，同时反式烯键取代后，消除了形成氢键的可能性，增加了肽类分子的疏水性，提高了由生物转运细胞膜特别是血脑屏障的能力，也增强了代谢稳定性第55页/共101页2023/3/26氟代乙烯基比反式乙烯基代替酰胺键更有利，氟原子的氟典型类似于酰胺键中的氧，因

27、而物理化学性质以至于生物活性更相似于酰胺键。十二肽的p物质的phe(9)-Gly(10)的酰胺键用氟乙烯基取代后，活性基本不变，比用乙烯基取代效果强。第56页/共101页2023/3/26其中反转型电子等排体不仅反转了肽的方向,而且还使L-型氨基酸转变为D-型氨基酸.反转型电子等排体的插入产生了一个与天然肽具有相似拓扑构性的假肽,但对蛋白酶不再敏感肽键的逆转修饰第57页/共101页2023/3/26常用的修饰方法包括:酰胺键的逆转修饰将酰胺键的羰基和氨基位置互换,如果反向交换连续重复两次以上称为延伸逆转修饰,变更片断的中心序列反向交换后得到反氨基酸第58页/共101页用作抗血栓药物的凝血酶抑制

28、剂cyclotheonamide(CIA)也是模拟凝血酶和底物作用过渡态的类似物，其中含三肽片断的D-Phe-Pro-Arg是对酶活性中心的重要识别基团。2023/3/26第59页/共101页含有二氟酮基的对于老年痴呆症（AD）有一定作用的-分泌酶抑制剂就是一类模拟酶作用过程的过渡状态结构模拟物2023/3/26第60页/共101页2023/3/26问题：进行肽键的拟向操作的同时，会变换氨基酸的构型，有L-氨基酸变成D-氨基酸，得到的肽模拟物为反向-翻转异构体（retro-inversoisomer）如果所有的氨基酸都改变构象和肽键的方向，除脯氨酸残基外，仍保持原来侧链的拓扑结构，为对肽链作构

29、象限制，但不能作为蛋白酶的底物。反向-翻转异构体若不是环状肽时，末端相对应的电荷是相反的，因而不能与受体结合。解决方法末端引进“假端基”只对肽链中间一段作反向-翻转修饰，保持肽链两端结构不变第61页/共101页2023/3/263、类肽的设计类肽peptoid将C上的侧链结到N上，得到N-取代的氨基酸多聚体成为类肽与天然存在的肽相比，类肽分子中存在非手性的柔性主链，并有分割开的功能基团，其构象变化比肽多，同时不能形成分子间氢键，分子的空间效应有所变化。类肽的酶解稳定性提高，因无手性中心，易于合成第62页/共101页2023/3/26某些类肽结构第63页/共101页2023/3/26多数肽类和蛋

30、白质表现出构象限定良好的二级结构，由于肽类的柔性，使二级结构也发生构象变化肽类的二级结构拟似物肽类的二级结构拟似物、针对肽的高级结构的修饰整体分子构象的限制第64页/共101页2023/3/26蛋白质的二级蛋白质的二级(Secondary)(Secondary)结构是结构是指肽链的主链在空间的排列指肽链的主链在空间的排列,或规或规则的几何走向、旋转及折叠。它只则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。形成的氢键。主要有主要有-螺旋(-helix)、-折叠(-fold)、-转角(-turn)、-转角(-turn)等。蛋蛋蛋蛋白白白白质质

31、质质的的的的二二二二级级级级结结结结构构构构1、肽类二级结构的分子拟似物第65页/共101页2023/3/26 -转角转角 -turn-turn在在-转角部分，由四个转角部分，由四个氨基酸残基组成氨基酸残基组成;弯曲处的第一个氨基酸弯曲处的第一个氨基酸残基的残基的 -C=O-C=O 和第四个和第四个残基的残基的 N-H N-H 之间形成之间形成氢键，形成一个不很稳氢键，形成一个不很稳定的环状结构。定的环状结构。这类结构主要存在于球这类结构主要存在于球状蛋白分子中。状蛋白分子中。、-转角拟似物第66页/共101页2023/3/26肽及蛋白中肽链经常出现180以上的回折，在有四个连续的氨基酸残基构

32、成的这种回折部分就是-转角。在有些蛋白质中，暴露在外的-转角结构可能就是为识别位点部分，为此，设计系列-转角拟似物，这些结构引入活性肽，显示出高活性。-转角是由四个氨基酸形成,第一和第四氨基酸之间形成氢键,使之稳定-转角、-转角拟似物第67页/共101页2023/3/26某些非肽类的某些非肽类的-转角拟似物转角拟似物第68页/共101页AIDS致病因子HIV-1先与靶细胞结合成融合体，去壳后其RNA进入含有糖蛋白CD4-T的宿主细胞。研究表明，CD4的第4045氨基酸残基是与HIV糖蛋白120结合的重要结合域，该片断也含有一个暴露于肽链表面的-转角2023/3/26第69页/共101页2023

33、/3/26-转角(-turn)拟似物-转角是由三个氨基酸形成在第一和第三个氨基酸间形成氢键-转角-转角拟似物第70页/共101页2023/3/26 -折叠折叠折叠折叠-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象在在-折叠中，折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R R基团处于折叠的棱角上基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.350.35n

34、mnm；-pleated sheet-pleated sheet -折叠拟似物折叠拟似物第71页/共101页2023/3/26-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴氢键与链的长轴接近垂直。接近垂直。-折叠有两种类型。一种为折叠有两种类型。一种为平行式平行式，即所有肽链，即所有肽链的的N-N-端都在同一边。另一种为端都在同一边。另一种为反平行式反平行式，即相邻，即相邻两条肽链的方向相反。两条肽链的

35、方向相反。-折叠折叠折叠折叠第72页/共101页-折叠拟似物广泛的应用价值（广泛用于酶抑制剂、抗原表达、第二信使的信号传导等）很大程度的促进了各种二肽-折叠拟似物的研究，在蛋白质之间或者在酶-底物的作用界面上，由于氢键和侧链间的相互作用，可形成相应的片状结构，因此适当的排列氢键给体、受体和侧链功能基可以设计相应的-折叠片层模版。已有许多-折叠拟似物的报道，包括血管紧张素II、CCK-A、缓激肽、生长激素促泌素、升压素等受体的非肽激动剂等，2023/3/26第73页/共101页2023/3/26 -折叠拟似物折叠拟似物具有稳定反平行具有稳定反平行-折叠片层结构的作用折叠片层结构的作用-折叠拟似折

36、叠拟似物物第74页/共101页人生长激素抑制因子-2受体激动剂（sst2agonist）上的三个药效基团，苯基、吲哚和氨基与相应的环肽非常符合，形成了模拟的-折叠构象。但哌啶基上微小的结构修饰就将激动剂转变为拮抗剂（sst2antagonist），具有稳定反平行-折叠片层结构的作用-折叠拟似物模版如下所示2023/3/26sst2 agonist sst2 antagonist第75页/共101页吡咯啉酮经常被用作设计-折叠拟似物的模板，如用于HIV-1蛋白酶抑制剂（天冬氨酸蛋白酶抑制剂）的第一代拟似物起源于对HIV-1蛋白酶具有强抑制活性（IC50=0.6nM）2023/3/26第76页/共

37、101页2023/3/26 -螺旋螺旋螺旋螺旋 -helix-helix在在-螺旋中肽平面的键长和键角一定；螺旋中肽平面的键长和键角一定；肽键的原子排列呈反式构型；肽键的原子排列呈反式构型；相邻的肽平面构成两面角；相邻的肽平面构成两面角；-螺旋拟似物螺旋拟似物第77页/共101页2023/3/26多肽链中的各个肽平面围绕多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为即螺距为0.54nm,0.54nm,含含3.63.6个个氨基酸残基；两个氨基酸之氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为间的距离为0.15nm;0.15

38、nm;肽链内形成氢键，氢键的取肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的基酸残基的酰胺基团的-CO-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基与第四个氨基酸残基酰胺基团的基团的-NHNH基形成氢键。基形成氢键。蛋白质分子为右手蛋白质分子为右手-螺旋。螺旋。-螺旋螺旋螺旋螺旋第78页/共101页2023/3/26 -螺旋螺旋螺旋螺旋第79页/共101页2023/3/26 -螺旋拟似物螺旋拟似物螺旋拟似物螺旋拟似物将相应的片断引入到小肽分子中使其具有更高的螺旋性，一般右旋最稳定，也最易形成第80页/共101页2 2、其他方法、其他方法 限制性单元的应用 利用环

39、化的方法限制结构的柔性2023/3/26第81页/共101页 限制性单元的应用限制性单元的应用利用一些特殊功能基团（限制单元Constrainedunits），以加强特殊分子构象、获得所期望的理化性质，如引入巯基限制单元不仅提供了限制构象的性质，同时又提高了分子的疏水性。如,-亚戊基-巯基丙酸(,-pentamethylene-mercaptopropionicacid,Ppa),-二甲基-巯基丙酸(,-dimethyl-mercaptopropionicacid,Dmpa)2023/3/26第82页/共101页2023/3/26抗利尿素拟似物X-Phe(NO2)-Phe-Val-Asn-Cy

40、s-Pro-Lys-D-tyr-NH2在X位上引入分别上述四种半胱氨酸衍生物均有活性第83页/共101页在研究吗啡(morphine）和吗啡肽(enkephalin）的关系时发现，由于吗啡肽是线性肽，骨架本身易变动，存在着多种受体亚型，在体内又容易迅速降解，导致生物活性构象难以确定。以双环的刚性骨架的限制单元连接，得到和受体具有高亲和性，活性远远高于吗啡，半衰期小的衍生物（2023/3/26起始物 IC50=9nM IC50=27nM第84页/共101页 利用环化的方法限制结构的柔性利用环化的方法限制结构的柔性 促甲状腺激素释放激素（TRH）可提高细胞外乙酰胆碱水平,加速乙酰胆碱的转运,改善学

41、习记忆,作为神经肽药物,可以治疗运动神经疾病和阿茨海黙病。但稳定性较差，以其为先导物，利用环化的方法设计新的激动剂或拮抗剂2023/3/26第85页/共101页2023/3/26、整体分子构象的限制 对活性肽分子构象进行整体性限制（globalrestriction）是通过环合操作改变线型肽的柔性结构。环合的结果是参与环内的每个氨基酸残基的自由度减小，从而稳定了特定的二级结构。柔性使肽类不可能具有特定的构象和受体结合，通过肽的环化（cyclizationofpeptides），可降低线性母体分子的柔性，稳定肽的二级结构。生物活性肽环化后的稳定构象若与活性要求结构相似，必须增加功效和选择性。一些

42、天然肽也具有环状结构.第86页/共101页天然环化物天然环化物Sormatostain的环状类似物（酰胺成环）2023/3/26第87页/共101页2023/3/26环合的部位应不是参与同酶或受体识别的氨基酸侧链或骨架环合的稳定构象等于活性肽的活性构象时环合物会提高选择性和活性这种定向设计是基于对配体-受体、底物-酶的结合特征为前提的。环过于大时不易得到构象限制的结构，肽拟似物设计时都考虑小环结构（1118环）生物活性肽的环化-构象限制第88页/共101页利用环化的方法对肽类整体分子进行构象限制设计时，应注意下述问题：应以基于对配体-受体、底物-酶的结合特征为前提，为提高设计化合物的选择性和活

43、性，环合后的稳定构象应与活性肽的活性构象相吻合；参与环合的部位应该不是参与同酶或受体识别的氨基酸侧链或骨架；同时要注意成环的大小，环过于大时不易得到构象限制的结构，环过于小时对于化合物的稳定性有影响，因此肽拟似物设计时尽可能地考虑小环结构（1118环）。2023/3/26第89页/共101页2023/3/26环化线性多肽的方法有多种：1.连接N端和C端2.连接N端和一个侧链3.连接C端和一个侧链4.一个侧链和另一个侧链5.二硫键的环化第90页/共101页以内酰胺键相连接的脑啡肽模拟物2023/3/26通过二硫键的环化得到的脑啡肽模拟物第91页/共101页2023/3/26第92页/共101页2

44、023/3/26环化过程中，常利用一些特殊功能基团（限制单元Constrainedunits），以加强特殊分子构象、获得所期望的理化性质，如引入巯基限制单元不仅提供了限制构象的性质，同时又提高了分子的疏水性。第93页/共101页2023/3/26三 非肽结构的肽拟似物许多非肽类化合物是活性肽的受体激动剂或拮抗剂，多是随机筛选或偶然发现的，后来证明为活性肽的模拟物有些药物是在活性肽的基础上发现的第94页/共101页2023/3/261、阿片类化合物以吗啡为代表的阿片类药物，主要作用于阿片受体，同时发现阿片受体的内源性培基有脑啡肽（Enkephalin）、内啡肽（Endorphin）、强啡肽（Dy

45、norphalin）第95页/共101页2023/3/26三 非肽结构的肽拟似物ACE拟肽抑制剂(ACEinhibitorsonpeptidomimetics)本类药物是通过与ACE的三个活性部位：游离的C端脯氨酸羧酸负离子(S2部位)、距C端第三序列的芳香基团)和锌离子部位，从而达到抑制ACE活性的目的。肾素拟肽抑制剂第96页/共101页2 2、人体白细胞弹性蛋白酶抑制剂、人体白细胞弹性蛋白酶抑制剂人体白细胞弹性蛋白酶（HLE）是一个与炎症和组织降解有关的丝氨酸蛋白酶，HLE抑制剂可用于肺气肿和囊性纤维化的治疗。2023/3/26第97页/共101页3 3、人体免疫缺陷病毒蛋白酶抑制剂、人体免疫缺陷病毒蛋白酶抑制剂人体免疫缺陷病毒蛋白酶（HIV-PR）属于天冬氨酸蛋白酶，其作用与对病毒的多蛋白加工有关，可将病毒gag蛋白和gag-pol蛋白加工为有功能的成熟蛋白，因而对新的感染性病毒体的产生非常重要。2023/3/26第98页/共101页2023/3/26第99页/共101页有很多相关的例子，都是从活性肽经过修饰改造，最终得到高活性、副作用较低、生物利用度较高的非肽类衍生物的2023/3/26第100页/共101页感谢您的观看！第101页/共101页