ỨC CHẾ ENZYM

Mặc dù có một số lượng lớn các chất ức chế enzym, hầu hết chúng có thể được phân loại thành một số lượng tương đối nhỏ các nhóm riêng biệt dựa trên phương thức hoạt động chung của chúng: chất ức chế cạnh tranh, chất ức chế không thể đảo ngược và chất ức chế allosteric (Hình 3.17). Các hợp chất hoạt động như chất ức chế cạnh tranh của một enzym có khả năng chiếm vị trí hoạt động của enzym (hoặc một phần của chúng), do đó ngăn cản sự xâm nhập của cơ chất tự nhiên vào vị trí hoạt động. Trong trường hợp này, sự ức chế là có thể đảo ngược, vì không có liên kết cộng hóa trị nào được hình thành giữa enzym và chất ức chế. Các lực tương tự giữ protein ở trạng thái ban đầu của chúng (ví dụ: liên kết hydro, tương tác kỵ nước, v.v.) cho phép chất ức chế liên kết với vị trí hoạt động. Ví dụ, thuốc cúm Tamiflu® (Oseltamivir) ức chế cạnh tranh men neuramini-dase của bệnh cúm, một loại enzyme xúc tác sự phân cắt axit sialic từ glycopro-te, bằng cách tạo ra trạng thái chuyển đổi bắt chước (GS-4701) khi bệnh nhân chuyển hóa (Hình 3.18) . Trong trường hợp này, một loạt các tương tác có lợi về mặt năng lượng cho phép thuốc chiếm vị trí hoạt động của enzym một cách thuận lợi, ngăn chặn phối tử tự nhiên.

Tuy nhiên, tính chọn lọc có thể là một vấn đề với các chất ức chế cạnh tranh. Ví dụ, hãy xem xét họ kinase của các enzym, mà phosphorylatetheir cơ bản thông qua một quá trình trung gian ATP. Với hơn 500 bài kiểm tra đã biết, loại enzym này đã trở thành chủ đề được nghiên cứu rất nhiều. Chúng rất quan trọng đối với phần lớn các chức năng của tế bào, đặc biệt là những chức năng liên quan đến dẫn truyền tín hiệu ở cả trạng thái bình thường và bệnh tật. Mặc dù chất nền cho bất kỳ kinase cụ thể nào có thể khác nhau, và do đó đòi hỏi trình tự axit amin khác nhau để liên kết, ATP không thay đổi cấu trúc của nó từ kinase này sang kinase khác. Thiên nhiên đã tận dụng điều này bằng cách tái chế mô-típ liên kết ATP trong phần lớn các enzym kinase, dẫn đến mức độ tương đồng đáng kể trong họ này. Mặc dù điều này có thể hiệu quả đối với tự nhiên, nhưng nó có thể tạo ra một vấn đề chọn lọc đáng kể đối với các chất ức chế cạnh tranh của các kinaza nhắm vào vùng liên kết ATP của vị trí hoạt động. Nói cách khác, các kinase có các cơ chất phosphoryl hóa rất khác nhau có thể có các miền liên kết ATP giống nhau, có thể giống hệt nhau, khiến nhiệm vụ thiết kế một hợp chất ức chế chọn lọc một kinase hơn các kinase khác là rất khó khăn.

            Theo định nghĩa, chất ức chế allosteric phát huy ảnh hưởng của chúng tại các vị trí khác với vị trí hoạt động của enzym được đề cập đúng như tên gọi của chúng. Vị trí hoạt động của enzym được nhắm mục tiêu vẫn không có người sử dụng, nhưng không thể tiếp cận được với chất nền tự nhiên do sự hiện diện của chất ức chế allosteric. Khi chất ức chế allosteric liên kết với vị trí liên kết allosteric (vị trí liên kết trên enzym khác với vị trí hoạt động), nó gây ra những thay đổi trong cấu hình tổng thể của enzym sao cho vị trí liên kết không còn khả năng tương tác với phối tử tự nhiên. Ví dụ, MEK1, một thành viên của lớp kinase đóng vai trò quan trọng trong sự tiến triển của bệnh ung thư, có thể bị ức chế về mặt dị ứng bởi các hợp chất như CI-1040. Mặc dù hợp chất này là chất ức chế mạnh MEK1 và MEK2, nhưng nó không liên kết với vùng liên kết ATP, là vị trí hoạt động của MEK1. Thay vào đó, nó liên kết với vị trí liên kết lân cận và tạo ra sự ức chế MEK1 thông qua những thay đổi cấu trúc gây ra bởi sự hiện diện của nó trong vị trí allosteric.

            Mặc dù họ enzym kinase có mức độ tương đồng cao tại vị trí liên kết ATP, điều này không nhất thiết đúng với các vị trí liên kết allosteric. Điều này tạo cơ hội để thiết kế các hợp chất có mức độ chọn lọc cao hơn trong họ kinase.

            Không giống như chất ức chế cạnh tranh và allosteric, chất ức chế không thuận nghịch gắn cộng hóa trị vào vị trí hoạt động của enzym đích, ngăn chặn sự xâm nhập của cơ chất tự nhiên và làm bất hoạt enzym. β-Lactams, chẳng hạn như benzylpenicillin (penicillin G), phản ứng với cặn serine ở vị trí hoạt động của các protein liên kết penicillin (PBP), làm vô hiệu hóa enzym. PBP rất cần thiết cho giai đoạn cuối cùng của quá trình tổng hợp peptidoglycan, một thành phần chính của thành tế bào vi khuẩn. Sự ức chế không thuận nghịch bởi các β-lactam dẫn đến giảm sức bền thành tế bào và làm chết tế bào của vi sinh vật được nhắm mục tiêu. Vì không có đối tác của con người với PBP, khả năng xảy ra tác dụng phụ không mong muốn do kháng sinh nhóm β-lactam nói chung là thấp. Tuy nhiên, việc áp dụng các chất ức chế không thể đảo ngược để điều trị các điều kiện trong đó có một biến thể của enzym đích ở người có thể là một vấn đề, vì việc khôi phục hoạt động của enzym thường đòi hỏi phải tổng hợp thêm số lượng enzym đích. Giả sử, ví dụ, một chất ức chế kinase không thể đảo ngược đã được phát triển nhắm vào vị trí liên kết ATP của MEK1. Chất ức chế không thể đảo ngược sẽ liên kết với MEK1, ngăn chặn hoạt động của nó, nhưng với mức độ tương đồng cao của vị trí liên kết ATP trong họ kinase, có khả năng nhiều kinase khác cũng sẽ bị ức chế không thể đảo ngược. Sự ức chế không thể đảo ngược các enzym tham gia vào quá trình chuyển hóa thuốc cũng có thể dẫn đến những hậu quả tiêu cực đáng kể do làm thay đổi tốc độ đào thải thuốc khỏi cơ thể. Điều này sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong Chương 6. Nói chung, ngành công nghiệp dược phẩm ủng hộ sự phát triển của các chất ức chế cạnh tranh và allosteric hơn là các chất ức chế không thể đảo ngược.