带工作台的机器
酶是一种加速特定化学反应的蛋白质——把一种分子(底物)转化为另一种分子(产物),速度比自发反应快上千倍。反应发生在一个形状精确的裂隙中,称为活性位点,即酶的工作台。由于每种酶负责身体化学过程中的一步,阻断某一种酶便是有意叫停那一步的一种干净办法。
在药物发现中,有两个酶家族不断出现。激酶给其他蛋白质贴上磷酸基团,从而把它们打开或关闭——它是细胞信号传导的总控制器,也是癌症中一个庞大的靶点类别。蛋白酶像分子剪刀一样在特定位点切割其他蛋白质;蛋白酶是病毒、血液凝固和炎症中的核心靶点。当你遇到一个新的酶靶点时,问一句“它是激酶还是蛋白酶?”就已经道出了它故事的大半。
抑制:堵住工作台
大多数酶类药物是抑制剂:它们减慢或停止酶的工作。最常见的方式是竞争性抑制,药物坐进活性位点本身,与天然底物争夺同一个位置。谁先到达谁就占着;用足够多的药物淹没这套系统,底物就被挡在门外。由于这场较量关乎谁占据插槽,一个形状与底物相似的竞争性抑制剂往往是一个极佳的起始设计。
一个抑制剂效果如何,由两个你到处都会见到的数字来刻画。抑制常数(Ki)衡量它结合得有多牢——越小越强。IC50是把酶活性削减一半所需的浓度——同样,越小意味着越强效。随着你的分子改进,二者都会变小,因此看着它们在一系列化合物中逐渐下降,正是化学家看见进展的方式。
从工作台到药物
他汀类家族是教科书式的成功案例:每一种都是制造胆固醇那个酶的竞争性抑制剂,它们共同重塑了心血管医学。一些抑制剂走得更远,与活性位点形成永久的化学键——即共价抑制剂——于是酶会一直保持关闭,直到细胞重新合成一份新的。共价抑制剂可以极其强效且持久,但它们对选择性提出了额外要求,因为一个反应性基团也可能扣到错误的蛋白质上。