高级药理学第五章分子药理学进展课件

1、第五章 分子药理学进展 5.1 基本概念 5.2 受体 5.3 药物的分子作用机理 5.4 分子药理学的发展趋势 第1页，共37页。第五章 分子药理学进展 分子药理学的主要研究内容1、药物立体化学、电化学和结构参数，受体的功能及构象分析。2、药物与酶或其它生物大分子的相互作用。3、药物对DNA基因复制、转录和翻译水平的影响。4、抗生素及其它生长调节剂作用机理。5、药物引起的生物大分子结构改变或变构跃迁。6、激素或药物对细胞调控机制的影响。7、药物对膜功能的影响。8、药物耐药机理。第2页，共37页。5.1 基本概念 5.1.1 分子药理学 5.1.2 生物大分子 5.1.2.1 蛋白质 图5-1

2、 蛋白质的多级结构 一级结构是指特定蛋白质的肽链有着特定氨基酸排列顺序。 二级结构是指主链原子的局部空间排列，但不包括侧链构象内容。 三级结构是指侧链的构象内容及各种主链构象单元相互的空间关系。 四级结构是指亚基立体分布，亚基的相互作用与接触部位的布局。 第3页，共37页。5.1 基本概念(续）5.1.2.2核酸 包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA） 5.1.2.3生物膜 由脂质双分子层和嵌入的膜蛋白所组成 第4页，共37页。5.2 受体 5.2.1 历史 药物对机体的作用一般通过三个过程，即药剂学阶段、药代动力学阶段及药效学阶段。信号输入信号转换，放大，调制生物输出 刺 激药物受

3、体结合部位放大系统反应系统生物效应第5页，共37页。5.2.1 历史（续）1878年，Langley根据阿托品和匹罗卡品对猫唾液流出实验的相互拮抗作用，首次认为化学物质起始或改变细胞反应是通过作用在专一的作用部位。1906年，Langley在研究箭毒和烟碱对骨骼肌的作用时发现，当运动神经被切断任其变性后，如将烟碱用于神经早先终止的区域，仍可兴奋肌肉，而且箭毒可阻断烟碱的这一作用。20世纪初，Ehrlich根据抗体对抗原性物质具有高度特异性提出了受体概念 。1933年，Clark在研究乙酰胆碱作用于蛙心的剂量效应关系中观察到，它只能作用在细胞表面的极小一部分活性分子上，为受体学说奠定了重要基础。

4、 第6页，共37页。5.2.2 定义 换能 放大 生物活性物质与机体中特定部位结合后才能导致生物效应，这一特定部位叫结合位点 ，对特定的生物活性物质具有识别能力并可选择性结合的生物大分子，叫作受体（receptor）。对受体具有选择性结合能力的生物活性物质叫作配体（ligand）。配体与受体结合后进而引发机体某一特定结构产生生物效应，这一特定结构叫效应器（effector）。激素递质药物受 体效应器离子或分子的传输酶的激活或失活激素或递质的释放生物效应第7页，共37页。5.2.2 定义(续）配体是和受体大分子中的一小部分结合，这个部位，即结合位点或受点（binding site）。配体与受体结

5、合后可产生生物效应的叫激动剂（agonist）；虽能与受体结合，但并不产生生物效应，而能与激动剂或其它配体在与受体结合上相互竞争的配体称阻断剂（blocker），也称拮抗剂（antagonist）。产生最大反应作用的配体叫完全激动剂（full agonist），只产生低于最大反应作用的配体叫部分激动剂（partial agonist）。反转激动剂（inverse agonist）或负性拮抗剂（negative antagonist）的配体。 第8页，共37页。5.2.3受体的特性 一、饱和性（saturability） 图5-2 放射配体受体结合的饱和曲线 二、特异性（specificity）

6、 图5-3 3-甲基芬太尼类衍生物对阿片受体亲和力及其镇痛作用的相关曲线 三、可逆性（reversibility） 四、受体系统重组功能再现 五、分子神经生物学工作 六、受体的分布特性测定 第9页，共37页。5.2.4配体与受体相互作用的若干学说 一、占领学说（occupation theory） 二、速率学说（rate theory） 三、诱导契合学说（induced fit theory） 四、两态模型（two-state model） 第10页，共37页。5.2.5 研究受体的方法 一、离体器官生物检定法 （一）激动剂或阻断剂的强度比较 一般情况下，要确定未知药物是否作用于某种受体，其作

7、用性质是激动还是阻断，只要在富有某种受体的标本上试验，分析其作用性质，并和已知药物对照，即可获得明确结论。有时一个标本含有多种受体，需要用特异性阻断剂加以分析。激动剂的激动强度（ED50）可由浓度效应曲线中求得。阻断剂的作用强度以pA2值表示。 第11页，共37页。5.2.5 研究受体的方法（续） （二）阻断剂的解离常数和pA2值 pA2值就是使激动剂浓度增加到x倍而效应仍保留在原水平的阻断剂克分子浓度的负对数。常用是pA2值。 pA2值是分析药物与受体作用的有力工具。如果两个激动剂作用于同一受体，则它们可被同一竞争性阻断剂所阻断，并且有相同的pA2值。反之，同一阻断剂对这两个激动剂的pA2值

8、不同。可推测这个激动作用于不同受体。 二、放射配体受体合分析法 这种方法是观察标记配体与特定组织的受体制备的结合，通常采用组织匀浆、突触小体、膜碎片等匀浆制备，分别与高比活性配体（激动剂或阻断剂）一起孵育，形成配体-受体复合体，经离心、过滤或沉淀等处理，分离此复合物，并测定其结合的放射性。 第12页，共37页。5.2.6 受体分子结构研究方法 受体蛋白分子结构研究主要采用三种策略 一、cDNA经典的克隆方法 以受体经过分离纯化并获得蛋白的部分肽段的序列为基础，合成相应的核酸探针（Probe），利用此探针在富有目标受体的组织建成的cDNA文库（cDNA library ）中选取相关的cDNA，经

9、过若干次筛选，获得受体蛋白的cDNA全链。在体外对cDNA逆转录为相应的mRNA，用微量注射技术注入爪蟾的卵母细胞，使受体蛋白在卵母细胞表达，并且组装在膜上。利用电生理技术或其它检测方法检验获得的蛋白是否确为目标受体。将受体蛋白有关的全cDNA序列测定，并推出蛋白的一级结构氨基酸序列。这一方法必须有部分纯化受体的结构为基础，方法也较繁琐。 第13页，共37页。5.2.6 受体分子结构研究方法（续） 二、功能表达的筛选方法 这方法的特点是不需要先有纯化受体蛋白的基础，而是从富含所研究受体的组织建立的cDNA文库中，将含有的cDNA在体外转录成相应的mRNA系列，将此各个mRNA注入爪蟾卵母细胞或

10、将cDNA构建成质粒转染到其它表达细胞,检测其与受体相应的生理功能，从中筛选出阳性的克隆，从而获得相应的cDNA全序列，并推导出受体蛋白的一级结构及氨基酸序列。 第14页，共37页。5.2.6 受体分子结构研究方法（续） 三、低严谨杂交法 这是利用已知同源受体结构已阐明为基础的一种方法。这种方法多用于受体亚型或与之相关的受体结构研究，已知一种受体亚型结构后，以此cDNA结构为基础，利用部分片段，采用PCR（polymerease chain reaction）技术及RACE（rapid amplification of cDNA ends）复制含有此片段序列的DNA分子，其中可能存在与此受体结

11、构相似的亚型受体结构。 第15页，共37页。5.2.7 几种重要受体家族 一、G蛋白偶联受体家族（G-protein coupled receptor family） 大量的神经递质受体及激素受体将从细胞外的配体传递的信号，通过受体与G蛋白（guanine nucleotide binding protein）偶联，将信号传至细胞内的效应器（effector）。这一受体家族的成员与不同的膜上G蛋白偶联，使配体带来的信号通过第二信使cAMP、磷酸肌醇（phosphoinositides）、二酰甘油（diacetylglycerol，DG）及Ca2+传至效应器，产生生物效应。 图5-10 G蛋白偶

12、联受体结构模式图 图5-11 G蛋白介导的受体信号转导 第16页，共37页。5.2.7 几种重要受体家族(续） 二、酪氨酸激酶受体家族（Tyrosine Kinase receptor family） 多细胞抗体对细胞发育的调节与协调是受控于一些多肽因子，如表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF）、胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor, IGF）、血小板衍生生长因子（platelet derivated growth factor， PDGF）及神经生长因子（nerve growth factor，NGF）等。 这些生长因子的受

13、体具有共同特征：即具有内在的酪氨酸激酶活性。 图5-12 酪氨酸激酶受体结构拓扑图 第17页，共37页。5.2.7 几种重要受体家族(续） 三、配体门控离子通道受体家族（ligand gated ion channel receptor） 神经元上的离子通道有两种类型，根据其生理功能分为配体门控离子通道及电压门控离子通道。离子通道有Na+、K+、Ca2+等通道。 在中枢神经系统广泛存在的兴奋性氨基酸为谷氨酸（glutamate），而甘氨酸（glycine）及GABA为抑制性氨基酸。 第18页，共37页。5.2.7 几种重要受体家族(续） 四、细胞核激素受体（cell nuclear hormo

14、ne receptor） 甾体激素、甲状腺素、维甲酸（retinoic acid）、维生素A、维生素D等则可进入细胞内，与核受体结合，形成复合物，在细胞核中产生作用。 图5-13 核激素受体结构拓扑图 第19页，共37页。5.2.7 几种重要受体家族(续） 五、细胞因子受体家族（cytokine receptor） 细胞因子受体家族包括有：白细胞介素（interleukins）、红细胞生成素（erythropoietin）、粒细胞巨嗜细胞集落刺激因子（granulocyte macrophage colony stimulating factor）、粒细胞集落刺激因子（granulocyte

15、colony stimulating factor）、催乳素（prolactin），以及生长激素（growth hormone）等受体。 在生理状态下可与细胞因子形成高亲和力结合。 第20页，共37页。5.2.7 几种重要受体家族(续） 六、其它酶类受体（other enzyme receptors） 鸟苷环化酶（guanylate cyclase）也被认为是一受体系统，存在两类鸟苷环化酶，一类为膜结合酶，另一类存在于胞浆中。 第21页，共37页。受体的功能及作用方式传递信息第一信史物质（配体） 受 体 受体被激活 产生第二信史 （cAMP、cGMP、 DG、IP3、Ca2+）产生生理效应 效

16、应器 传导、放大信号第22页，共37页。5.2.8 第二信使与细胞内信号转导 受体与配体结合，接受了信号传入，其信号如何在细胞内传导是细胞生物学重大课题，也是药理学关注的重点，这与配体受体结合后，信号传导的选择性有关，细胞内信号的整合是通过第二信使通路相互作用实现的。第二信使的合成、释放及生物活性反映了这些通路的活动状态及第二信使间直接或间接的相互作用。cAMP是最早认识的第二信使，许多配体与受体结合后，使受体激活，通过与腺苷酸环化酶的连接作用使AMP环化而产生cAMP。第23页，共37页。5.2.8 第二信使与细胞内信号转导（续）cAMP的水解受一些不同的磷酸二酯酶催化，而cAMP从细胞外排

17、是通过主动转运系统。大多数cAMP功能的激活是由于激活了cAMP依赖的蛋白激酶（cAMP dependent protein kinase），这种激酶可调节许多细胞内蛋白，通过激酶的催化磷酸作用而实现。细胞浆中的Ca2+是另一第二信使，它的浓度是受控于若干不同的膜上 Ca2+通道的调节以及从细胞Ca2+储存部位释放。Ca2+通道的开启是由于膜的去极化，也可被Ca2+本身的作用，cAMP依赖的蛋白激酶磷酸化和GS作用等因素而开放。Ca2+通道可被G及Go而抑制其开启。第24页，共37页。5.2.8 第二信使与细胞内信号转导（续）Ca2+从细胞内储存处释放被另一第二信使IP3所介导。IP3是从膜上

18、的PIP2水解而来，这水解是由磷酸酯酶C（PLC）催化。已知的PLC有三类酶，作用于不同的信号转导通路。Ca2+调节细胞的活性是与若干蛋白介质（mediator）有关，如蛋白激酶C及钙调蛋白等。第25页，共37页。5.2.9 小结 受体研究由于受体蛋白一级结构的阐明，对受体结构功能研究已进入一个崭新的阶段。受体的研究在以下一些方面将会成为今后新的热点。受体的结构本质随着结构生物学的兴起，不能停留于分子克隆，在阐明一级结构的已有成绩上，必须进一步阐明受体的更高级结构三级结构。 受体及其亚型受体的克隆和结构研究将是一个研究的热点。受体与配体的结合位点简称受点仍是继续研究的课题。受体与配体结合机制的研究。 高选择性受体及其亚型配体的研究将继续得到关注。 采用基因敲出（gene knockout）技术研究基因在整体动物的功能表达，是一个非常重要的研究领域。第26页，共37页。5.3 药物的分子作用机理 一、作用于酶的药物 二、作用于蛋白质合成的药物 三、作用于DNA的药物 （一）作用于DNA生物大分子 （二）引起DNA链断裂 （三）影响DNA聚合酶 四、影响RAN的药物更生霉素五、抗代谢的药物嘌呤代谢抑制剂、嘧啶代谢抑制剂六、作用于细胞膜的药物七、作用于其它的药物，如影响微管和微丝系统秋水仙碱、长春碱、细胞松驰素