含锌金属蛋白水解酶抑制剂的研究可以为炎症、高血压等多种疾病的治疗提供新型的药物。大多数的含锌金属蛋白酶抑制剂都含有一个与酶的活性部位中的锌离子相配位的基团，如巯基、羧基等。在酶底物的类似结构上引入锌离子结合基团（zinc-binding group，ZBG）已经成为开发含锌金属蛋白酶抑制剂的主要策略。活性测试实验表明 ZBG与锌离子的配位作用是决定抑制剂活性的主要因素。为了得到选择性更高，药物代谢和药物动力学特性更好的含锌金属蛋白酶抑制剂，新型 ZBG的开发成为抑制剂研究的热点。一种方法是以羧肽酶A(carboxypeptidase A，CPA)和嗜热菌蛋白酶(thermolysin，TLN)为模型开发新型的ZBG。　　本文首先研究了硝基作为 ZBG与 TLN活性中心的锌离子的结合方式。通过悬滴法培养了基于硝基为 ZBG的2-苄基-3硝基丙酰胺（BNA）和TLN的复合物单晶（PDB code：3FOR）。复合物晶体的最高分辨率为1.93A，空间群为P6122。从复合物晶体结构可以看出 R-BNA中硝基和锌离子以螯合方式发生作用同时与 His-231残基形成氢键。　　为进一步开发和拓展硝基在含锌金属蛋白酶抑制剂中的应用，结合硝基是强吸电子基团的特点，本文将硝基引入到了羰基的α位，设计并合成了2-苄基-5-硝基-4-氧代戊酸（BNPA）及其光学异构体。为了考察硝基的诱导效应对羰基在CPA活性中心的存在形式的影响，本文又设计合成了化合物2-苄基-5-硝基-4-羟基戊酸。　　本文对所合成的目的化合物进行了 CPA抑制活性测试。动力学测试结果表明，BNPA的三种构型（(±)-、R-和 S-）对 CPA的抑制常数分别是0.43、0.16和31μM。R-BNPA对 CPA的抑制活性是其对映体 S-BNPA抑制活性的近200倍。2-苄基-5-硝基-4-羟基戊酸对 CPA的抑制常数是72μM,其抑制活性约为(±)-BNPA的1/180。　　为了从分子水平上揭示 BNPA与 CPA的结合情况，本文使用透析法培养了(±)-BNPA与CPA的复合物单晶（PDB code：3FX6）。复合物晶体的最高分辨率为1.85A，空间群为 P21。复合物的晶体结构表明 R-BNPA的末端羧基和Arg-145以“盐桥”形式相互作用并和Tyr-248的酚羟基以及Arg-127的末端胍基形成氢键。羰基经水合反应转变成偕二醇并以该方式和锌离子配位，此偕二醇和 Glu-270的末端羧酸根以及 Arg-127的末端胍基也形成氢键。此外末端硝基和 Arg-71以及 Arg-127的末端胍基形成分叉的氢键。这些晶体学特征与 CPA水解底物所形成的四面体过渡态的特征相吻合。由此我们确认(±)-BNPA是CPA的过渡态类似抑制剂。硝甲基酮是一个新型的过渡态 ZBG。　　为进一步开发取代甲基酮的ZBG同时也继续研究吸电子基团取代的甲基酮抑制剂对 CPA的抑制活性和结合模式的影响，本文又开展了α-羟甲基酮作为ZBG的研究，设计并合成了2-苄基-5-羟基-4-氧代戊酸（BHPA）及其光学异构体。本文进一步又合成了2-苄基-5-苄氧基-4-氧代戊酸以考察末端自由羟基对抑制剂与 CPA结合能力的影响。　　动力学测试结果表明，BHPA的三种构型（(±)-、R-和S-）对CPA的抑制常数分别是8，0.86和143μM。R-BHPA对CPA的抑制活性比S-BHPA强近150倍。(±)-2-苄基-5-苄氧基-4-氧代戊酸对 CPA的抑制常数是42μM,其抑制效果是(±)-BHPA的1/5。　　为了从分子水平揭示α-羟甲基酮在 CPA活性部位的结合情况，本文使用透析法培养了R-BHPA与CPA的复合物单晶（PDB code：3FVL）。复合物晶体的最高分辨率为1.85A，空间群为 P21。复合物的结构表明 R-BHPA的末端羧基和Arg-145以“盐桥”形式相互作用同时与Tyr-248的酚羟基以及Arg-127的末端胍基形成氢键。末端羟基和Ser-197的肽键羰基氧形成短而强的氢键。从复合物的晶体结构看，与R-BNPA不同，R-BHPA的羰基没有发生水合转变成偕二醇形式。