Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu phản ứng thủy phân acetylcholine với xúc tác enzym acetylcholinesterase bằng phương pháp hóa tin - Tống Thị Thu Cúc (ĐHQGHN)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỐNG THỊ THU CÚC GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ACETYLCHOLINE VỚI XÚC TÁC ENZYM ACETYLCHOLINESTERASE BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA TIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỐNG THỊ THU CÚC GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ACETYLCHOLINE VỚI XÚC TÁC ENZYM ACETYLCHOLINESTERASE BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA TIN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA 1. Nguyễn Hữu Thọ GS. ĐẶNG ỨNG VẬN 2. Lâm Ngọc Thiềm Hà Nội - 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ các công trình nào khác. Tác giả Tống Thị Thu Cúc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .3 DANH MỤC CÁC BẢNG.4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. Tổng quan đối tƣợng nghiên cứu. Cơ chế phản ứng xúc tác enzym.

Một số chất ức chế đối với acetylcholinesterase. Tình hình nghiên cứu. Tổng quan phƣơng pháp nghiên cứu. Phƣơng pháp cơ học phân tử.

Phƣơng pháp phiếm hàm mật độ. Phƣơng pháp kết hợp cơ học lƣợng tử - cơ học phân tử (QM/MM) 37 1. Kĩ thuật protein docking. NGUỒN DỮ LIỆU VÀ CÔNG CỤ NGHIÊN CỨU.

Nguồn dữ liệu. Gaussian 09W và GaussView 5. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN. Kết quả khảo sát docking cho cơ chất acetylcholine.

Kết quả docking đối với acetylcholinesterase ở cá đuối điện. Kết quả docking đối với acetylcholinesterase ở ngƣời. Kết quả tính QM/MM cho phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ xúc tác enzym ở cá đuối điện và ở ngƣời. Kết quả tính QM/MM cho phản ứng ở cá đuối điện .57 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Kết quả tính QM/MM cho phản ứng ở ngƣời. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của một số chất đến acetylcholinesterase. Kết quả docking của donepezil. Kết quả docking của galantamin.

Kết quả docking của tacrin. Kết quả docking của neostigmin. Kết quả docking của physostigmin. Kết quả docking của rivastigmin.

Ảnh hƣởng của các chất ức chế khi gắn kết ngoài hốc phản ứng .122 KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .123 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .124 TÀI LIỆU THAM KHẢO .139 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AMBER Assisted Model Building AMBER with Energy Refinement (Tên trƣờng lực) B3LYP Becke 3 Lee-Yang-Parr Becke 3 Lee-Yang-Parr (Tên phiếm hàm) DFT Density Functional Theory Lý thuyết phiếm hàm mật độ EE Electronic Embedding Nhúng điện tử GAFF General Amber Force Field Trƣờng lực AMBER khái quát GGA Generalized Gradient Sự gần đúng gradient suy rộng Approximation HF Hartree – Fock Hartree – Fock LDA Local Density Sự gần đúng mật độ địa phƣơng Approxiamtion MM Molecular Mechanics Cơ học phân tử ONIOM Our own N-layered Obitan phân tử và Cơ học phân tử tích Integrated molecular Orbital hợp N lớp and molecular Mechanics PDB Protein Data Bank Ngân hàng dữ liệu protein QM Quantum Mechanics Cơ học lƣợng tử RMSD Root Mean Square Độ lệch (căn) bình phƣơng trung bình Deviation (Độ lệch chuẩn) * Trên các hình vẽ trong luận án, dấu "." đƣợc dùng để ngăn cách phần thập phân. * trong đó dii là khoảng cách giữa nguyên tử thứ i trong cấu trúc thứ nhất và nguyên tử thứ i trong cấu trúc thứ hai. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3. Kết quả docking của acetylcholine lên acetylcholinesterase 48 ở cá đuối điện Bảng 3.

Kết quả docking của acetylcholine lên acetylcholinesterase 49 ở cá đuối điện khi nhánh Ser200 và His 440 quay tự do Bảng 3. Kết quả docking của acetylcholine lên acetylcholinesterase 52 ở ngƣời Bảng 3. Năng lƣợng và momen lƣỡng cực Model của phản ứng ở cá 67 đuối điện Bảng 3. Khoảng cách (Å) giữa một số nguyên tử trong trạng thái 74 Tp_INT1 và Ho_INT1 Bảng 3.

Năng lƣợng và momen lƣỡng cực Model của phản ứng ở 84 ngƣời Bảng 3. Kết quả docking của donepezil lên acetylcholinesterase ở cá 93 đuối điện Bảng 3. Kết quả docking của donepezil lên acetylcholinesterase ở 94 ngƣời Bảng 3. Kết quả docking của galantamin lên acetylcholinesterase ở 96 cá đuối điện Bảng 3.

Kết quả docking của galantamin lên acetylcholinesterase ở 98 ngƣời Bảng 3. Kết quả docking của tacrin lên acetylcholinesterase ở cá 100 đuối điện Bảng 3. Kết quả docking của tacrin lên acetylcholinesterase ở 102 ngƣời Bảng 3. Kết quả docking của neostigmin lên acetylcholinesterase ở 104 cá đuối điện 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Kết quả docking của neostigmin lên acetylcholinesterase ở 106 ngƣời Bảng 3. Kết quả docking của physostigmin lên 108 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Bảng 3. Kết quả docking của physostigmin lên 109 acetylcholinesterase ở ngƣời Bảng 3. Kết quả docking của rivastigmin lên acetylcholinesterase ở 111 cá đuối điện Bảng 3.

Kết quả docking của rivastigmin lên acetylcholinesterase ở 113 ngƣời Bảng 3. Độ lệch tiêu chuẩn của cấu trúc phức khi có chất ức chế 115 gắn kết bên ngoài hốc phản ứng 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1. Cấu trúc bậc 2 của acetylcholinesterase ở cá đuối điện 16 Hình 1. Cấu trúc bậc 2 của acetylcholinesterase ở ngƣời 17 Hình 1.

Vị trí tâm xúc tác trên phân tử acetylcholinesterase 18 Hình 1. Cấu trúc bậc 3 của acetylcholinesterase ở cá đuối điện 19 Hình 1. Cấu trúc bậc 3 của acetylcholinesterase ở ngƣời 19 Hình 1. Ánh xạ từ không gian cấu hình lên tập số thực 38 Hình 2.

Ảnh hƣởng của độ phân giải đến khả năng xác định chính 40 xác cấu trúc từ nhiễu xạ đồ Hình 2. Cấu trúc acetylcholinesterase ở cá đuối điện (1EVE) 41 Hình 2. Cấu trúc acetylcholinesterase ở ngƣời (4EY4) 42 Hình 2. Phân vùng QM, MM cho hệ phản ứng thủy phân 45 acetylcholine nhờ xúc tác acetylcholinesterase Hình 3.

Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của acetylcholine 46 Hình 3. Cấu trúc acetylcholine đƣợc đƣa vào khảo sát docking 46 Hình 3. Không gian khảo sát docking đối với enzym của cá đuối 47 điện Hình 3. Các vị trí gắn kết thuận lợi của acetylcholine lên 49 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.

Trạng thái gắn kết có mức năng lƣợng thấp nhất của 51 acetylcholine lên enzym ở cá đuối điện Hình 3. Không gian khảo sát docking đối với acetylcholinesterase ở 51 ngƣời Hình 3. Các vị trí gắn kết thuận lợi của acetylcholine lên enzym ở 53 ngƣời Hình 3. Trạng thái gắn kết có mức năng lƣợng âm nhất của 54 acetylcholine lên enzym ở ngƣời Hình 3.

Cấu trúc tối ƣu Tp_INT1 55 Hình 3. Sự biến đổi cấu trúc của acetylcholine khi nằm trong hốc 56 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phản ứng của enzym ở cá đuối điện so với acetylcholine tự do Hình 3. Sự biến đổi cấu trúc tâm xúc tác của enzym ở cá đuối điện 57 ở trạng thái Tp_INT1 so với khi chƣa có cơ chất Hình 3. Cấu trúc tối ƣu Tp_INT2 58 Hình 3.

Cấu trúc tối ƣu Tp_INT3 59 Hình 3. Đƣờng quét thế năng giai đoạn tạo phức ở cá đuối điện 60 theo khoảng cách C(24) – O(6) Hình 3. Cấu trúc trạng thái chuyển tiếp giai đoạn tạo phức Tp_TS1 61 Hình 3. Cấu trúc tối ƣu điểm ảnh số 6 trên đƣờng quét thế năng 62 giai đoạn tạo phức Hình 3.

Đƣờng quét thế năng giai đoạn tách choline ở cá đuối điện 63 theo khoảng cách N(11) – H(14) Hình 3. Cấu trúc trạng thái chuyển tiếp giai đoạn tách choline 64 Tp_TS2 Hình 3. Sơ đồ biến đổi năng lƣợng của quá trình tạo phức và tách 65 choline ở cá đuối điện Hình 3. Tiến trình phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ enzym ở 66 cá đuối điện Hình 3.

Cấu trúc Tp_Vir1 68 Hình 3. Cấu trúc Tp_Vir2 68 Hình 3. Cấu trúc Tp_Vir3 69 Hình 3. Sự biến đổi cấu trúc trong phản ứng thủy phân 70 acetylcholine ở cá đuối điện Hình 3.

Cấu trúc Tp_Vir1Trp 71 Hình 3. Cấu trúc Tp_Vir2Trp 72 Hình 3. Cấu trúc tối ƣu Ho_INT1 73 Hình 3. Phần QM trong trạng thái Tp_INT1 và Ho_INT1 74 Hình 3.

Sự biến đổi cấu trúc tâm xúc tác của enzym ở ngƣời trong 75 trạng thái Ho_INT1 so với khi chƣa có cơ chất Hình 3. Cấu trúc tối ƣu Ho_INT2 76 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cấu trúc tối ƣu Ho_INT3 77 Hình 3. Đƣờng quét thế năng giai đoạn tạo phức ở ngƣời theo 78 khoảng cách C(24) – O(8) Hình 3.

Cấu trúc trạng thái chuyển tiếp giai đoạn tạo phức ở ngƣời 79 Ho_TS1 Hình 3. Đƣờng quét thế năng giai đoạn tách choline ở ngƣời theo 80 khoảng cách N(17) – H(9) Hình 3. Cấu trúc trạng thái chuyển tiếp giai đoạn tách choline ở 81 ngƣời Ho_TS2 Hình 3. Sơ đồ biến đổi năng lƣợng của quá trình tạo phức và tách 82 choline ở ngƣời Hình 3.

Tiến trình phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ enzym ở 83 ngƣời Hình 3. Cấu trúc Ho_Vir1 85 Hình 3. Cấu trúc Ho_Vir2 86 Hình 3. Cấu trúc Ho_Vir3 86 Hình 3.

Sự biến đổi cấu trúc trong phản ứng thủy phân 87 acetylcholine ở ngƣời Hình 3. Cấu trúc Ho_Vir1Trp 88 Hình 3. Cấu trúc Ho_Vir2Trp 89 Hình 3. Khoảng cách từ nguyên tử N trong acetylcholine đến vòng 89 Trp trong trƣờng hợp ở ngƣời và ở cá đuối điện Hình 3.

Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của donepezil 91 Hình 3. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của galantamin 91 Hình 3. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của tacrin 91 Hình 3. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của neostigmin 92 Hình 3.

Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của physostigmin 92 Hình 3. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của rivastigmin 92 Hình 3. Các vị trí gắn kết thuận lợi của donepezil lên 94 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3. Các vị trí gắn kết thuận lợi của donepezil lên 96 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3.

Các vị trí gắn kết thuận lợi của galantamin lên 98 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3. Các vị trí gắn kết thuận lợi của galantamin lên 100 acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3. Các vị trí gắn kết thuận lợi của tacrin lên 102 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3. Các vị trí gắn kết thuận lợi của tacrin lên 104 acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3.

Các vị trí gắn kết thuận lợi của neostigmin lên 105 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.