Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng sinh β lactam và en
Nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng sinh mới và enzyme vi sinh vật.
Hóa lí thuyết và Hóa lí
Luan An
Luận án Tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
175
Thời gian đọc
27 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Cơ chế kháng sinh β lactam PBP2a và đề kháng thuốc
Nghiên cứu tập trung vào cơ chế phản ứng giữa kháng sinh β-lactam và enzym PBP2a. Đây là một protein gắn penicillin biến đổi, chủ yếu trong vi khuẩn Staphylococcus aureus kháng Methicillin (MRSA). Sự đề kháng kháng sinh đang là mối lo ngại toàn cầu. Việc hiểu rõ cơ chế phân tử là cần thiết để phát triển thuốc mới. Luận án sử dụng các phương pháp hóa tin tiên tiến. Các phương pháp này bao gồm động lực học phân tử và phương pháp lai QM/MM. Mục tiêu là làm sáng tỏ quá trình tương tác và phản ứng ở cấp độ nguyên tử. Phát hiện này cung cấp thông tin giá trị cho thiết kế thuốc kháng sinh hiệu quả hơn. Các kháng sinh Methicillin và Nitrocefin được nghiên cứu chi tiết.
1.1. Bối cảnh đề kháng kháng sinh β lactam
Đề kháng kháng sinh là thách thức y tế toàn cầu nghiêm trọng. Sự xuất hiện của vi khuẩn Staphylococcus aureus kháng Methicillin (MRSA) làm phức tạp việc điều trị nhiễm trùng. Các kháng sinh β-lactam, bao gồm penicillin và cephalosporin, là nền tảng trong điều trị vi khuẩn. Tuy nhiên, sự phát triển các cơ chế đề kháng đã làm giảm hiệu quả của chúng. Một trong những cơ chế chính là sự thay đổi cấu trúc của protein gắn penicillin (PBP). PBP2a là một PBP biến đổi, đặc trưng của MRSA. Enzym này có ái lực thấp với hầu hết kháng sinh β-lactam thông thường. Điều này cho phép vi khuẩn tiếp tục tổng hợp thành tế bào khi có mặt thuốc. Việc hiểu rõ cơ chế tương tác giữa kháng sinh β-lactam và PBP2a là tối quan trọng. Nó cung cấp cơ sở để chống lại tình trạng kháng thuốc. Nghiên cứu này đóng góp vào nỗ lực phát triển các phương pháp điều trị mới, hiệu quả hơn.
1.2. Enzym PBP2a Mục tiêu chính của kháng sinh
PBP2a là enzym trọng yếu trong quá trình tổng hợp thành tế bào vi khuẩn. Enzym này thuộc nhóm transpeptidase, xúc tác phản ứng tạo liên kết chéo trong peptidoglycan. Cấu trúc PBP2a cho phép nó duy trì chức năng ngay cả khi có mặt kháng sinh β-lactam. Ái lực thấp với các kháng sinh này là nguyên nhân chính gây ra đề kháng MRSA. Sự khác biệt về cấu trúc không gian và động lực học của PBP2a so với các PBP thông thường cần được làm rõ. Nghiên cứu sâu về PBP2a giúp nhận diện các điểm yếu. Thông tin này quan trọng cho việc thiết kế các tác nhân kháng sinh mới. Các tác nhân này có khả năng vượt qua cơ chế đề kháng hiện tại. Việc nhắm mục tiêu chính xác vào PBP2a là chiến lược hứa hẹn trong cuộc chiến chống kháng thuốc.
II.Phương pháp hóa tin Công cụ nghiên cứu cơ chế phản ứng
Luận án áp dụng các phương pháp hóa tin hiện đại để khám phá cơ chế phản ứng. Các kỹ thuật này cho phép mô phỏng và phân tích các quá trình sinh học ở cấp độ phân tử. Động lực học phân tử (MD) được sử dụng để khảo sát sự linh động của protein và ligand. Phương pháp lai cơ học lượng tử/cơ học phân tử (QM/MM) phân tích chi tiết các phản ứng hóa học. Sự kết hợp các phương pháp này mang lại cái nhìn toàn diện. Nó giúp làm rõ các yếu tố cấu trúc và năng lượng ảnh hưởng đến hoạt tính kháng sinh. Đây là cách tiếp cận mạnh mẽ để giải quyết các vấn đề phức tạp trong hóa sinh và dược học.
2.1. Động lực học phân tử MD Mô phỏng hệ sinh học
Phương pháp động lực học phân tử (MD) mô phỏng chuyển động của các nguyên tử và phân tử. Nó dựa trên định luật cơ học cổ điển. MD giúp nghiên cứu sự linh động của PBP2a và các kháng sinh. Phương pháp này cung cấp thông tin về cấu hình không gian, thay đổi động học. Đặc biệt, nó khảo sát cách khe hoạt động của enzym thích nghi khi có ligand. Các mô phỏng MD dài hạn làm sáng tỏ sự ổn định của phức hợp. Chúng cũng xác định các tương tác quan trọng giữa protein và thuốc. Dữ liệu từ MD hỗ trợ việc hiểu về quá trình gắn kết. Nó còn dự đoán các thay đổi cấu trúc ảnh hưởng đến chức năng protein.
2.2. Phương pháp lai QM MM ONIOM Phân tích chi tiết phản ứng
Phản ứng hóa học phức tạp liên quan đến sự phá vỡ và hình thành liên kết. Phương pháp cơ học lượng tử/cơ học phân tử (QM/MM) là lý tưởng cho việc này. Đặc biệt, kỹ thuật ONIOM cho phép chia hệ thành nhiều vùng. Vùng phản ứng cốt lõi được tính toán bằng cơ học lượng tử (QM). Các vùng còn lại, bao gồm môi trường protein, được xử lý bằng cơ học phân tử (MM). Cách tiếp cận này cân bằng độ chính xác và hiệu quả tính toán. Nó cho phép xác định các trạng thái chuyển tiếp, năng lượng hoạt hóa. QM/MM là công cụ mạnh mẽ để làm sáng tỏ cơ chế acyl hóa của kháng sinh β-lactam. Nó giúp phân tích vai trò xúc tác của PBP2a ở cấp độ điện tử.
2.3. Quy trình chuẩn bị hệ và điều kiện tính toán
Việc chuẩn bị hệ thống chính xác là yếu tố then chốt cho kết quả đáng tin cậy. Các cấu trúc protein PBP2a và kháng sinh Methicillin (MC1), Nitrocefin (NC1) được xây dựng. Dữ liệu cấu trúc ban đầu thường lấy từ ngân hàng dữ liệu protein (PDB). Hệ thống được solvat hóa bằng nước và trung hòa điện tích. Các trường lực phù hợp được chọn để mô tả tương tác nguyên tử. Điều kiện nhiệt độ và áp suất mô phỏng sinh lý. Các mô hình tâm hoạt hóa và enzym được thiết lập cụ thể cho phương pháp QM/MM. Lựa chọn vùng QM và MM được thực hiện cẩn thận. Việc này đảm bảo tính chính xác cho các phép tính cơ chế phản ứng. Các bước này đều được thực hiện theo tiêu chuẩn khoa học nghiêm ngặt.
III.Nghiên cứu động lực học phân tử Đặc điểm tương tác PBP2a
Kết quả từ mô phỏng động lực học phân tử cung cấp hiểu biết sâu sắc về PBP2a. Nghiên cứu này phân tích cấu trúc, động thái của tâm hoạt động và khe hẹp. Nó khảo sát cách các kháng sinh Methicillin và Nitrocefin tương tác với enzym. Dữ liệu về năng lượng gắn kết được tính toán và so sánh. Những phát hiện này làm nổi bật các đặc điểm quan trọng của PBP2a. Đây là các yếu tố ảnh hưởng đến ái lực và hiệu quả của kháng sinh. Thông tin này rất cần thiết cho việc thiết kế các phân tử thuốc mới. Các thuốc này cần có khả năng gắn kết mạnh mẽ và ức chế PBP2a hiệu quả hơn.
3.1. Phân tích khe hẹp và động thái tâm hoạt động
Các mô phỏng động lực học phân tử đã chỉ ra sự tồn tại của khe hẹp gần tâm hoạt động SER403 của PBP2a. Khe này có tính linh động đáng kể. Các axit amin lân cận trải qua các thay đổi cấu hình. Sự linh động này có thể ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận của kháng sinh. Phân tích định lượng về sự dao động của các dư lượng axit amin cung cấp thông tin chi tiết. Nó giúp hiểu các vùng quan trọng cho tương tác với phối tử. Mở/đóng của khe hẹp ảnh hưởng đến sự gắn kết của Methicillin và Nitrocefin. Điều này là một yếu tố cấu trúc then chốt liên quan đến đề kháng thuốc. Hiểu rõ động thái này giúp tối ưu hóa thiết kế ligand.
3.2. Động thái phối tử Methicillin và Nitrocefin
Động thái của Methicillin (MC1) và Nitrocefin (NC1) trong phức hợp với PBP2a được khảo sát. Các mô phỏng MD tiết lộ sự linh động của phối tử trong tâm hoạt động. MC1 và NC1 có các mẫu chuyển động khác nhau. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến vị trí và hướng tấn công của nhóm cacbonyl β-lactam. Các tương tác cụ thể với các axit amin xung quanh được xác định. Các tương tác này bao gồm liên kết hydro và tương tác van der Waals. Động thái của các dư lượng axit amin vùng tâm hoạt động cũng được phân tích. Các yếu tố này góp phần vào sự khác biệt về hoạt tính. Chúng giải thích tại sao một số kháng sinh hiệu quả hơn các loại khác.
3.3. Năng lượng tự do gắn kết Đánh giá tương tác
Năng lượng tự do gắn kết của Nitrocefin và Methicillin lên các cấu trúc PBP2a khác nhau được tính toán. Phép tính này bao gồm các phức Michaelis và acyl. Kết quả chỉ ra sự khác biệt trong ái lực gắn kết. Các thành phần của năng lượng tự do gắn kết, như năng lượng tĩnh điện và năng lượng van der Waals, được phân tích riêng. Phân tích này giúp xác định các đóng góp chính vào sự ổn định của phức. Các cấu hình PBP2a có thể có ái lực khác nhau với cùng một kháng sinh. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của trạng thái cấu trúc protein. Năng lượng gắn kết là một chỉ số quan trọng cho khả năng ức chế enzym. Đây là cơ sở để so sánh hiệu quả giữa các kháng sinh.
IV.Phân tích cơ chế QM MM Con đường phản ứng acyl hóa
Phân tích cơ chế phản ứng acyl hóa được thực hiện bằng phương pháp QM/MM. Nghiên cứu này xác định đường năng lượng phản ứng chi tiết. Nó tập trung vào sự tấn công của SER403 của PBP2a lên vòng β-lactam của kháng sinh. Các mô hình tâm hoạt hóa và mô hình protein đầy đủ được sử dụng. Việc này giúp làm rõ các trạng thái chuyển tiếp và các sản phẩm trung gian. Các yếu tố ảnh hưởng đến hàng rào năng lượng được thảo luận. Kết quả cung cấp cái nhìn sâu sắc về xúc tác enzym và hoạt động của kháng sinh. Nó cũng giải thích tại sao một số kháng sinh hoạt động hiệu quả hơn các loại khác ở cấp độ phân tử.
4.1. Đường năng lượng phản ứng các mô hình tâm hoạt hóa
Phương pháp QM/MM được áp dụng để tính toán đường năng lượng phản ứng. Các mô hình tâm hoạt hóa đơn giản được sử dụng ban đầu. Nghiên cứu tập trung vào bước acyl hóa quan trọng. Đây là bước SER403 tấn công nhóm cacbonyl của vòng β-lactam. Các trạng thái chuyển tiếp và các cấu trúc trung gian được xác định. Năng lượng tương đối của từng trạng thái được tính toán. Kết quả cung cấp cái nhìn về các rào cản năng lượng. Hàng rào này phải vượt qua để phản ứng xảy ra. Các dữ liệu này là nền tảng để hiểu động học phản ứng. Chúng giúp giải thích hoạt tính xúc tác của enzym.
4.2. Cơ chế acyl hóa Vai trò của PBP2a và kháng sinh
Cơ chế acyl hóa của MC1 và NC1 với PBP2a được làm rõ. SER403 của PBP2a đóng vai trò nucleophile. Nó tấn công cacbonyl của β-lactam, hình thành liên kết cộng hóa trị. Luận án phân tích đường năng lượng phản ứng của các mô hình protein đầy đủ. Sự hiện diện của môi trường protein ảnh hưởng đáng kể đến năng lượng hoạt hóa. Các tương tác tĩnh điện và van der Waals với các dư lượng xung quanh được đánh giá. Các yếu tố này góp phần ổn định trạng thái chuyển tiếp. Điều này giải thích tại sao enzym lại là chất xúc tác hiệu quả. Nó cũng làm rõ cách kháng sinh ức chế enzym bằng cách hình thành phức acyl bền vững.
4.3. Ảnh hưởng của môi trường protein lên phản ứng
Môi trường protein xung quanh tâm hoạt động có vai trò quan trọng. Nó điều chỉnh năng lượng của phản ứng acyl hóa. Các tương tác tĩnh điện giữa vùng QM và môi trường protein (MM) được phân tích. Các tương tác này có thể làm giảm hoặc tăng năng lượng hoạt hóa. Cụ thể, các axit amin tích điện và các dipol của xương sống protein ảnh hưởng đến trạng thái chuyển tiếp. Điều này giải thích sự khác biệt giữa các mô hình tâm hoạt hóa đơn giản và mô hình protein đầy đủ. Việc đưa môi trường protein vào tính toán QM/MM là cần thiết. Nó mang lại kết quả phù hợp hơn với thực nghiệm và sinh học. Hiểu rõ ảnh hưởng này giúp tối ưu hóa thiết kế ligand để tương tác tốt hơn với enzym.
V.Khác biệt hoạt tính kháng sinh Giải thích bằng hóa tin
Nghiên cứu đã làm sáng tỏ lý do đằng sau sự khác biệt về hoạt tính giữa các kháng sinh. Đặc biệt là giữa Methicillin (MC1) và Nitrocefin (NC1). Các phương pháp hóa tin cung cấp cái nhìn chi tiết về tương tác phân tử và con đường phản ứng. Sự khác biệt về cấu trúc, động thái gắn kết và rào cản năng lượng được phân tích. Các yếu tố này quyết định hiệu quả của từng loại kháng sinh. Hiểu biết này rất quan trọng để phát triển các loại thuốc mới. Các thuốc này cần có khả năng vượt qua cơ chế đề kháng hiện có. Nó cũng hỗ trợ việc tối ưu hóa các phân tử kháng sinh hiện có.
5.1. Lý do khác biệt hoạt tính giữa Methicillin và Nitrocefin
Nghiên cứu đã làm rõ sự khác biệt trong hoạt tính giữa MC1 và NC1. Mặc dù cả hai đều là kháng sinh β-lactam, con đường phản ứng và rào cản năng lượng của chúng không giống nhau. Phân tích QM/MM cho thấy các trạng thái chuyển tiếp của MC1 và NC1 có năng lượng khác nhau. Điều này liên quan đến các đặc điểm cấu trúc riêng của từng phối tử. Ví dụ, góc căng của các phối tử trong tâm hoạt động ảnh hưởng đến phản ứng. Điện tích nguyên tử Mulliken của các nguyên tử phản ứng cũng có vai trò. Những khác biệt này dẫn đến hiệu quả ức chế PBP2a không đồng nhất. NC1 có thể có rào cản năng lượng thấp hơn. Điều này giải thích hoạt tính cao hơn của nó trong một số trường hợp. Kết quả cung cấp cơ sở phân tử cho sự chọn lọc kháng sinh.
5.2. Vai trò cấu trúc và năng lượng trong hiệu quả thuốc
Cấu trúc hóa học của kháng sinh quyết định năng lượng tương tác và rào cản phản ứng. Các thay đổi nhỏ trong cấu trúc có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu quả. Năng lượng tương tác tĩnh điện và van der Waals giữa kháng sinh và PBP2a là yếu tố then chốt. Chúng ảnh hưởng đến sự định hướng và khả năng tấn công của vòng β-lactam. Luận án nhấn mạnh rằng không chỉ ái lực gắn kết mà cả động học phản ứng cũng quan trọng. Một kháng sinh có thể gắn kết tốt nhưng phản ứng chậm. Điều này làm giảm hiệu quả ức chế enzym. Việc hiểu rõ mối quan hệ cấu trúc-năng lượng-hoạt tính là cần thiết. Nó giúp thiết kế kháng sinh có khả năng ức chế PBP2a tối ưu. Mục tiêu là tạo ra thuốc có rào cản năng lượng thấp cho phản ứng acyl hóa.
VI.Kết luận nghiên cứu Hướng phát triển kháng sinh mới
Luận án này đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cơ chế phản ứng giữa kháng sinh β-lactam và enzym PBP2a. Các phương pháp hóa tin đã chứng minh hiệu quả trong việc giải mã các quá trình sinh hóa phức tạp. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng đối với lĩnh vực dược phẩm. Chúng mở ra những hướng đi mới cho việc thiết kế và phát triển kháng sinh. Đặc biệt là các loại kháng sinh có khả năng vượt qua sự đề kháng của MRSA. Các phát hiện này góp phần vào cuộc chiến chống lại tình trạng kháng thuốc toàn cầu. Nó cũng thúc đẩy việc sử dụng hóa tin như một công cụ thiết yếu trong khám phá thuốc.
6.1. Đóng góp khoa học và ứng dụng tiềm năng
Nghiên cứu này đóng góp đáng kể vào việc hiểu cơ chế phản ứng PBP2a. Nó sử dụng các phương pháp hóa tin tiên tiến. Luận án đã làm rõ cấu trúc động thái của tâm hoạt động. Nó cũng xác định các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng gắn kết và phản ứng acyl hóa. Các phát hiện này cung cấp một khuôn khổ phân tử. Nó giúp giải thích sự đề kháng của MRSA với kháng sinh β-lactam. Ứng dụng tiềm năng bao gồm việc xác định các đặc điểm cấu trúc. Các đặc điểm này giúp tạo ra kháng sinh có ái lực và khả năng phản ứng cao hơn với PBP2a. Nghiên cứu cũng chứng minh giá trị của mô phỏng tính toán trong dược lý học.
6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo Thiết kế thuốc hiệu quả
Các kết quả từ luận án mở ra nhiều hướng nghiên cứu tiếp theo. Một hướng là sử dụng thông tin cấu trúc và năng lượng. Nó để thiết kế các kháng sinh β-lactam mới có khả năng ức chế PBP2a hiệu quả hơn. Các nhà khoa học có thể tập trung vào việc tạo ra các phân tử có rào cản năng lượng thấp cho phản ứng acyl hóa. Đồng thời, nó cần duy trì ái lực gắn kết cao với enzym. Việc khám phá các vị trí gắn kết mới trên PBP2a cũng là một tiềm năng. Hoặc là phát triển các phối tử có khả năng điều hòa dị lập thể. Hóa tin sẽ tiếp tục là công cụ mạnh mẽ. Nó hỗ trợ sàng lọc ảo và tối ưu hóa các hợp chất chì tiềm năng. Mục tiêu cuối cùng là mang lại các liệu pháp điều trị mới chống lại MRSA.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (175 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------- NGUYỄN HỌA MI NGHIÊN C U CƠ CHẾ PHẢN NG GIỮA MỘT SỐ KHÁNG SINH β-LACTAM VÀ ENZYM PBP2a BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA TIN U N ÁN TIẾN S HÓA HỌC Hà Nội – 2012 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------- NGUYỄN HỌA MI NGHIÊN C U CƠ CHẾ PHẢN NG GIỮA MỘT SỐ KHÁNG SINH β-LACTAM VÀ PBP2a BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA TIN Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và Hóa lí Mã số: 62 44 31 01 U N ÁN TIẾN S HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. ĐẶNG ỨNG VẬN 2. TRƯƠNG NGUYỆN THÀNH Hà Nội – 2012 2 MỤC LỤC STT NỘI DUNG TRANG DANH MỤC CÁC BẢNG 05 DANH MỤC CÁC HÌNH 06 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN 09 MỞ ĐẨU 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 14 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƢƠNG 25 PHÁP TÍNH 2.1 MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC CƠ HỌC PHÂN TỬ (MM/MD) 25 2.1 Mẫu cơ học phân tử (M/M) 26 2.2 Phƣơng pháp động lực phân tử MD 38 2.2 Cơ cở của phƣơng pháp tính gần đúng lƣợng tử 52 2.3 PHƢƠNG PHÁP QM/MM (HYBRID QUANTUM 65 MECHANICS/MOLECULAR MECHANICS) 2.1 Phƣơng pháp lai hóa QM/MM trong ONIOM 79 CHƢƠNG 3: CHUẨN BỊ INPUT VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN 89 NGHIÊN CỨU CHO HỆ CỤ THỂ 3.1 ĐIỀU KIỆN TÍNH VỚI PHƢƠNG PHÁP MM/MD 89 3.1 Nghiên cứu đặc điểm của tâm hoạt động và khe hẹp 89 gần tâm 3.2 Nghiên cứu tính hoạt động của protein và phối tử 94 3.3 Tính năng lƣợng tự do gắn kết của methicillin và 96 nitrocefin lên các cấu trúc khác nhau của protein PBP2a 3.2 ĐIỀU KIỆN TÍNH VỚI PHƢƠNG PHÁP QM/MM 98 (ONIOM) 3.1 Các mô hình tâm hoạt hóa 98 3.2 Các mô hình enzym 99 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 103 4.1 KẾT QUẢ TÍNH MM/ND 103 4.1 Về sự tồn tại của khe hẹp gần tâm hoạt động 103 SER403 của PBP2a 4.2 Về tính linh động của phối tử và các axit amin vùng 108 tâm hoạt động trong các phức axyl và phức michaelis của methicillin(MC1) và nitrocefin (NC1) với PBP2a 4.3 Năng lƣợng tự do gắn kết nitrocefin và methicillin 114 lên các cấu trúc khác nhau của PBP2a 4.2 KẾT QUẢ TÍNH QM/MM 119 4.1 Đƣờng năng lƣợng phản ứng của các mô hình tâm hoạt hóa 4.2 Đƣờng năng lƣợng phản ứng của các mô hình 126 protein 4.3 Lý do cho sự khác biệt trong hoạt tính giữa MC1 và 130 NC1 4.4 Thảo luận 134 KẾT LUẬN 136 TÀI LIÊU THAM KHẢO 140 PHỤ LỤC 154 DANH MỤC CÁC BẢNG STT TÊN BẢNG Trang 1 Bảng 4.1 Các dữ liệu của phức michaelis tính toán trên 94 phần mềm AutoDock và GROMACS 2 Bảng 4.2 RMSF (nm) và véctơ riêng (nm2) của phối tử và Ser403 103 trong các phức michaelis khe β3Z mở của PBP2a* với meticillin và nitrocefin 3 Bảng 4.3 So sánh các thành phần của năng lượng tự do gắn kết * 104 (kJ.4 Năng lượng tương đối (kcal/mol) của các phức phản ứng, các 111 trạng thái chuyển tiếp, các trạng thái trung gian, các sản phẩm trong phản ứng của MC1 và NC1 5 Bảng 4.5 Năng lượng tương tác tĩnh điện và tương tác vdW 118 giữa các nguyên tử QM và môi trường Protein (kcal/mol) 6 Bảng 4.6 Góc căng của các phối tử (theo độ), như được 121 xác định trong hình 4.7 Điện tích nguyên tử Mulliken của meticillin 122 8 Bảng 4.8 Điện tích nguyên tử Mulliken của nitrocefin 122 9 Bảng 4.9 Điện tích nguyên tử Mulliken của mô hình SER403 123 5 DANH MỤC CÁC HÌNH STT TÊN HÌNH Trang 1 Hình 1.1 Ảnh SEM hiển vi của meticillin- kháng Staphylococcus aureus 5 2 Hình 1.2 Cấu trúc phức axyl hóa của 1MWU từ ngân hàng dữ liệu 6 protein data bank 3 Hình 1.3 Sản sinh ra men β-lactamase có khả năng xúc tác thủy phân β- 7 lactam 4 Hình 1.4 Cơ chế axyl hóa trong đó nhóm cacbonyl của β-lactam bị tấn 11 công bởi SER403 của tâm hoạt hóa 5 Hình 1.5 Các cơ chất MC1 và NC1 12 6 Hình 2.1 Các loại năng lượng trong mẫu MM: 16 a: kéo căng, b: góc liên kết, c: góc nhị diện, d: Coulomb.2 Sự khác biệt giữa thế Morse (đường nét liền) và thế điều hoà 17 (đường nét rời) 8 Hình 2.3 Biến thiên năng lượng góc nhị diện khi có 1, 2 và 3 hàng rào 18 thế năng.4 Mẫu thế tương tác site-site giữa hai phân tử lưỡng nguyên R: 20 khoảng cách tâm khối; r1A2B và r2A1B : khoảng cách giữa các site không ở trong cùng một phân tử 10 Hình 2.5 Minh hoạ hai phương trình Newton 28 11 Hình 2.6 Thuật toán bước nhảy ếch để tính tích phân các phương trình 32 Newton (trục t xác định các giá trị hằng số khi tính tích phân) 6 12 Hình 2.7 Các dạng lai hóa tự nhiên: Rồng từ thời Lý, chạm 55 khắc Nghê trên nóc mái đình 13 Hình 2.8 Minh họa các phân lớp trong tính toán ONIOM 73 14 Hình 3.1 Cơ chế axyl hóa trong đó nhóm (OH) của SER403 trong 79 PBP2a tấn công nhóm (CO) cacbonyl của -lactam 15 Hình 3.2 Nếp gấp β3 (gồm các axit amin 594-603); cuộn Z (bao gồm 81 các axit amin 436 đến 448) 16 Hình 3.3 Cấu hình của PBP2a (vùng mầu đậm và nhạt), PBP2a* (mầu 82 đậm) và Ser 403 (các quả cầu) 17 Hình 3.4 RMSD của meticillin trong phức axyl với PBP2a nhận được 83 khi khớp bình phương tối thiểu MC1 với cấu hình ban đầu của PBP2a đầy đủ (mầu nhạt) và với chỉ riêng phân mảnh PBP2a* (mầu đậm) 18 Hình 3.5 Mô hình các phối tử trong các tính toán QM 89 19 Hình 3.6 Cấu trúc X-ray của PBP2a trong phức với MC1 (mã trong 90 PDB là 1MWU) 20 Hình 4.1 Minh họa về các trạng thái của khe hoạt động. Trạng thái mở 93 (mầu sẫm) trong cấu trúc phức acyl của metixilin và trạng thái đóng (mầu nhạt) trong cấu trúc apo protein.
Các axit amin Glu447 và Thr444 thuộc về cuộn Z và các axit min Lys597 và Ala601 21 Hình 4.2 RMSD của khung protein (trên) và phối tử (dưới) nhận được 98 bằng cách khớp bình phương tối thiểu với khung protein ban đầu trong phức acyl, phức Michaelis khe β3Z mở và cấu trúc apo 22 Hình 4.3 Sự sai lệch của khoảng cách Cα trung bình (nm) của các axit 100 7 amin trong xoắn α2 đầu N (3 nhóm đồ thị đầu tiên bên trái hình trên) và nếp gấp β3 (6 nhóm đồ thị kế tiếp tính từ trái qua của hình trên) và giữa xoắn α2 đầu N và nếp gấp β3 23 Hình 4.4 Phân tích RMSF. RMSF trung bình/axit amin trong cấu trúc 101 apo (đường liền), trong phức acyl của PBP2a* với MC1 (hình tròn) và NC1 (hình vuông) và trong phức Michaelis khe β3Z mở của PBP2a* với MC1 (hình tam giác) và NC1 (hình thoi). Hình trên cùng: nếp gấp β3 và cuộn Y; hình giữa: cuộn Z; hình dưới cùng: xoắn α2 đầu N 24 Hình 4.5 Đường năng lượng phản ứng (kcal/mol) của các mô hình QM 111 tâm hoạt hóa 25 Hình 4.6 Các cấu hình tối ưu (khoảng cách liên kết, đơn vị là Å) trong 113 phản ứng của MC1 trong mô hình enzym ONIOM(DFT:MM) và mô hình QM tâm hoạt hóa (trong ngoặc đơn) 26 Hình 4.7 Các cấu hình tối ưu (các khoảng cách liên kết, đơn vị là Å) 114 trong phản ứng của NC1 với mô hình enzym ONIOM(DFT:MM) và mô hình QM tâm hoạt hóa (trong ngoặc đơn) 27 Hình 4.8 Chồng chập vị trí cấu trúc X-ray (mã 1MWU theo PDB) và 116 cấu trúc sản phẩm tối ưu (P) bằng ONIOM (màu đỏ của các nguyên tử Cacbon, quả cầu màu trắng là cấu trúc X-ray, và dạng que là cấu trúc ONIOM) 28 Hình 4.9 Các axit amin chìa khóa xung quanh các phối tử ở TS1 119 29 Hình 4.10 Xác định về góc căng của phối tử MC1 và NC1 và các mô 120 hình đơn giản hóa.11 Bền hóa cộng hưởng trong Int’ của NC1 121 8 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG U N ÁN KÝ HIỆU DIỄN GIẢI SA Chủng vi khuẩn tụ cầu vàng Staphylococcus aureus QM/MM Lai hóa cơ học phân tử kết hợp với cơ học lượng tử MM/MD Động lực học cơ học phân tử ONIOM Our own N-layered Integrated molecular Orbital molecular Mechanics MM Cơ học phân tử molecular mechanics PBP2a Protein Binding penicillin 2a (protein liên kết với penicillin 2a kháng thuốc) MRSA Chủng vi khuẩn tụ cầu vàng kháng methicillin PBP Protein liên kết với penicillin DFT Lý thuyết phiếm hàm mật độ Density Functional Theory NR Phương pháp Newton-Raphson Phức michaelis Phức không cộng hóa trị Phức axyl Phức cộng hóa trị cấu trúc apo Cấu trúc của enzym PBP2a khi chưa phản ứng với cấu tử 1MWU Phức đã axyl hóa của methicillin với protein binding penicillin 1MWS Phức đã axyl hóa của nitrocefin với protein binding penicillin PBP2a* Phần protein PBP2a bao gồm axit amin 310 đến 668 đã được cắt 300 axit amin từ 27 đến 300 SER403 Axit amin SERINE ở vị trí thứ 403 trong chuỗi protein PBP2a MC1 Methicillin NC1 Nitrocefin 9 MM-PBSA Molecular Mechanics- Poisson Bolzmann Surface Area MD Molecular Dynamics – Động lực cơ học phân tử QM Quantum mechanics – Cơ học lượng tử MM+, AMBER, BIO+ Tên riêng các trường lực (CHARMM), OPLS MM+ Merck Molecular AMBER Assisted Model Building and Energy Refinement BIO+ (CHARMM) Chemistry at HARvard Molecular Mechanics OPLS Optimized Potential for Liquid Simulations UHF Unrestricted Hartree-Fock - Phương trình Hartree-Fock cho cấu hình không hạn chế RHF Restricted Hartree-Fock - Phương trình Hartree-Fock cho cấu hình hạn chế RMSD Độ sai lệch bình phương trung bình (root mean square deviation) RMSF Độ sai lệch của độ lệch bình phương trung bình (the root mean square fluctuation) MO-LCAO Obitan phân tử dưới dạng tổ hợp tuyến tính các obitan nguyên tử SCF Phương pháp trường tự hợp LA Nguyên tử kết nối LAC Nguyên tử được liên kết với nguyên tử kết nối the link atom connection LAH Nguyên tử được thay thế the link atom host 10 MỞ ĐẦU Kháng sinh β-lactam lúc đầu gồm penicillin được Fleming phát hiện vào năm 1929 và đến năm 1955, cephalosporin được phát hiện lần đầu. Từ đó, các kháng sinh β-lactam được sử dụng rộng rãi với những lượng lớn và liên tục được phát triển, nhằm tìm ra những hợp chất mới có hiệu quả cao hơn để đối phó với tác dụng của vi khuẩn làm vô hiệu hoá các kháng sinh đã có trước, hay còn gọi là hiện tượng kháng các kháng sinh, cũng được gọi là “nhờn thuốc”.
Đây là một vấn đề có tầm quan trọng hàng đầu, thu hút sự quan tâm lớn của các nhà khoa học trong các lĩnh vực hoá dược, hoá sinh, sinh lý, vi trùng học và y học.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng sinh mới và enzyme vi sinh vật.
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Năm bảo vệ: 2012.
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng" thuộc chuyên ngành Hóa lí thuyết và Hóa lí. Danh mục: Thủy Sản.
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng" có 175 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế phản ứng giữa một số kháng" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.