(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu hiệu quả của thuốc kháng HIV trên cơ sở tương tác của một số chất ức chế protease với HIV protease bằng lý thuyết

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thu Hằ ng NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA THUỐC KHÁNG HIV TRÊN CƠ SỞ TƢƠNG TÁC CỦA MỘT SỐ CHẤT ỨC CHẾ PROTEASE VỚI HIV PROTEASE BẰNG LÝ THUYẾT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thu Hằng NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA THUỐC KHÁNG HIV TRÊN CƠ SỞ TƢƠNG TÁC CỦA MỘT SỐ CHẤT ỨC CHẾ PROTEASE VỚI HIV PROTEASE BẰNG LÝ THUYẾT Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Mã số: 60 44 31 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ KIM LONG Hà Nội – Năm 2013 Lời cảm ơn Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Kim Long, người Thầy tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo mơn Hóa lý, thầy Khoa Hóa học, trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trung tâm ứng dụng tin học Hóa học, Khoa Hóa học, Trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ thời gian thực đề tài Cảm ơn anh chị bạn trung tâm tin học ứng dụng hóa học động viên giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Nguyễn Thu Hằng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở hóa lƣơ ̣ng tƣ̉ 1.1.1 Phƣơng trin ̀ h Schrodinger tổ ng quát 1.1.2 Lý thuyết Phiếm hàm mật độ (DFT) .4 1.1.1.1.Phiế m hàm mật độ 1.1.1.2 Mẫu Thomas-Fermi (TF) 1.1.1.3 Gần mật độ electron cục (local density approximation – LDA)6 1.1.1.4 Lý thuyết Hohenberg-Kohn (HK) .7 1.1.1.5 Mật độ electron hàm sóng 10 1.1.1.6 Mẫu Thomas-Fermi-Dirac .10 1.1.3 Phƣơng pháp Kohn-Sham 11 1.1.4 Mật độ chỗ và gần EXC 16 1.1.5 Phƣơng pháp cấu trúc electron (electronic structure) .19 1.1.5.1 Phương pháp bán thực nghiệm .19 1.1.5.2 Phương thức tính tốn lượng tử ab initio 20 1.1.6 Gần obitan phân tử 20 1.1.6.1 Thuyết obitan phân tử .20 1.1.6.2 Hệ hàm sở 21 Cơ sở về HIV 26 1.2.1 Giới thiệu chung HIV .26 1.2.2 Protease HIV-1 (gọi tắt là HIV-1 protease) 28 1.2.2.1 Cấu trúc HIV-1 protease 28 1.2.2.2 Chức HIV-1 protease 29 1.2.3 Các chất ức chế protease kháng virus 30 1.2.3.1 Saquinavir 31 1.2.3.2 Ritonavir 32 1.2.3.3 Indinavir 33 1.2.3.4 Nefinavir 34 1.2.3.5 Amprenavir 34 1.2.3.6 Lopinavir 35 1.2.3.7 Atazanavir 36 1.2.3.8 Tipranavir 37 Luận văn thạc sĩ khoa học 1.2.3.9 Darunavir 38 CHƢƠNG NGUỒN DỮ LIỆU VÀ CƠNG CỤ TÍNH TỐN 40 2.1 Ng̀ n dƣ̃ liêụ 40 2.2 Phầ n mề m Acceryl discovery studio 2.5 41 2.3 Phầ n mề m Gaussian09W và Gauss view 5.0 42 2.4 Cách tính lƣợng liên kết hidro .45 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 Khảo sát hệ phân tử có Saquinavir .46 3.2 Khảo sát hệ phân tử có Ritonavir 49 3.3 Khảo sát hệ phân tử có Indinavir 52 3.4 Khảo sát hệ phân tử có Nelfinavir 54 3.5 Khảo sát hệ phân tử có Amprenavir 57 3.6 Khảo sát hệ phân tử có Lopinavir 59 3.7 Khảo sát hệ phân tử có Atazanavir 62 3.8 Khảo sát hệ phân tử có Tipranavir 65 3.9 Khảo sát hệ phân tử có Darunavir 68 3.10 Tổ ng quát về sƣ ̣ tƣơng tác giƣ̃a chấ t ƣ́c chế và HIV -1 protease .71 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC Nguyễn Thu Hằng Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Hóa học lượng tử khơng giúp cho việc giải thích cấu trúc phân tử, liên kết hóa học quy luật hóa học, làm rõ nhiều chế phản ứng hóa học mà cịn dự đoán chiều hướng diễn biến phản ứng, đồng thời cho phép xây dựng thiết kế cấu trúc phân tử có tính chất quan trọng mặt Trong năm gần đây, phát triển nhanh chóng tin học kỹ thuật tính tốn làm cho hóa học lượng tử ứng dụng thực tế, trở thành chuyên ngành phát triển nhanh phổ biến Đặc biệt, hóa học lượng tử ngày có ý nghĩa quan trọng phát triển chuyên ngành hóa sinh Ngành hóa sinh nghiên cứu đại phân tử khó mô tả protein, axit nucleic, enzyme… Bằng tính tốn lý thuyết, thiết kế nghiên cứu đại phân tử máy tính dự đốn tính chất, hoạt tính tác động chúng Dưới hỗ trợ máy tính phần mềm hóa học, hóa sinh học, đặc biệt hóa dược ngày phát triển nhiều loại thuốc chế tạo, sử dụng hiệu Trên giới có nhiều loại biệt dược điều chế để chữa bệnh hiểm nghèo, có bệnh AIDS Dịch AIDS ảnh hưởng đến triệu người toàn giới làm 22 triệu người chết AIDS gây HIV retrovirus công hệ thống miễn dịch người làm cho nạn nhân dễ bị nhiễm nhiều bệnh khác Do mức độ nghiêm trọng virus HIV, nhiều nghiên cứu dành để phát triển liệu pháp kháng virus Trong năm gần đây, chất ức chế protease chất ức chế men chép ngược nucleoside nghiên cứu phát triển Trong chất ức chế protease đóng vai trò quan trọng Mặc dù chất ức chế khơng chữa bệnh nâng cao chất lượng kéo dài tuổi thọ người bị nhiễm AIDS Đã có 2000 chất ức chế protease tạo có khoảng chất cấp phép sử dụng Việc tạo chất ức chế protease đem lại niềm hy vọng cho người bị bệnh AIDS tương lai tốt đẹp Trên giới có nhiều nghiên cứu chất ức chế protease, thường nhắc đến hiệu khả tương tác chất ức chế protease với protease HIV Để đánh giá hiệu chất Nguyễn Thu Hằng Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học ức chế, người ta dựa vào nhiều yếu tố có yếu tố quan trọng liên kết hidro amino axit HIV protease chất ức chế protease Chính vậy, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hiệu thuốc kháng HIV sở tương tác số chất ức chế protease với HIV protease lý thuyết” Đây hướng Trung tâm ứng dụng Tin học hóa học (CCC: Center for Computational Chemistry) Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Đây hướng nghiên cứu có triển vọng Luận văn bao gồm phần sau: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan - Chương Nguồn liệu cơng cụ tính tốn - Chương 3: Kết thảo luận - Kết luận tài liệu tham khảo Nội dung nghiên cứu: - Tối ưu hóa hệ phân tử gồm chất ức chế protease amino axit HIV -1 protease - Tính góc liên kết, độ dài liên kết, lượng liên kết hidro chất ức chế protease amino axit HIV -1 protease - Dựa vào thông số liên kết hidro, đưa nhận xét kết luận mối liên hệ khả tương tác thuốc kháng HIV liên kết hidro - Đưa hướng việc nghiên cứu thuốc kháng HIV Chúng hy vọng luận văn tài liệu hữu ích cho việc nghiên cứu thuốc kháng HIV, thuốc chữa HIV vấn đề mà giới y học nước giới quan tâm Nguyễn Thu Hằng Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 CƠ SỞ HĨA LƢỢNG TỬ 1.1.1.Phƣơng trình Schrodinger tổng quát [4, 6, 7] Áp dụng học lượng tử vào hóa học rõ mối liên hệ trạng thái hệ vật lý vi mô xác định phương trình Schrodinger trạng thái dừng có dạng tổng quát sau: Hˆ ψ  Eψ (1.1) Trong tốn tử Hamilton Hˆ hàm sóng  phụ thuộc vào tọa độ hạt nhân RI tọa độ electron ri Phương trình Schrodinger phương trình học lượng tử có tính chất tiên đề Mọi thơng tin hệ hạt vi mô thu từ việc giải phương trình Schrodinger, ta tìm giá trị hàm sóng  lượng tương ứng E Hamilton đầy đủ cho hệ phân tử là:       H  T elec ( r )  T nucl (R )  Velecnucl (R, r )  V elec ( r )  V nucl (R ) (1.2) Phép gần Born – Oppenheimer sử dụng để đơn giản hóa việc giải phương trình Schrưdinger Vì khối lượng hạt nhân lớn hàng ngàn lần khối lượng electron hạt nhân chuyển động chậm so với electron Có thể nói rằng, ứng với xếp xác định hạt nhân thời điểm bất kỳ, hệ ln đạt tới lượng cực tiểu cách xếp lại electron Vì vậy, hệ tách thành hai phần: phần chuyển động hạt nhân phần chuyển động electron Do đó, cách tương ứng tách tốn tử Hamilton toàn phần (1.1) thành hai phần, cho chuyển động hạt nhân cho chuyển động electron, tức cho phép hai phần toán giải Nguyễn Thu Hằng Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học cách độc lập Do đó, xây dựng tốn tử Hamilton electron mà bỏ qua số hạng động hạt nhân: H elec n N N Z Z n n N Zs    i       Is J i1 s 1 i 1 ris i j rij I J I R IJ (1.3) Phép gần Born-Oppenheimer xem electron chuyển động trường hạt nhân tĩnh (động hạt nhân khơng), lúc số hạng tương tác tĩnh điện hạt nhân nguyên tử Vnucl số, nên tách số hạng khỏi toán tử Hamilton electron Lúc toán tử Hamilton trở thành: H elec n n n N Zs    i    i1 s 1 i 1 ris i j rij (1.4) Trong đó, N số hạt nhân, n số electron hệ, Zs điện tích hạt nhân, ris khoảng cách từ electron i đến hạt nhân s, rij khoảng cách hai electron i j Phương trình Schrưdinger trở thành : Hel =Eel (1.5) Ở el hàm sóng electron Mục đích chủ yếu hóa học tính tốn giải phương trình (1.5), nên sử dụng ký hiệu  thay el phương trình 1.1.2 Lý thuyết Phiếm hàm mật độ (DFT) [8] Lý thuyết phiếm hàm mật độ cho phép thay hàm sóng N-electron (x1,x2, xN) phức tạp phương trình Schrodinger mật độ electron (r) sơ đồ tính tốn kèm theo đơn giản nhiều Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) đơn giản giả thuyết vật lý, đường toán học dẫn đến giả thuyết phức tạp Sau chúng tơi trình bày sở lý thuyết phiếm hàm mật độ Nguyễn Thu Hằng Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học 1.1.1.1 Phiếm hàm mật độ) Hàm số biểu diễn quy luật để từ biến số x đến giá trị f(x) Phiếm hàm biểu diễn quy luật để từ hàm f đến giá trị F[f], f(x) hàm Giá trị kỳ vọng  Hˆ  hoá lượng tử phiếm hàm: cho biết  có giá trị số kỳ vọng Vì thế, tương tự với   phương pháp biến phân thơng dụng hố lượng tử E   khảo sát cực tiểu cực trị phiếm hàm Vi phân (differential) phiếm hàm phần phụ thuộc tuyến tính vào f biến phân (difference) F[f+f] –F[f] Mỗi f(x) đóng góp vào biến phân với f nhỏ ta viết F   F f ( x )dx f ( x ) đại lượng (1.6) F f (x) đạo phiếm hàm F theo f x 1.1.1.2 Mẫu Thomas-Fermi (TF) Từ năm 1964, lý thuyết phát biểu dạng model dựa cơng trình Thomas Fermi vào năm 1927-1928 Điều tác giả làm sử dụng phương pháp thống kê để mô tả phân bố electron nguyên tử Thomas phát biểu giả thiết rằng: “Các electron phân bố đồng không gian pha chiều mô tả chuyển động electron với tỷ lệ cho thể tích h3 có trường hiệu dụng mà xác định điện tích hạt nhân phân bố electron này” Phát biểu giúp ta dẫn công thức phiếm hàm động Thomas-Fermi (TF) tiếng theo đơn vị a.u TTF    CF   / (r )dr CF  (3 ) /  2.8712 10 (1.7) limV0 với  =N/V = (r) hữu hạn Nguyễn Thu Hằng Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyên tử O nhóm COO- asp25A tạo liên kết hidro với nguyên tử H nhóm OH chất ức chế Tipranavir Liên kết hidro hình thành ngun tử H nhóm COOH asp25B nguyên tử O nhóm OH Tipranavir Nguyên tử H nhóm NH ile50A ile50B hình thành liên kết hidro với nguyên tử O nhóm C=O Tipranavir Nguyên tử H nhóm NH asp29A có liên kết hidro với nguyên tử N vòng pyridin Tipranavir Như nhóm chức tạo nên tương tác Tipranavir HIV -1 protease nhóm OH, nhóm CO vịng pyridin Hình 3.16: Tương tác liên phân tử amino axit protease chất ức chế Tipranavir không gian ba chiều Chúng nhận thấy, cấu tạo Tipranavir có điểm khác biệt so với chất ức chế xét Trong bảy chất ức chế nghiên cứu nhóm chức định tương tác chất ức chế HIV -1 protease có chặt chẽ hay khơng thường nhóm OH, C=O, NH, NH2 Nhóm C=O nhóm NH chất ức chế thường liên kết với tạo liên kết amit Vì liên kết hidro chất ức chế Nguyễn Thu Hằng 66 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học HIV -1 protease tương tự liên kết hidro hình thành protease Do đó, chất ức chế dễ dàng tương tác với HIV -1 protease ngăn cản enzyme thực nhiệm vụ Nhưng liên kết hidro hình thành Tipranavir enzyme khác với liên kết hidro xét Thứ nhất, nguyên tử H nhóm NH ile50A ile50B hình thành liên kết hidro với nguyên tử O vòng lacton Dựa vào giá o trị liên kết hidro hình thành ile50A ( d =1.996 A ; góc liên kết 136.616o, EHB o =8.445 kcal/mol) ile50B ( d =1.975 A ; góc liên kết 173.762o, EHB =8.445 kcal/mol), đánh giá liên kết hidro yếu trung bình Như vậy, ile50A ile50B tương tác không mạnh mẽ với phân tử Tipranavir Hơn ile50A, ile50B gốc amino axit nằm gần flap HIV -1 protease Đây hai gốc amino axit không tham gia liên kết hidro với chất ức chế trước Bảng 8: Giá trị độ dài liên kết, góc liên kết, lượng liên kết hidro amino axit protease với chất ức chế Tipranavir Các liên kết hidro Độ dài liên Góc liên kết Năng lượng liên (o) kết (kJ/mol) (E) 2.341 129.499 9.463 Liên kết hidro (asp 25A) 1.793 115.618 15.006 2.119 170.295 18.765 1.996 136.616 8.445 1.975 173.762 15.469 o kết ( A ) (d) Liên kêt hidro (asp 25B) O …H –O (chất ức chế) COOH O –H (chất ức chế) Liên kết hidro (asp29A) N -H O (chất ức chế) Liên kết hidro (ile50A) O H –N (chất ức chế) Liên kết hidro (ile50B) O H –N (chất ức chế) Thứ hai, xét đến liên kết hidro asp25A asp25B với chất ức chế, nhận thấy giá trị lượng liên kết hidro nhỏ nhiều so với liên kết Nguyễn Thu Hằng 67 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học hidro hình thành asp25A asp25B với chất ức chế khác (Năng lượng liên kết hidro asp25A 15.006 kcal/mol lượng liên kết hidro asp25B 9.463 kcal/mol) Điều chứng tỏ Tipranavir tương tác chặt chẽ với trung tâm hoạt động HIV -1 protease, vấn đề quan trọng xét khả tương tác chất ức chế với HIV -1 protease Cuối cùng, Tipranavir có hình thành liên kết hidro với asp29A xét tổng lượng liên kết hidro gốc amino axit protease với chất ức chế tổng lượng liên kết hidro Tipranavir nhỏ (67.148 kcal/mol) Dựa vào phân tích trên, kết luận Tipranavir tương tác yếu chất ức chế xét Tuy nhiên, kết luận dường mâu thuẫn với thực tế Tipranavir thuốc ức chế tốt dùng thể đột biến kháng thuốc Để lý giải cho mâu thuẫn trên, chúng tơi dự đốn phân tử Tipranavir hình thành liên kết hidro với phân tử HIV -1 protease so với chất ức chế khác Đặc điểm tương tác có ưu điểm Tipranavir bị chi phối phân tử HIV -1 protease có đột biến kháng thuốc Những gốc amino axit bị đột biến phân tử không làm ảnh hưởng đến khả tương tác Tipranavir nên Tipranavir sử dụng trường hợp có đột biến kháng thuốc Đồng thời Tipranavir hình thành liên kết hidro với ile50A ile50B vị trí flap HIV -1 protease Do đó, Tipranavir có linh hoạt thay đổi gốc amino axit chủng đột biến Điều mở hướng nghiên cứu để tạo chất ức chế có khả chống lại đột biến kháng thuốc chứa chất ức chế protease khác 3.9 HỆ PHÂN TỬ CÓ DARUNAVIR Darunavir thuốc sử dụng nhiều điều trị HIV Chúng tơi xét hệ phân tử có Darunavir với HIV -1 protease thấy Darunavir có liên kết hidro với asp25, asp30 parent A asp25, asp30, asp29, gly27 parent B phân tử protease Điều chứng tỏ Darunavir dung nạp tốt so với chất ức chế nghiên cứu Nguyễn Thu Hằng 68 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.17: Tương tác liên phân tử amino axit protease chất ức chế Darunavir dạng cấu trúc phân tử Asp25A hình thành hai liên kết hidro: liên kết hidro nguyên tử H nhóm OH chất ức chế nguyên tử O nhóm COOH asp25A, liên kết hidro nguyên tử O nhóm OH chất ức chế nguyên tử H nhóm COOH asp25A Nguyên tử O nhóm COO- asp25B hình thành liên kết hidro với nguyên tử H nhóm OH chất ức chế Nguyên tử H nhóm NH asp29B asp30B tạo liên kết hidro với hai nguyên tử O nhóm đioxabicyclo Nguyên tử O nhóm CO gly27B hình thành liên kết hidro với nguyên tử H nhóm NH Darunavir Và asp30A có liên kết hidro nguyên tử O nhóm CO nguyên tử H nhóm NH2 phân tử Darunavir Như vậy, nhóm chức quan trọng phân tử Darunavir nhóm hydroxyl, nhóm cacbonyl, nhóm amin đioxabicyclo Nguyễn Thu Hằng 69 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.18: Tương tác liên phân tử amino axit protease chất ức chế Darunavir không gian ba chiều Bảng 9: Giá trị độ dài liên kết, góc liên kết, lượng liên kết hidro amino axit protease với chất ức chế Darunavir Các liên kết hidro Độ dài liên Góc liên kết Năng lượng liên o kết ( A ) Liên kêt hidro (asp25A) 2.376 (o) kết (kJ/mol) (E) 107.059 34.049 O …H –O (chất ức chế) Liên kết hidro (asp25A) 2.483 157.393 Liên kết hidro (asp25B) 1.962 113.587 22.459 2.254 114.9 20.841 2.075 174.374 O –H O (chất ức chế) O H–O (chất ức chế) Liên kết hidro (asp29B) N -H O (chất ức chế) Liên kết hidro (asp29B) N –H O(chất ức chế) Nguyễn Thu Hằng 70 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học Liên kết hidro (asp30B) 2.096 157.882 33.274 129.491 18.027 154.552 22.022 N –H O (chất ức chế) Liên kết hidro (asp30A) 2.137 C =O H –NH (chất ức chế) Liên kết hidro (Gly27B) 2.206 O H –N (chất ức chế) Xét giá trị liên kết hidro khoảng cách, góc liên kết, lượng liên kết hidro, nhận thấy liên kết hidro gốc amino axit protease chất ức chế có cường độ mạnh Trong đó, Asp25A hình thành hai liên kết hidro (tổng lượng liên kết hidro 34.049 kcal/mol), liên kết hidro o asp25B với phân tử Darunavir (d =1.962 A , góc liên kết 113.587o, EHB = 22.459 kcal/mol) có cường độ mạnh Hơn nữa, thấy liên kết hidro asp30A (EHB=18.027 kcal/mol), asp29B (tổng lượng liên kết hidro 20.841 kcal/mol), asp30B ( EHB =33.274 kcal/mol) có giá trị lượng lớn Điều chứng tỏ tương tác phân tử Darunavir với enzyme mạnh mẽ Tóm lại, hiệu sử dụng darunavir điều trị HIV cao Chính điều này, Darunavir chất ức chế tạo để chữa bệnh HIV tốt Vì vậy, để tạo chất ức chế cần ý đến đặc điểm cấu tạo Darunavir 3.10 TỔNG QUÁT VỀ SỰ TƢƠNG TÁC GIỮA CHẤT ỨC CHẾ VÀ HIV -1 PROTEASE Bảng 10: Tổng lượng liên kết hidro amino axit protease với chất ức chế Các chất ức chế Tổng lượng liên kết hidro (kcal/mol) Saquinavir 143.532 Ritonavir 125.153 Indinavir 91.472 Nelfinavir 108.693 Nguyễn Thu Hằng 71 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học Amprenavir 137.700 Lopinavir 72.120 Atazanavir 131.118 Tipranavir 67.148 Darunavir 150.672 Sau khảo sát hệ phân tử chất ức chế phân tử HIV -1 protease, rút nhận xét chung sau: - Trong phân tử HIV –1 protease, gốc amino axit asp25A asp25B có vai trị quan trọng hiệu tương tác chất ức chế với protease Chúng nhận thấy chất ức chế tạo liên kết hidro với amino axit - Trong phân tử chất ức chế, nhóm hidroxyl, nhóm cacbonyl, nhóm NH nhóm chức quan trọng để hình thành liên kết hidro với gốc amino axit phân tử HIV -1 protease Như để tạo chất ức chế có hiệu cao cần có chứa nhóm chức phân tử - Thơng qua trường hợp Tipranavir, kết nghiên cứu cho thấy phân tử chất ức chế cần có nhóm chức tham gia liên kết hidro với amino axit flap HIV -1 protease để tăng tính linh hoạt chất ức chế trung tâm hoạt động protease - Đối với trường hợp Darunavir, liên kết hidro có vai trị quan trọng việc xác định hiệu tương tác chất ức chế Tipranavir Darunavir có đặc điểm cấu tạo khác hai chất lại có hiệu tốt việc chữa bệnh HIV Như vậy, kết hợp đặc điểm cấu trúc hai chất tạo chất ức chế HIV protease tốt Nguyễn Thu Hằng 72 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu khả tương tác chất ức chế HIV-1 protease, đề xuất kết luận sau: Sự tương tác liên phân tử chất ức chế HIV -1 protease hình thành liên kết hidro chất ức chế gốc amino axit protease đóng vai trị định hiệu sử dụng chất ức chế điều trị HIV Những amino axit định khả tương tác chất ức chế HIV -1 protease amino axit trung tâm hoạt động mạnh asp25A, asp25B Bên cạnh đó, gốc amino axit Asp29 asp30 đóng vai trị quan trọng Nhóm chức quan trọng chất ức chế để tăng khả tương tác chúng HIV -1 protease nhóm hidroxyl (OH) Ngồi cịn có nhóm chức CO, NH Tipranavir trường hợp đặc biệt chất ức chế nghiên cứu Tipranavir hình thành liên kết yếu với phân tử protease, khả tương tác chặt chẽ Tipranavir có hiệu cao q trình sử dụng để điều trị HIV, đặc biệt với chủng HIV -1 protease đột biến Điều mở hướng nghiên cứu chất ức chế tương tác với phân tử protease lại tạo hiệu cao sử dụng Darunavir chất ức chế có hiệu cao chất ức chế Darunavir hình thành nhiều liên kết hidro có cường độ mạnh với phân tử HIV1 protease hiệu sử dụng Darunavir trình chữa HIV cao Điều phù hợp với nhận định đưa trước mối quan hệ hiệu sử dụng chất ức chế khả tương tác chất ức chế với phân tử protease Trong luận văn này, thực nghiên cứu hệ phân tử gồm chất ức chế cấu trúc HIV -1 protease nguyên để đánh giá khả gắn kết chất ức chế với enzyme HIV -1 Sau nghiên cứu trên, hướng đến đánh giá tương tác nước mối quan hệ chất ức chế protease Chúng mở rộng nghiên cứu khả tương tác chất ức chế với chủng đột biến HIV -1 protease HIV -1 protease xuất nhiều thể đột biến kháng Nguyễn Thu Hằng 73 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học thuốc ức chế virus Điều gây khó khăn trình điều trị người bị bệnh AIDS Vì vây, hướng nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng thực tế nhằm tăng cường hiệu chữa bệnh AIDS Nguyễn Thu Hằng 74 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng (2007), Hóa sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội Huỳnh Thành Đạt, Lê Văn Hiếu (2004), Phương pháp tính tốn lượng tử mô quang phổ, NXB Đại học Quốc Gìa, Hồ Chí Minh Trần Thành Huế, (2001), Hóa học đại cương tập 1, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (1986), Thuyết lượng tử nguyên tử phân tử, tập 1,2, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Loan, (2007), Nhân dòng, biểu nghiên cứu số tính chất protease từ HIV-1 Việt Nam, Luận văn tiến sĩ Hóa sinh học, Trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội Lâm Ngọc Thiềm, Phạm Văn Nhiêu, Lê Kim Long (2008), Cơ sở hóa học lượng tử, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lâm Ngọc Thiềm (2000), Nhập mơn hóa học lượng tử, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đặng Ứng Vận (2007), Động lực học phản ứng hóa học, NXB Giáo dục, Hà Nội Đặng Ứng Vận (1998), Tin học ứng dụng hóa học, NXB Giáo dục, Hà Nội TIẾNG ANH 10 Alexander Wlodawer and Jiri Vondrasek (1998), “Inhibitors of HIV-1 protease: a Major success of structure –Assisted Drug design”, Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure, 27, pp 249-284 11 Arun K Ghosh (2011), Aspartic Acid Proteases as Therapeutic Targets, John Wiley &Son, 45 12 Ashraf Brik and Chi Huey Wong, (2003), HIV -1 protease: mechanism and drug discovery, Org.Biomol.Chem, 1, pp 5-14 Nguyễn Thu Hằng 75 Cao học K20 Hóa học Luận văn thạc sĩ khoa học 13 Christian Hoffmann, Jürgen K Rockstroh, Bernd Sebastian Kamps (2007), HIV medicine 2007, Flying pulisher 14 Eleen Frisch (2009), Gaussian09W Reference, Gaussian Inc 15 Jane M Sayer and John M Louis, (2009) , “Interactions of different inhibitors with active –site aspartyl residues of HIV -1 protease and possible relevance to pepsin”, NIH Pulic Access, pp 556 -568 16 Lawrence C Kuo and Jule A Shafer, (1994), “Retroviral Protease”, Method in Enzymology, 241 17 Manikrao A M., Mahajan N S., Jawarkar R D., Khatale P N., Kedar C K and Thombare S K.(2012), “Docking Analysis of Darunavir as HIV Protease Inhibitors”, Journal of Computational Methods in Molecular Design, 2(1), pp 39-43 18 N.M.Harrison (2003), “An introduction to density functional theory”, computational materials science, 187 19 Oscarsson K, Lahmann M, Lindberg J, Kangasmetsä J, Unge T, Oscarson S, Hallberg A, Samuelsson B, (2003), “Design and synthesis of HIV-1 protease inhibitors Novel tetrahydrofuran P2/P2'-groups interacting with Asp29/30 of the HIV-1 protease Determination of binding from X-ray crystal structure of inhibitor protease complex”, Bioorganic and Medicinal Chemistry, 11, pp 1107 -1115 20 Slawomir J.Grabowski (2006), Hydrogen Bonding –New Insights 3, Springer pulisher 21 www.rcsb.org 22 www.drugbank.ca/drug Nguyễn Thu Hằng 76 Cao học K20 Hóa học PHỤ LỤC Năng lượng phân tử SAQUINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = RITONAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = INDINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = NELFINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = AMPRENAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = LOPINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ATAZANAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = TIPRANAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = DARUNAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = Năng lượng phân tử AXIT ASPARTIC SCF Done: E(RM06) = Convg = GLYXIN SCF Done: E(RM06) = Convg = ISOLEUCIN SCF Done: E(RM06) = Convg = Năng lượng hệ phân ASP25A VÀ SAQUINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP25B VÀ SAQUINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP29A VÀ SAQUINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP30A VÀ SAQUINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = GLY48A VÀ SAQUINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = chất ức chế protease -2181.36275276 0.6607D-08 A.U after 32 cycles -V/T = 2.0113 -2939.56613803 0.9874D-08 A.U after 36 cycles -V/T = 2.0091 -1973.40708177 0.4541D-08 A.U after 37 cycles -V/T = 2.0114 -2108.64741894 0.8286D-08 A.U after 33 cycles -V/T = 2.0098 -1986.37937943 0.4956D-08 A.U after 32 cycles -V/T = 2.0095 -2032.61889506 0.8088D-08 A.U after 34 cycles -V/T = 2.0113 -2332.86014449 0.4837D-08 A.U after 36 cycles -V/T = 2.0112 -2383.19253455 0.4094D-08 A.U after 29 cycles -V/T = 2.0093 -2138.93499985 0.7055D-08 amino axit A.U after 34 cycles -V/T = 2.0096 -511.473726992 0.5542D-08 A.U after 22 cycles -V/T = 2.0091 -284.218962226 0.5687D-08 A.U after 18 cycles -V/T = 2.0091 -441.356962267 A.U after 20 cycles 0.4495D-08 -V/T = 2.0103 tử có chất ức chế Saquinavir -2692.88843132 0.3608D-08 A.U after 34 cycles -V/T = 2.0110 -2692.87803059 0.6546D-08 A.U after 31 cycles -V/T = 2.0109 -2692.88285095 0.5199D-08 A.U after 36 cycles -V/T = 2.0109 -2692.85085585 0.3636D-08 A.U after 39 cycles -V/T = 2.0110 -2465.62496269 0.4419D-08 A.U after 36 cycles -V/T = 2.0111 GLY27A VÀ SAQUINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = Năng lượng hệ phân ASP25A VÀ RITONAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP25B VÀ RITONAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = GLY27A VÀ RITONAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = GLY27B VÀ RITONAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = GLY48B VÀ RITONAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = Năng lượng hệ phân ASP25A VÀ INDINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP25B VÀ INDINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP29B VÀ INDINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = Năng lượng hệ phân ASP25A VÀ NELFINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP25B VÀ NELFINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP30A VÀ NELFINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = GLY27A VÀ NELFINAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = Năng lượng hệ phân ASP25A VÀ AMPRENAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP25B VÀ AMPRENAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP30A VÀ AMPRENAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP29B VÀ AMPRENAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = ASP30B VÀ AMPRENAVIR SCF Done: E(RM06) = Convg = -2465.61335072 A.U after 34 cycles 0.9168D-08 -V/T = 2.0112 tử có chất ức chế Ritonavir -3451.06138269 0.5515D-08 A.U after 40 cycles -V/T = 2.0092 -3451.08074991 0.6786D-08 A.U after 36 cycles -V/T = 2.0092 -3223.82963384 0.6129D-08 A.U after 38 cycles -V/T = 2.0092 -3223.82963384 0.6129D-08 A.U after 38 cycles -V/T = 2.0092 -3223.8255631 A.U after 36 cycles 0.6660D-08 -V/T = 2.0078 tử có chất ức chế Indinavir -2484.94600649 0.4208D-08 A.U after 37 cycles -V/T = 2.0110 -2484.92292156 0.6506D-08 A.U after 34 cycles -V/T = 2.0109 -2484.91629436 A.U after 34 cycles 0.9347D-08 -V/T = 2.0110 tử có chất ức chế Nelfinavir -2620.18704412 0.4760D-08 A.U after 34 cycles -V/T = 2.0097 -2620.16216387 0.4755D-08 A.U after 33 cycles -V/T = 2.0097 -2620.14276496 0.4463D-08 A.U after 35 cycles -V/T = 2.0098 -2392.91108262 A.U after 32 cycles 0.6093D-08 -V/T = 2.0098 tử có chất ức chế Amprenavir -2497.90956569 0.4211D-08 A.U after 35 cycles -V/T = 2.0095 -2497.91201473 0.4804D-08 A.U after 34 cycles -V/T = 2.0096 -2497.89159206 0.7684D-08 A.U after 33 cycles -V/T = 2.0095 -2497.87325397 0.9436D-08 A.U after 36 cycles -V/T = 2.0095 -2497.85874234 0.7340D-08 A.U after 34 cycles -V/T = 2.0095 GLY27B VÀ AMPRENAVIR SCF Done: E(RM06) = -2270.63514666 A.U after Convg = 0.8366D-08 -V/T Năng lượng hệ phân tử có chất ức chế Lopinavir ASP25A VÀ LOPINAVIR SCF Done: E(RM06) = -2544.12536394 A.U after Convg = 0.4265D-08 -V/T ASP25B VÀ LOPINAVIR SCF Done: E(RM06) = -2544.11782513 A.U after Convg = 0.5897D-08 -V/T ASP29A VÀ LOPINAVIR SCF Done: E(RM06) = -2544.11877853 A.U after Convg = 0.6680D-08 -V/T GLY27A VÀ LOPINAVIR SCF Done: E(RM06) = -2316.86571226 A.U after Convg = 0.8433D-08 -V/T Năng lượng hệ phân tử có chất ức chế Atazanavir ASP25A VÀ ATAZANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2844.36747938 A.U after Convg = 0.5206D-08 -V/T ASP25B VÀ ATAZANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2844.37696018 A.U after Convg = 0.3888D-08 -V/T ASP29B VÀ ATAZANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2844.34679589 A.U after Convg = 0.8001D-08 -V/T GLY27A VÀ ATAZANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2617.11226295 A.U after Convg = 0.7803D-08 -V/T GLY48A VÀ ATAZANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2617.10717975 A.U after Convg = 0.4489D-08 -V/T GLY48B VÀ ATAZANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2617.10608031 A.U after Convg = 0.3396D-08 -V/T GLY27B VÀ ATAZANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2617.10725859 A.U after Convg = 0.3644D-08 -V/T 10 Năng lượng hệ phân tử có chất ức chế Tipranavir ASP25A VÀ TIPRANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2894.69017759 A.U after Convg = 0.5043D-08 -V/T ASP25B VÀ TIPRANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2894.67836076 A.U after Convg = 0.9082D-08 -V/T ASP29A VÀ TIPRANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2894.69616884 A.U after Convg = 0.8240D-08 -V/T ASP30A VÀ TIPRANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2894.66923684 A.U after Convg = 0.6460D-08 -V/T ILE50A VÀ TIPRANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2824.56295490 A.U after Convg = 0.5247D-08 -V/T ILE50B VÀ TIPRANAVIR SCF Done: E(RM06) = -2824.57414857 A.U after Convg = 0.4931D-08 -V/T = 33 cycles 2.0095 = 33 cycles 2.0109 = 36 cycles 2.0109 = 35 cycles 2.0109 = 33 cycles 2.0111 = 40 cycles 2.0108 = 37 cycles 2.0108 = 37 cycles 2.0108 = 36 cycles 2.0110 = 36 cycles 2.0110 = 40 cycles 2.0095 = 36 cycles 2.0093 = 34 cycles 2.0093 = 37 cycles 2.0093 = 37 cycles 2.0093 = 35 cycles 2.0093 = 39 cycles 2.0095 = 35 cycles 2.0095 11 Năng lượng hệ phân tử có chât ức chế Darunavir ASP25A VÀ DARUNAVIR SCF Done: E(RM06) = -2650.45298422 A.U after Convg = 0.5453D-08 -V/T ASP25B VÀ DARUNAVIR SCF Done: E(RM06) = -2650.44152974 A.U after Convg = 0.8825D-08 -V/T ASP30A VÀ DARUNARIR SCF Done: E(RM06) = -2650.43745024 A.U after Convg = 0.8004D-08 -V/T ASP29B VÀ DARUNAVIR SCF Done: E(RM06) = -2650.44193593 A.U after Convg = 0.6742D-08 -V/T ASP30B VÀ DARUNAVIR SCF Done: E(RM06) = -2650.46174772 A.U after Convg = 0.3889D-08 -V/T GLY27B VÀ DARUNAVIR SCF Done: E(RM06) = -2423.18905044 A.U after Convg = 0.8541D-08 -V/T = 33 cycles 2.0095 = 36 cycles 2.0095 = 34 cycles 2.0095 = 34 cycles 2.0095 = 35 cycles 2.0096 34 cycles = ... Hằng NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA THUỐC KHÁNG HIV TRÊN CƠ SỞ TƢƠNG TÁC CỦA MỘT SỐ CHẤT ỨC CHẾ PROTEASE VỚI HIV PROTEASE BẰNG LÝ THUYẾT Chuyên ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Mã số: 60 44 31 LUẬN VĂN THẠC... amino axit HIV protease chất ức chế protease Chính vậy, chúng tơi lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu hiệu thuốc kháng HIV sở tương tác số chất ức chế protease với HIV protease lý thuyết? ?? Đây hướng Trung... tạo chất ức chế protease đem lại niềm hy vọng cho người bị bệnh AIDS tương lai tốt đẹp Trên giới có nhiều nghiên cứu chất ức chế protease, thường nhắc đến hiệu khả tương tác chất ức chế protease