- Tính năng lượng của phân tử chất ức chế HIV -1 protease (E chất ức chế)
- Tính năng lượng nủa các amino axit tách biệt khỏi protease (Eamino axit)
- Tính năng lượng liên kết của phân tử chất ức chế với các amino axit ( Eliên kết của chất ức chế với amino axit)
Chúng tơi sử dụng cách tính liên kết hidro giữa phân tử chất ức chế với các amino axit như sau:
EHB = │(Eliên kết của chắt ức chế với amino axit – (Echất ức chế + Eamino axit)│* 627.509391 Đơn vị của năng lượng tính toán được bằng Gaussian 09W là hatree 1 a.u = 627.509391 kcal/mol.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Chúng tơi thực hiện khảo sát trên hệ phân tử gồm chất ức chế protease và cấu trúc nguyên bản của HIV -1 protease. Cấu trúc nguyên bản của HIV -1 protease chúng tơi xét chưa cĩ đợt biến tác dụng kháng thuốc ức chế.
3.1. HỆ PHÂN TỬ CĨ SAQUINAVIR
Từ kết quả nghiên cứu chất Saquinavir tương tác với HIV -1 protease, cho thấy Saquinavir hình thành liên kết hidro với asp29, asp30, gly48, asp25, gly27 ở parent A và asp 25 ở parent B trong protease.
Hình 3.1: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Saquinavir dưới dạng cấu trúc phân tử.
khả năng tương tác của chất ức chế với protease. Xét liên kết hidro giữa gly48A và phân tử Saquinavir, liên kết hidro được hình thành giữa nguyên tử O của nhĩm CO và nguyên tử H của nhĩm N –H trong phân tử Saquinavir và liên kết hidro hình thành giữa nguyên tử O của nhĩm CO và nguyên tử H của nhĩm NH2 của phân tử Saquinavir. Nhĩm C=O của phân tử Saquinavir hình thành 2 liên kết hidro với nhĩm NH của asp29A và asp30A. Nhĩm –OH của phân tử Saquinavir hình thành liên kết hidro với nhĩm COO- của asp25B và nhĩm COOH của asp25A. Nhĩm CO của Gly27A hình thành liên kết hidro với nhĩm NH của phân tử Saquinavir.
Như vậy những nhĩm chức NH, C=O, NH2, OH là những nhĩm chức quan trọng trong việc cấu tạo lên phân tử chất ức chế. Saquinavir cĩ liên kết hidro với Gly48A trong HIV -1 protease nguyên bản, như vậy nếu HIV -1 protease xuất hiện đợt biến G48V, mợt đợt biến thường xuất hiện, thì chất ức chế bị giảm bớt tác dụng với thể đợt biến này.
Hình 3.2: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Saquinavir trong khơng gian 3 chiều.
Bảng 1: Giá trị độ dài liên kết, gĩc liên kết, năng lượng liên kết hidro giữa các amino axit trong protease với chất ức chế Saquinavir.
Các liên kết hidro Đợ dài liên kết (A ) (d)o
Gĩc liên kết (o) Năng lượng liên kết (kcal/mol) (E) Liên kêt hidro giữa (asp 25B)
O …H –O (chất ức chế)
1.558 151.214 26.074
Liên kết hidro giữa (asp 25A) COOH ... O –H (chất ức chế)
1.502 169.032 32.348
Liên kết hidro giữa (asp30A) O...H–N (chất ức chế)
2.031 146.626 9.020
Liên kết hidro giữa (asp29A) O ... H –N (chất ức chế)
2.159 173.102 29.097
Liên kết hidro giữa (gly48A) O ... H –N (chất ức chế)
2.215 130.102 27.140
Liên kết hidro giữa (gly48A) O ... H –NH(chất ức chế)
2.256 154.191 Liên kết hidro giữa (gly27A)
O ... H –N (chất ức chế)
2.155 160.082 19.853
Saquinavir hình thành sự gắn kết mạnh mẽ với các amino axit asp25A và asp25B là 2 amino axit mang tính quyết định ở trung tâm hoạt đợng của HIV -1 protease. Liên kết hidro giữa asp25A và phối tử Saquinavir cĩ đợ dài liên kết là 1.502 A , gĩc liên kết là 169.032o o, năng lượng mợt liên kết hidro (EHB) là 32.348 kcal/mol. Liên kết hidro giữa asp25B với phối tử Saquinavir cĩ đợ dài liên kết là 1.558 A , gĩc liên kết là 151.214o o, năng lượng mợt liên kết hidro (EHB) là 26.074 kcal/mol. Như vậy, cường đợ của liên kết hidro giữa Asp25A và asp25B với phối tử Saquinavir là mạnh. Điều này chứng tỏ sự tương tác giữa phối tử thuốc và HIV -1 protease khá chặt chẽ. Phân tử Saquinavir hình thành nhiều liên kết hidro cĩ cường đợ mạnh với các amino axit quan trọng như asp25A, asp25B, gly27A là những
axit cĩ tính quyết định để đánh giá sự tương tác của chất ức chế với HIV -1 protease. Liên kết hidro giữa asp29A và Saquinavir cĩ cường đợ mạnh (d = 2.159
o
A , gĩc liên kết là 173.102o, EHB =29.097 kcal/mol) chứng tỏ đây là mợt những tương tác quan trọng minh chứng rằng Saquinavir gắn kết chặt chẽ với HIV -1 protease. Tuy nhiên gly48A hình thành hai liên kết hidro với chất ức chế và cĩ cường đợ trung bình. Như vậy, tác đợng của gly48A đến tương tác của chất ức chế và protease là lớn. Trong khi đĩ, gly48A là amino axit cĩ đợt biến G48V. Phân tử Saquinavir tương tác tốt với HIV -1 protease nguyên bản nhưng sẽ tương tác kém với HIV -1 protease cĩ đợt biến G48V. Do đĩ, hiện nay Saquinavir vẫn được sử dụng trong điều trị HIV nhưng sử dụng cùng với các chất ức chế khác.
3.2. HỆ PHÂN TỬ CĨ RITONAVIR
Khảo sát khả năng tương tác Ritonavir với HIV -1 protease ta thấy Ritonavir hình thành liên kết hidro với amino axit asp25, gly27 ở parent A và amino axit asp25, gly27, gly48 ở parent B trong phân tử HIV -1 protease.
Nhĩm NH của chất ức chế Ritonavir tạo liên kết hidro với nhĩm C=O của gly27A. Nhĩm –OH của chất ức chế tạo liên kết hidro với nguyên tử O của nhĩm COO- của asp25B. Nguyên tử O cua nhĩm OH trong chất ức chế hình thành liên kết hidro với nguyên tử O của asp25A. Nhĩm NH của chất ức chế tạo liên kết hidro với nguyên tử O trong nhĩm C=O của gly27B và nhĩm NH khác của chất ức chế tạo liên kết hidro với nguyên tử O trong nhĩm C=O của gly 48B. Vậy những nhĩm chức quan trọng của Ritonavir là nhĩm OH và nhĩm NH. Ritonavir hình thành liên kết hidro với các amino axit ở trung tâm hoạt đợng của HIV -1 protase như asp25A, asp25B, gly27A và gly27B. Điều này chứng tỏ Ritonavir ở trạng thái ởn định khi tham gia tương tác với HIV -1 protease. Tuy nhiên, giống như Saquinavir, Ritonavir hình thành liên kết hidro với Gly48B, chất ức chế Ritonavir sẽ bị hạn chế tác dụng đối với HIV -1 protease cĩ đợt biến G48V.
Hình 3.3: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Ritonavir dưới dạng cấu trúc phân tử.
Bảng 2: Giá trị độ dài liên kết, gĩc liên kết, năng lượng liên kết hidro giữa các amino axit trong protease với chất ức chế Ritonavir.
Các liên kết hidro Đợ dài liên kết (A ) (d)o
Gĩc liên kết (o)
Năng lượng liên kết (kcal/mol) (E) Liên kêt hidro giữa (asp 25B)
O …H –O (chất ức chế)
1.975 104.152 25.654
Liên kết hidro giữa (asp 25A) COOH ... OH (chất ức chế)
2.224 156.039 15.373
Liên kết hidro giữa (Gly27B) O ... H -N (chất ức chế)
2.223 163.421 30.790
Liên kết hidro giữa (Gly27A) O...H–N (chất ức chế)
1.977 155.813 27.945
Liên kết hidro giữa (Gly48B) O ... H –N (chất ức chế)
2.186 165.007 25.391
Dựa các giá trị về liên kết hidro giữa asp25B và Ritonavir (d =1.975 A , gĩco liên kết là 104.152o, EHB = 25.654 kcal/mol), chúng tơi thấy đây là liên kết hidro cĩ cường đợ mạnh, trong khi đĩ liên kết hidro giữa asp25A cĩ cường đợ yếu hơn (d =2.224 A , gĩc liên kết là 156.039o o, EHB = 15.373 kcal/mol). Giá trị năng lượng liên kết hidro do asp25B và asp25A thấp hơn so với năng lượng liên kết hidro do gly27A (EHB = 27.945 kcal/mol) và gly27B (E =30.790 kcal/mol). Liên kết hidro giữa gly27A, gly27B với chất ức chế khơng cĩ vai trị quan trọng trong việc đánh giá sự gắn kết của chất ức chế với enzyme mà chỉ cĩ ý nghĩa về trạng thái ởn định của chất ức chế trong trung tâm hoạt đợng của HIV-1 protease. Hơn nữa, Ritonavir hình thành liên kết hidro cĩ cường đợ khá mạnh với gly48B (d =2.186 A , gĩc liêno kết =165.007o, EHB = 25.391kcal/mol). Điều này cho thấy, Ritonavir tương tác kém với HIV-1 protease xuất hiện đợt biến G48V. Ritonavir cũng khơng hình thành liên kết hidro với asp29 và asp30. Do đĩ hiện nay ritonavir khơng được sử dụng riêng rẽ
và thường đi kèm cùng với mợt số chất ức chế khác như saquinavir với mục đích làm tăng hiệu quả sử dụng của chất ức chế đĩ.
3.3. HỆ PHÂN TỬ CĨ INDINAVIR
Trong hệ phân tử gồm chất ức chế Indinavir và HIV -1 protease, chúng tơi nhận thấy Indinavir hình thành liên kết hidro với asp25, asp29 của parent B và asp25 của parent A trong phân tử HIV -1 protease.
Hình 3.5: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Indinavir dưới dạng cấu trúc phân tử.
Liên kết hidro hình thành giữa 2 nguyên tử O của nhĩm COO- của asp25B với nguyên tử H của nhĩm OH trong phân tử Indinavir. Nguyên tử H của nhĩm OH trong asp25A hình thành liên kết hidro với nguyên tử O của nhĩm OH trong phân tử Indinavir. Nguyên tử H của nhĩm NH trong asp29B cĩ liên kết hidro với nguyên tử O của nhĩm –OH trong Indinavir, nguyên tử N trong nhĩm NH của asp29B hình thành liên kết hidro với nguyên tử H cua nhĩm OH trong Indinavir. Như vậy nhĩm chức quan trọng của Indinavir là nhĩm –OH. Tuy nhiên, chúng tơi nhận thấy, chất ức chế Indinavir chỉ cĩ liên kết hidro với các amino axit asp25A, asp25B và
tác với trung tâm hoạt đợng của HIV -1 protease khơng thích hợp nên chỉ hình thành mợt số liên kết hidro với những amino axit trên.
Hình 3.6: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Indinavir trong khơng gian ba chiều
Bảng 3: Giá trị độ dài liên kết, gĩc liên kết, năng lượng liên kết hidro giữa các amino axit trong protease với chất ức chế Indinavir.
Các liên kết hidro Đợ dài liên kết (A ) (d)o
Gĩc liên kết (o)
Năng lượng liên kết (kcal/mol) (E) Liên kêt hidro giữa (asp 25B)
O …H –O (chất ức chế) (1)
1.771 155.004 28.297
Liên kêt hidro giữa (asp 25B) O …H –O (chất ức chế) (2)
2.055 131.368 Liên kết hidro giữa (asp 25A)
COOH ... OH (chất ức chế)
1.792 143.635 22.265
Liên kết hidro giữa (asp 29B) N -H...O (chất ức chế)
2.475 109.1 40.910
O ... H -N (chất ức chế)
Các giá trị về liên kết hidro cho thấy Indinavir hình thành liên kết hidro với các amino axit trong protease như asp25A (d =1.792 A , gĩc liên kết là 143.635o o, EHB = 22.265 kcal/mol), asp29B (tởng năng lượng liên kết hidro là 40.910 kcal/mol) cĩ cường đợ mạnh. Asp25B hình thành liên kết hidro với Indinavir cĩ cường đợ trung bình ( tởng năng lượng liên kết hidro là 28.297 kcal/mol). Do hình thành quá ít liên kết hidro giữa chất ức chế và protease nên tởng năng lượng liên kết hidro giữa các amino axit với chất ức chế Indinavir là khá nhỏ so với tởng năng lượng liên kết hidro các chất ức chế mà chúng tơi xét. Chứng tỏ Indinavir tương tác kém chặt chẽ với HIV-1 protease. Vì vậy, Indinavir đã được thay thế bởi các chất ức chế khác cĩ khả năng tương tác tốt hơn.
3.4. HỆ PHÂN TỬ CĨ NELFINAVIR
Nelfinavir tương tác với HIV -1 protease thơng qua liên kết hidro với asp25, gly27, asp30 ở parent A và asp25 chuỗi B của phân tử HIV -1 protease. Nhĩm OH của asp25B tạo liên kết hidro với nguyên tử O của nhĩm OH trong chất ức chế Nelfinavir. Nhĩm COO- của asp25A hình thành liên kết hidro với nguyên tử H của nhĩm OH trong chất ức chế. Liên kết hidro cũng được hình thành giữa nguyên tử O của amino axit gly27A và nhĩm NH của Nelfinavir. Và liên kết hidro hình thành giữa nguyên tử O của nhĩm COO- trong amino axit asp30A với nguyên tử H của nhĩm OH trong Nelfinavir. Cấu tạo của Nelfinavir gần tương tự với Indinavir: 2 nhĩm OH và các nhĩm NH, NH2 tăng cường khả năng tương tác của phân tử thuốc với protease. Nhưng vị trí Nelfinavir đi vào tương tác với protease thích hợp hơn Indinavir. Chúng tơi nhận thấy điều đĩ qua số lượng và cường đợ của liên kết hidro giữa phân tử chất ức chế và protease.
Hình 3.7: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Nelfinavir dưới dạng cấu trúc phân tử.
Hình 3.8: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Nelfinavir trong khơng gian ba chiều
Bảng 4: Giá trị độ dài liên kết, gĩc liên kết, năng lượng liên kết hidro giữa các amino axit trong protease với chất ức chế Nelfinavir.
Các liên kết hidro Đợ dài liên kết (A ) (d)o
Gĩc liên kết (o)
Năng lượng liên kết (kcal/mol) (E) Liên kết hidro giữa (asp25B)
COOH ... O –H (chất ức chế)
1.976 135.138 25.737
Liên kết hidro giữa (asp25A) O...H–O (chất ức chế) (2)
2.213 126.563 41.345
Liên kết hidro giữa (asp25A) O ... H –O (chất ức chế) (1)
1.783 139.182 Liên kết hidro giữa (Asp30A)
O…. H -O (chất ức chế)
2.018 163.201 13.561
Liên kết hidro giữa (gly27A) O ... H –N (chất ức chế)
2.380 156.078 28.050
Dựa vào các giá trị liên kết hidro, chúng tơi thấy rằng tởng năng lượng liên kết hidro giữa Nelfinavir và asp25A khá lớn (tởng năng lượng liên kết hidro là 41.345 kcal/mol). Bên cạnh đĩ, giữa Nelfinavir và asp25B hình thành mợt liên kết hidro cường đợ mạnh (d =1.976 A , gĩc liên kết là 135.138o o, EHB =25.737 kcal/mol). Như vậy, chứng tỏ Nelfinavir cĩ sự gắn kết với protease. Bên cạnh đĩ, Nelinavir hình thành liên kết hidro với asp30A nhưng cường đợ liên kết hidro yếu (d =2.018
o
A , gĩc liên kết là 163.201o, EHB = 13.561 kcal/mol), trong khi đĩ liên kết hidro với asp30A là mợt yếu tố quan trọng để đánh giá khả năng tương tác của chất ức chế với protease. Ngoài ra, Nelfinavir hình thành liên kết hidro cĩ năng lượng liên kết lớn (E =28.050 kcal/mol) với gly27A. Tĩm lại, Nelfinavir hình thành liên kết hidro cĩ cường đợ mạnh với các amino axit như asp25B, gly27A, asp25A và hình thành liên kết hidro cĩ cường đợ yếu hơn với amino axit asp30A. Từ đĩ, chúng tơi đưa ra kết luận: Nelfinavir cĩ khả năng tương tác trung bình với HIV-1 protease và hiệu quả sử dụng của Nelfinavir chưa cao. Nhận xét trên phù hợp với thực tế sử dụng
3.5. HỆ PHÂN TỬ CĨ AMPRENAVIR
Khi khảo sát chất ức chế Amprenavir tương tác với HIV -1 protease, chúng tơi thấy Amprenavir hình thành liên kết hidro với asp25, asp29, asp30, gly27 ở parent A và asp25, asp30 ở parent B trong phân tử protease.
Hình 3.9: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Amprenavir dưới dạng cấu trúc phân tử
Amprenavir hình thành liên kết hidro với asp25A qua tương tác của nguyên tử O của nhĩm OH và nguyên tử H của nhĩm –COOH. Liên kết hidro giữa nguyên tử H của nhĩm OH trong phân tử Amprenavir và nguyên tử O của nhĩm COO-
trong asp25B. Nhĩm NH của asp29A và asp30A cùng hình thành liên kết hidro với nguyên tử O của chất ức chế Amprenavir. Amino axit gly27A hình thành liên kết hidro với chất ức chế Amprenavir do nguyên tử O trong nhĩm CO của gly27A và nguyên tử H trong nhĩm NH của Amprenavir. Liên kết hidro hình thành giữa nguyên tử O của nhĩm CO trong asp30B và nguyên tử H của nhĩm NH2 trong
Amprenavir. Như vậy, những nhĩm chức quyết định khả năng tương tác của chất ức chế Amprenavir với HIV -1 protease là nhĩm OH, NH, C –O –C, NH2.
Hình 3.10: Tương tác liên phân tử giữa các amino axit trong protease và chất ức chế Amprenavir trong khơng gian ba chiều.
Bảng 5: Giá trị độ dài liên kết, gĩc liên kết, năng lượng liên kết hidro giữa các amino axit trong protease với chất ức chế Amprenavir.
Các liên kết hidro Đợ dài liên kết (A ) (d)o
Gĩc liên kết (o)
Năng lượng liên kết (kcal/mol) (E) Liên kêt hidro giữa (asp 25B)
O …H –O (chất ức chế)
1.717 136.309 36.963
Liên kết hidro giữa (asp 25A) COOH ... O –H (chất ức chế)
1.555 169.496 37.299
Liên kết hidro giữa (asp30A) N -H...O (chất ức chế)
2.139 164.568 24.148
Liên kết hidro giữa (asp30B) O ... H –N (chất ức chế)
2.300 153.561 3.535
Liên kết hidro giữa (Gly27A) O ... H –N (chất ức chế)
2.248 149.677 23.095
Liên kết hidro hình thành giữa asp25B với Amprenavir (d =1.717A , gĩc liêno kết là 136.309o, EHB = 36.963 kcal/mol) và liên kết hidro hình thành giữa asp25A với Amprenavir (d =1.555A , gĩc liên kết là 169.496o o, EHB = 37.299 kcal/mol) đều cĩ cường đợ mạnh. Amprenavir cĩ sự tương tác liên phân tử với asp29A, asp30A và asp30B. Tuy rằng, cường đợ liên kết hidro giữa Amprenavir với asp29A là trung bình (d =2.083A , gĩc liên kết là 176.464o o, EHB = 12.640 kcal/mol) và cường đợ liên kết hidro giữa Amprenavir với asp30B là yếu (d =2.30A , gĩc liên kết là 153.464o o, EHB = 3.535 kcal/mol) nhưng cĩ thể thấy rõ khả năng tương tác của Amprenavir với protease vượt trợi hơn so với các chất ức chế chúng tơi đã xét ở trên. Asp29, Asp30 là hai amino axit ít bị tác đợng khi trong phân tử protease xuất hiện đợt biến vì vậy liên kết hidro giữa chất ức chế với hai amino axit này khơng thay đởi khi protease