Sàng lọc và đánh giá hoạt tính dược liệu Nội dung:
MECHANISM OF ACTION
DRUG DISCOVERY BIO SCREENING
Chương I: Giới thiệu về các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học Chương II: Sinh tổng hợp các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học Chương III: Sàng lọc hoạt tính sinh học các hợp chất thiên nhiên Chương IV: Nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính sinh học
Các thuốc kháng sinh ức chế enzym
• Thuốc kháng sinh Thuốc kháng sinh là một tác nhân giết hoặc ức chế sự phát triển của vi sinh vật. • Theo cấu trúc và xuất xứ: - Phần lớn các thuốc kháng sinh là các chất bán tổng hợp của nhiều chất thiên nhiên bao gồm các penicillin, cephalosporin và carbapenem, - các hợp chất còn lại được phân lập từ các sinh vật sống là các aminoglycosid, - các kháng sinh tổng hợp, ví dụ các sulfonamid, các quinolon và các oxaxolidinon.
Các thuốc kháng sinh ức chế sự chuyển hóa tế bào • Các tác nhân kháng sinh ức chế sự chuyển hóa tế bào được gọi là các chất kháng chuyển hóa. - Các chất này ức chế sự chuyển hóa của một vi sinh vật, nhưng không ức chế sự chuyển hóa của vật chủ. - Chúng ức chế phản ứng được xúc tác bởi enzym có trong tế bào vi khuẩn, không phải trong các tế bào động vật. • Các ví dụ các tác nhân kháng chuyển hóa là các thuốc kháng sinh sulfonamid (các thuốc sulfa).
Phân loại các vi khuẩn
Các thuốc kháng sinh sulfonamid (sulfa) • Sulfanilamid là tác nhân kháng khuẩn đầu tiên được tổng hợp trong phòng thí nghiệm có phổ hoạt tính rộng với các vi khuẩn. • Các chất sulfonamid được chứng tỏ là có hiệu quả với các vi khuẩn Gram-dương, đặc biệt là pneucococci và meningococci.
sulfanilamid
các dẫn xuất sulfonamid
Các thuốc kháng sinh sulfonamid • Các sulfonamid hữu ích đặc biệt đối với các nhiễm khuẩn đường ruột và có thể được định hướng đặc thù vào vị trí này bằng cách sử dụng các thuốc prodrug.
Các thuốc kháng sinh sulfonamid • Các sulfonamid tác dụng như các chất ức chế enzym cạnh tranh và phong bế sự sinh tổng hợp vitamin acid folic trong các tế bào vi khuẩn. Chúng ức chế enzym quyết định cho sự liên kết lại các thành phần của acid folic.
Các thuốc kháng sinh sulfonamid
Nếu tetrahydrofolat không được tổng hợp nữa, sau đó bất kỳ con đường sinh tổng hợp nào đòi hỏi một đơn vị cacbon sẽ bị cắt đứt. Như sự sinh tổng hợp acid nucleic bị đứt đoạn và điều này dẫn đến sự ngừng phát triển và phân chia tế bào.
Acid folic là tiền chất cho tetrahydrofolat thiết yếu cho hóa sinh tế bào, tác dụng như một chất chuyển các đơn vị một C, cần thiết cho nhiều con đường sinh tổng hợp (Coenzym F)
Các thuốc kháng sinh sulfonamid
Cơ chế tác dụng của sulfonamid • Các sulfonamid tác dụng như các chất ức chế bằng cách bắt chước acid p-aminobenzoic (PABA) - một trong các thành phần của acid folic. - Phân tử sulfonamid đủ giống về cấu trúc với PABA để cho enzym tiếp nhận chúng vào vị trí hoạt động. - Khi đã được liên kết, sulfonamid ngăn cản PABA liên kết. - Kết quả là acid folic không được tổng hợp nữa. Vì acid folic là thiết yếu cho sự phát triển tế bào, tế bào sẽ ngừng phân chia.
vÞ trÝ ho¹t ®éng
vÞ trÝ ho¹t ®éng
Cơ chế kháng thuốc sulfonamid • Các sulfonamid là các chất ức chế enzym cạnh tranh thuận nghịch. Điều này được chứng tỏ bằng một số sinh vật nhất định như saphylococci, pneumococci, và gonococci có thể nhận được sự kháng bằng cách tổng hợp nhiều PABA hơn. • Nhiều PABA hơn trong tế bào cạnh tranh hiệu quả hơn với chất ức chế sulfonamid với vị trí hoạt động của enzym. • Trong các trường hợp như vậy, các mức liều lượng của sulfonamid được tăng lên để đưa sự ức chế trở lại.
Tác dụng chọn lọc thuốc sunfonalid • Acid folic cần thiết cho sự tồn tại của các tế bào vi khuẩn. Tuy nhiên, acid folic cũng thiết yếu cho sự tồn tại của các tế bào người, vì sao các thuốc sulfa không ảnh hưởng đến các tế bào người?
folic acid
Tác dụng chọn lọc của thuốc sulfonamid • Tetrahydrofolic acid là cofactor cần thiết cho sự chuyển hóa các amino acid và acid nucleic. Nó tác dụng như một chất cho một nhóm với một nguyên tử cacbon. • Các tế bào người không thể tạo ra acid folic do thiếu các hệ enzym cần thiết và do đó ở đây không có enzym cho các sulfonamid tấn công. • Các tế bào người đòi hỏi acid folic là một vitamin từ thức ăn. Acid folic được đưa qua màng tế bào bằng một protein vận chuyển và quá trình này hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi các sulfonamid. • Các tế bào vi khuẩn không có khả năng nhận được acid folic vì chúng thiếu protein vận chuyển cần thiết để mang acid folic qua màng tế bào. Do đó, chúng bị bắt buộc phải tổng hợp acid folic.
Các chất ức chế enzym acetylcholinesterase • Hệ thần kinh ngoại vi: phần của hệ thần kinh bên ngoài của hệ thần kinh trung ương (não và cột sống). - Các dây thần kinh cảm giác: dây thần kinh lấy các tín hiệu từ cơ thể đến hệ thần kinh trung ương. - Các dây thần kinh cơ vận động: dây thần kinh mang các tín hiệu từ hệ thần kinh trung ương đến phần còn lại của cơ thể.
• Các chất truyền dẫn thần kinh: các chất hóa học mang tín hiệu từ một dây thần kinh này đến một dây thần kinh khác.
Các chất ức chế enzym acetylcholinesterase • Hệ thần kinh ngoại vi ở ngoài hệ thần kinh trung ương (não và cột sống). • Hệ thần kinh ngoại vi gồm các dây thần kinh cảm giác đưa các tín hiệu từ cơ thể đến hệ thần kinh trung ương và các dây thần kinh vận động đưa các tín hiệu từ hệ thần kinh trung ương đến các phần còn lại của cơ thể. • Các dây thần kinh cơ vận động : - Hệ thần kinh cơ vận động cơ thể (somatic) mang các tín hiệu từ hệ thần kinh trung ương đến các cơ xương. Không có các khớp nối en route và chất truyền dẫn thần kinh ở khớp cơ thần kinh là acetylcholin. - Hệ thần kinh cơ vận động tự quản (autonomic) mang các tín hiệu từ hệ thần kinh trung ương đến cơ trơn, cơ tim và tủy thượng thận. Hệ thống này có thể được chia thành hai nhóm nhỏ: - Các dây thần kinh giao cảm. - Các dây thần kinh đối giao cảm.
Hệ thần kinh cơ vận động somatic - Hệ thần kinh cơ vận động cơ thể (somatic) mang các tín hiệu từ hệ thần kinh trung ương đến các cơ xương.
Acetylcholin
Hệ thần kinh cơ vận động autonomic - Hệ thần kinh cơ vận động tự quản (autonomic) mang tín hiệu đến cơ trơn, cơ tim, tủy thượng thận.
Các dây thần kinh đối giao cảm • Các dây thần kinh đối giao cảm (parasympathetic) đi từ hệ thần kinh trung ương đến một khoảng cách nào đó, sau đó tiếp hợp với dây thần kinh thứ hai sau đó dẫn đến sự tiếp hợp cuối cùng với cơ trơn. Chất truyền dẫn thần kinh là acetylcholin.
Các dây thần kinh giao cảm • Các dây thần kinh giao cảm (sympathetic) ngay lập tức tiếp hợp với dây thần kinh thứ hai (chất truyền dẫn thần kinh là acetylcholin) sau đó đến cơ quan mục tiêu. Chúng tiếp hợp với các thụ quan trên cơ quan mục tiêu với chất truyền dẫn thần kinh noradrenalin. Hoặc chúng đến tủy thượng thận và kích thích sự giải phóng adrenalin.
noradrenalin
Các chất truyền dẫn thần kinh • Vì các hóa chất mang hiệu quả tín hiệu từ một dây thần kinh này sang một dây thần kinh khác, chúng được biết đến là các tín hiệu hóa học hoặc chất truyền dẫn thần kinh. • Việc chúng là các chất hóa học và chúng thực hiện một vai trò quan trọng trong sự truyền tin của dây thần kinh cho phép các nhà hóa dược tổng hợp các chất hữu cơ có thể bắt chước (agonist) hoặc phong bế (antagonist) các chất truyền dẫn thần kinh thiên nhiên.
Các chất truyền dẫn thần kinh
• Enzym cholinesterase: enzym thủy phân cholinesterase. • Acetyl cholin là một chất rất dễ bị thủy phân. • Các thuốc kháng cholinesterase: các thuốc ngăn enzym thủy phân acetyl cholin. Các thuốc này có thể là thuận nghịch hoặc không thuận nghịch phụ thuộc vào thuốc phản ứng với vị trí hoạt động của enzym như thế nào.
Các hệ tiết acetyl cholin
4 và 5 là mục tiêu của các thuốc ức chế thụ quan và enzym.
Các chất ức chế enzym acetylcholinesterase
• Enzym acetylcholinesterase: thủy phân cholinesterase. • Các thuốc kháng cholinesterase: các thuốc ngăn enzym thủy phân acetyl cholin. Các thuốc này có thể là thuận nghịch hoặc không thuận nghịch phụ thuộc vào cách thuốc liên kết với vị trí hoạt động.
Cơ chế thủy phân acetyl cholin Bước 1: Acetyl cholin tiến đến gần và liên kết vào enzym acetylcholinestarase. Gốc histidin phản ứng như một base để tách một proton từ nhóm hydroxy của serin, do đó làm nó trở thành một nucleophile mạnh hơn. Sự cộng nucleophile vào ester xảy ra và mở nhóm carbonyl. Bước 2: Nhóm carbonyl được tái tạo và đẩy phần alcohol của ester (nghĩa là cholin). Quá trình này được trợ giúp bởi histidin bây giờ phản ứng như một chất xúc tác acid bằng cách cho một proton vào alcohol đang tách ra. Bước 3: Phần acyl của acetyl cholin bây giờ liên kết cộng hóa trị vào vị trí thụ quan. Cholin rời khỏi vị trí hoạt động và được thay thế bằng nước. Bước 4: Nước thường là một nucleophile yếu, nhưng một lần nữa histidin tác dụng như một xúc tác base và sự cộng nucleophile xảy ra, một lần nữa mở nhóm carbonyl. Bước 5: Nhóm carbonyl được tái tạo và gốc serin được giải phóng ra với sự trợ giúp của xúc tác acid từ histidin. Bước 6: Acid ethanoic rời khỏi vị trí hoạt động và chu trình có thể được lặp lại.
Cơ chế thủy phân acetyl cholin
Các thuốc carbamat Physostigmin (cũng được gọi là eserin) là một hợp chất thiên nhiên dẫn đường cho nhóm hợp chất carbamat. Physostigmin được phát hiện năm 1864 là một sản phẩm của hạt đậu calabar độc từ Tây Phi. Cấu trúc được xác định năm 1925.
- Nhóm carbamat - Vòng benzen - Nitơ pyrrolidin (được ion hóa ở pH máu)
Cơ chế tác dụng • Histidin xúc tác base cho sự tấn công nucleophin của gốc serin lên physostigmin. • Phenol được tách ra với sự trợ giúp của xúc tác acid từ histidin. • Bước tiếp theo xảy ra đặc biệt chậm và tốc độ chung của sự thủy phân physostigmin được so sánh với acetylcholin là chậm hơn 40 triệu lần. Kết quả là vị trí hoạt động của cholinestarase trở thành bị chặn và không thể tương tác với acetylcholin.
H2O
Cơ chế tác dụng Bất kể histidin có thể vẫn tác dụng như một chất xúc tác base, nước khó tấn công chất trung gian carbamoyl. Sự ổn định chất trung gian carbamoyl/enzym vì nitơ chuyển cặp điện tử chưa phân chia vào nhóm cacbonyl làm giảm tính electrophile và khả năng phản ứng của nhóm carbonyl.
Các carbamat Miotin và Neostigmin
Miotin
Neostigmin
• Miotin dễ bị thủy phân và nó có thể đi qua ngưỡng chắn máu-não như một base tự do. • Neostigmin là phân tử được tích điện, nó không thể đi qua ngưỡng chắn máu-não và gây các tác dụng phụ của hệ thần kinh trung ương.