zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Y Tế - Sức Khoẻ

» Y khoa - Dược

Tương tác ức chế các enzym phân hủy carbohydrates của nhóm hợp chất thiên nhiên mới trong can thiệp điều trị đái tháo đường type 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Báo xấu

6
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu góp phần hiểu rõ thêm cơ chế ức chế các enzym trong đái tháo đường tuýp 2 đồng thời đánh giá hiệu quả ức chế của nhóm hợp chất có nguồn gốc tự nhiên so sánh với hợp chất ức chế tổng hợp (Acarbose).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tương tác ức chế các enzym phân hủy carbohydrates của nhóm hợp chất thiên nhiên mới trong can thiệp điều trị đái tháo đường type 2

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 22 * Số 2 * 2018 Nghiên cứu Y học TƯƠNG TÁC ỨC CHẾ CÁC ENZYM PHÂN HỦY CARBOHYDRATES CỦA NHÓM HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN MỚI TRONG CAN THIỆP ĐIỀU TRỊ ĐÁI THÁO ĐƯỜNG TYPE 2 Nguyễn Trương Công Minh*, Lê Xuân Trường*, Lê Thị Xuân Thảo* TÓM TẮT Mở đầu: Các enzym phân hủy carbohydrates bao gồm alpha-glucosidase và alpha-amylase tương tác với nhóm hợp chất thiên nhiên mới được chiết xuất từ loài thực vật Aframomum melegueta thuộc họ gừng, từng được sử dụng làm dược liệu phổ biến tại Việt Nam và trên thế giới, là hướng tiếp cận hiện đại trong điều trị rối loạn đường huyết và giảm thiểu các biến chứng gây ra. Mục tiêu: Góp phần hiểu rõ thêm cơ chế ức chế các enzym trong đái tháo đường tuýp 2 đồng thời đánh giá hiệu quả ức chế của nhóm hợp chất có nguồn gốc tự nhiên so sánh với hợp chất ức chế tổng hợp (Acarbose). Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng các phương pháp hóa tính toán bao gồm: Xây dựng và tối ưu hóa cấu trúc 4 hợp chất thiên nhiên và hợp chất ức chế so sánh Acarbose, thiết lập mô hình tương tác ức chế với 2 enzym alpha-amylase và alpha-glucosidase, khảo sát tương quan giữa năng lượng gắn kết enzym với nồng độ ức chế thực nghiệm IC50. Kết quả: Thiết lập được mô hình ức chế 2 enzym với Acarbose và 4 hợp chất thiên nhiên bao gồm: 6- Paradol, 6-Shagaol, 6-Gingerol, Oleanolic acid; trong đó các lực tương tác chủ yếu là: tương tác van der Waals, tương tác tĩnh điện, tương tác π – π và liên kết Hydrogen. Trong đó, tương tác tĩnh điện và liên kết Hydrogen giữa chất ức chế với các đơn vị amino acid thuộc 2 enzym có vai trò quan trọng, quyết định hiệu quả ức chế enzym. Kết luận: Hoạt tính ức chế 2 enzym của các hợp chất khảo sát có tương quan mật thiết với các yếu tố ảnh hưởng về mặt cấu trúc bao gồm: hệ thống mạch Carbon và nhóm thế, được chi phối bởi hiệu quả các lực tương tác tĩnh điện và liên kết Hydrogen giữa chất ức chế với các đơn vị amino acid thuộc enzym. Từ khóa: Alpha-amylase, Alpha-glucosidase, Aframomum melegueta, Protein docking. ABSTRACT INTERACTION BETWEEN TWO CARBOHYDRATE ENZYMES AND SOME NATURAL COMPOUNDS IN TREATMENT INTERVENTION OF TYPE 2 DIABETES MELLITUS Nguyen Truong Cong Minh, Le Xuan Truong, Le Thi Xuan Thao * Y Hoc TP. Ho Chi Minh * Vol. 22 - No 2- 2018: 221 - 228 Background: Studying interaction between the two carbohydrate enzymes, including alpha-glucosidase and alpha-amylase, and the new natural compounds which are extracted from a plant called Aframomum melegueta that belongs to the ginger family, which has been used as a popular medicinal herb in Vietnam and also in the world, is a modern approach to the treatment of blood glucose disorder and the minimization of complications. Objects: Setting model of the two enzymes inhibition by the natural compounds and Acarbose as a * Bộ môn Hoá Sinh, Khoa Y, Đại học Y Dược TPHCM Tác giả liên lạc: ThS. Nguyễn Trương Công Minh ĐT: 01269635368 Email: congminh.ngtruong@gmail.com 221
Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 22 * Số 2 * 2018 comparative compound to evaluate factors of affecting enzyme inhibitory effect, contributing to the orientation for future researchers in order to build more effective inhibitor models. Methods: Using the computational chemistry methods including building and optimizing the structures of four natural compounds and Acarbose, modeling interactions with alpha-amylase and alpha-glucosidase, examining the relationship between docking energy and the experiment enzyme inhibitory concentration IC50, evaluating of structural factors of affecting efficiency of enzyme inhibition. Results: The result model of the two enzymes inhibition shows the interaction forces including van der Waals interaction, electrostatic interaction, π - π interaction and hydrogen bondings. In particular, the electrostatic interaction and hydrogen bondings between the compounds and amino acids structuring the enzymes have an important role, affecting an effective of the enzyme inhibition. Conclusion: Alpha-amylase and alpha-glucosidase inhibitory activity of the natural compounds and the comparative inhibitor is closely correlated with structural factors including the carbon circuits and substituents, governed by the efficiency of electrostatic interactions and hydrogen bondings between the inhibitors with amino acid units of the enzymes. Keywords: Alpha-amylase, Alpha-glucosidase, Aframomum melegueta, Protein docking. ĐẶT VẤN ĐỀ glucosidase và Alpha-amylase của nhóm hợp chất thiên nhiên mới đã được chiết xuất từ loài Đái tháo đường là một rối loạn mạn tính, có thực vật Aframomum melegueta thuộc họ những thuộc tính sau: tăng glucose máu, kết gừng(4, 3), từng được sử dụng làm dược liệu phổ hợp với những bất thường về chuyển hoá biến tại Việt Nam và trên thế giới. Từ đó góp carbohydrate, lipid và protein. Bệnh luôn gắn phần hiểu rõ thêm cơ chế ức chế các enzym liền với xu hướng phát triển các bệnh lý về trong T2D đồng thời đánh giá hiệu quả ức chế thận, đáy mắt, thần kinh và các bệnh tim mạch của nhóm hợp chất có nguồn gốc tự nhiên so do hậu quả của xơ vữa động mạch(1). Đái tháo sánh với hợp chất ức chế tổng hợp (Acarbose). đường týp 2 (T2D) đặc trưng bởi sự khiếm khuyết chức năng tế bào beta, giảm hoạt tính ĐỐITƯỢNG-PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU của insulin do gen, gây nên tình trạng tăng Đối tượng nghiên cứu đường huyết thời kỳ hậu mãn kinh(1). 2 enzym Alpha-amylase và Alpha- Bên cạnh các hướng tiếp cận điều trị ngăn glucosidase và 4 hợp chất thiên nhiên bao gồm: chặn rối loạn đường huyết thời kỳ hậu mãn 6-Paradol, 6-Shagaol, 6-Gingerol và Oleanolic kinh, giảm thiểu các biến chứng gây ra, một số acid với chất ức chế so sánh Acarbose, đã được phương pháp mới gần đây đã được áp dụng tác giả Aminu Mohammed và cộng sự nghiên nhằm kiểm soát, giảm lượng đường hấp thu cứu tổng hợp và xác định hoạt tính ức chế bằng bằng cách gây ức chế các enzym phân hủy thực nghiệm, IC50 (M). Carbohydrates chủ yếu là Alpha-glucosidase và Phương pháp Alpha-amylase(2). Đồng thời, xu hướng thay thế Xây dựng và tối ưu hóa cấu trúc 3D của 4 các tác nhân ức chế tổng hợp bằng các tác nhân hợp chất thiên nhiên và chất ức chế so sánh ức chế có nguồn gốc tự nhiên ngày càng được Acarbose bằng phần mềm Hyperchem 8.0.10 chú trọng để hạn chế đến mức tối đa các tác theo phương pháp bán kinh nghiệm PM3. dụng phụ không mong muốn. Thiết lập mô hình tương tác ức chế với Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài tiến hành enzym Alpha-amylase và Alpha-glucosidase khảo sát mô phỏng tương tác ức chế các enzym bằng phần mềm Autodock – Autodock vina(6). phân hủy Carbohydrates bao gồm Alpha- 222
Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 22 * Số 2 * 2018 Nghiên cứu Y học Khảo sát tương quan giữa năng lượng gắn Cách tiến hành kết enzym với nồng độ ức chế thực nghiệm Cơ sở dữ liệu IC50, sử dụng phần mềm Statgraphics Cấu trúc Alpha-amylase (Hình 1), Alpha- Centurion XVI. glucosidase (Hình 2) và 4 hợp chất thiên nhiên Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng về mặt cấu với Acarbose (Hình 3). trúc đến hiệu quả ức chế enzym. Hình 1: Cấu trúc Alpha-amylase Hình 2: Cấu trúc Alpha-glucosidase Hình 3: Cấu trúc 4 hợp chất thiên nhiên và chất ức chế so sánh Acarbose Phương pháp Hóa tính toán – mô phỏng cấu trúc phân tử của các dẫn xuất chất ức chế, trúc phân tử 3D trong đó phương pháp bán kinh nghiệm PM3 đơn giản hóa việc tính toán bằng cách chỉ biểu Hóa tính toán mô phỏng cấu trúc phân tử diễn các điện tử hóa trị trong nguyên tử cấu dựa trên nền tảng các định luật vật lý, cho phép thành, áp dụng rộng rãi cho hệ cấu trúc chứa nghiên cứu các tính chất hóa học – hiện tượng các nguyên tử bao gồm: H, C, N, O, F, Al, Si, P, xảy ra trong hóa học thông qua việc tính toán S, Cl, Br và I. trên máy tính. Hóa tính toán gồm 2 mô hình mô phỏng Phân tích hồi quy cấu trúc phân tử: mô hình cơ học phân tử và Sử dụng phần mềm Statgraphics mô hình cơ học lượng tử. Cả hai đều tập trung Centurion XVI 16.1.18, với công cụ phân tích thực hiện các tính toán cơ bản giống nhau bao tương quan đa biến (Multiple-Variable gồm: năng lượng, tối ưu hóa hình dạng, tần số Analysis (Correlations)), khảo sát sự tương dao động. quan giữa năng lượng gắn kết enzyme với nồng độ ức chế thực nghiệm IC50, có ý nghĩa Mô hình cơ học lượng tử được sử dụng trong đề tài để xây dựng và tối ưu hóa cấu thống kê với p
Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 22 * Số 2 * 2018 Phương pháp Protein docking đích cung cấp các thông tin quan trọng về năng Phương pháp Protein docking hay còn gọi lượng gắn kết enzym và loại lực tương tác điển là mô phỏng tương tác giữa một phân tử ligand hình như: tương tác van der Waals, tương tác và đại phân tử protein nhằm dự đoán vị trí tạo tĩnh điện, tương tác π – π và liên kết Hydrogen. liên kết ưu đãi, hình thành phức hợp protein – KẾT QUẢ ligand bền vững. Sự định hướng thuận lợi của Mô hình tương tác ức chế Alpha-amylase và ligand trên protein được biểu diễn thông qua Alpha-glucosidase độ bền liên kết hoặc ái lực gắn kết giữa 2 phân tử, sử dụng các hàm tính điểm (scoring Sử dụng phần mềm Autodock – Autodock functions). Bản chất của quá trình mô phỏng vina lần lượt thiết lập mô hình tương tác ức chế tương tác chính là tối ưu hóa hình dạng 2 phân với 2 enzym của 4 cấu trúc hợp chất thiên nhiên tử protein – ligand cũng như liên kết giữa và chất ức chế so sánh Acarbose đã được tối ưu chúng sao cho năng lượng tự do toàn hệ thống bằng phương pháp Protein docking với thuật đạt cực tiểu(5). toán gen Lamarck (Lamarckian Genetic Algorithm). Kết quả docking cung cấp các Đề tài sử dụng phương pháp Protein thông tin về năng lượng gắn kết (kcal/mol) và docking trong phần mềm Autodock – loại lực tương tác ứng với mỗi hợp chất ức chế Autodock vina để khảo sát mô hình tương tác (Bảng 1 - 2). ức chế giữa các hợp chất thiên nhiên và chất ức chế so sánh Acarbose với 2 enzym, nhằm mục Bảng 1: Mô hình ức chế enzym Alpha-amylase tương ứng với năng lượng gắn kết Eb và loại tương tác cho mỗi hợp chất ức chế STT HỢP CHẤT MÔ HÌNH ỨC CHẾ ENZYM ALPHA-AMYLASE Eb (KCAL/MOL) LOẠI TƯƠNG TÁC Tương tác van der 1 6-Paradol -4,3 Waals với TYR - LYS. Tương tác π – π với TYR, tương tác π- cation với LYS. Tương 2 6-Shagaol -4,7 tác van der Waals với LYS – TRP – TYR – ASP. 224
Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 22 * Số 2 * 2018 Nghiên cứu Y học STT HỢP CHẤT MÔ HÌNH ỨC CHẾ ENZYM ALPHA-AMYLASE Eb (KCAL/MOL) LOẠI TƯƠNG TÁC Liên kết Hydrogen với GLU – HIS. Tương tác π – π với TRP. Tương 3 6-Gingerol -6,1 tác van der Waals với HIS – TRP – TYR – GLU. Tương tác van der Oleanolic 4 -6,9 Waals với TRP – LYS acid – ASP – VAL – ARG. Liên kết Hydrogen với LYS – ASP. Tương tác 5 Acarbose -5,9 van der Waals với GLU – ILE – ARG – TYR – ALA – HIS – LYS. Bảng 2: Mô hình ức chế enzym Alpha-glucosidase tương ứng với năng lượng gắn kết Eb và loại tương tác cho mỗi hợp chất ức chế STT HỢP CHẤT MÔ HÌNH ỨC CHẾ ENZYM ALPHA-GLUCOSIDASE Eb (KCAL/MOL) LOẠI TƯƠNG TÁC 225
Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 22 * Số 2 * 2018 STT HỢP CHẤT MÔ HÌNH ỨC CHẾ ENZYM ALPHA-GLUCOSIDASE Eb (KCAL/MOL) LOẠI TƯƠNG TÁC Liên kết Hydrogen với ASN. Tương tác van 1 6-Paradol -6,3 der Waals với ARG – PHE – TYR – GLN – SER. Liên kết Hydrogen với ARG. Tương tác van der Waals với LYS – 2 6-Shagaol -5,5 TYR – ASP – ARG – SER – ILE – VAL – PRO. Liên kết Hydrogen với ASN – ASP – HIS. 3 6-Gingerol -6,8 Tương tác van der Waals với HIS – ALA – LYS – TRF – CYS. Tương tác van der Oleanolic Waals với SER – ARG 4 -8,6 acid – LYS – PRO – ASP – GLU. 226
Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 22 * Số 2 * 2018 Nghiên cứu Y học STT HỢP CHẤT MÔ HÌNH ỨC CHẾ ENZYM ALPHA-GLUCOSIDASE Eb (KCAL/MOL) LOẠI TƯƠNG TÁC Liên kết Hydrogen với LYS – ARG – GLY. 5 Acarbose -6,4 Tương tác van der Waals với PRO – PHE – ARG – GLY – ALA. BÀN LUẬN Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng về mặt cấu trúc Khảo sát tương quan giữa năng lượng gắn đến hiệu quả ức chế enzym kết Eb và hoạt tính ức chế thực nghiệm IC50 đối Từ kết quả đạt được nêu trên, tiến hành xây với từng hợp chất ức chế được trình bày trong dựng mô hình thế năng tĩnh điện của enzym và Bảng 3. các hợp chất ức chế đặc trưng (Hình 4). Kết quả cho thấy có sự tương quan khá mật Bề mặt 2 enzym phân bố các tâm hoạt động thiết giữa năng lượng gắn kết enzym và hoạt mang điện tích âm và dương có khả năng gắn tính ức chế thực nghiệm IC50 của các hợp chất kết hữu hiệu với các nhóm cấu trúc mang điện ức chế. Các loại tương tác biểu diễn trong từng tích. Như vậy, nếu các hợp chất ức chế có chứa mô hình ức chế (Bảng 1 - 2) thể hiện vai trò ảnh nhóm chức tích điện dương thì tương tác tĩnh hưởng quan trọng của tương tác tĩnh điện và điện xảy ra sẽ càng thuận lợi (năng lượng gắn liên kết Hydrogen với các đơn vị amino acid kết càng có giá trị âm) với tâm hoạt động thuộc enzym. enzym mang điện tích âm và ngược lại. Bảng 3: Tương quan giữa năng lượng gắn kết Eb (a) Hợp chất 6-Gingerol mang nhóm thế O- (kcal/mol) và IC50 (µM) đối với từng hợp chất ức chế H, C=O tương tác hữu hiệu với tâm hoạt động Enzym Hợp chất Eb (Kcal/mol) IC50 (µM) mang điện tích dương trên Alpha-amylase; 6-Paradol -4,3 664,56 nhóm thế CH3 tương tác hữu hiệu với tâm hoạt 6-Shagaol -4,7 443,17 động mang điện tích âm trên Alpha-amylase – 6-Gingerol -6,1 81,78 Alpha-amylase Oleanolic acid -6,9 91,72 IC50 = 81,78 µM. Acarbose -5,9 85,15 (b) Hợp chất Oleanolic acid có mạch Carbon 2 R = 0,9209 ; R = 84,8% ; p = 0,026 tương tác hữu hiệu với các tâm hoạt động (
Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 22 * Số 2 * 2018 Hình 4: Mô hình thế năng tĩnh điện của phức hợp chất ức chế – enzym 2. Etoundi CB, Kuate D, Ngondi JL, Oben J (2010), “Anti- KẾT LUẬN amylase, anti-lipase and antioxidant effects of aqueous extracts of some Cameroonian spices”, J Nat Prod, 3, pp. Như vậy, phương pháp hóa tính toán với 165–171. kỹ thuật protein docking đã xây dựng được mô 3. Iwu MM (2014), “Handbook of African Medicinal Plants”, hình ức chế 2 enzym Alpha-amylase và Alpha- 2nd ed. Taylor and Francis Group (NY): CRC Press, Florida, United States, pp. 28-32. glucosidase bởi các hợp chất thiên nhiên và 4. Mohammed A, Gbonjubola VA, Koorbanally NA, Islam MS chất ức chế so sánh Acarbose. Mô hình này (2017), “Inhibition of key enzymes linked to type 2 diabetes by compounds isolated from Aframomum melegueta fruit”, phản ánh hoạt tính ức chế enzym của các hợp Pharmaceutical Biology, 55:1, pp. 1010-1016. chất có tương quan mật thiết với các yếu tố ảnh 5. Mukesh B, Rakesh K (2011), “Molecular docking: A hưởng về mặt cấu trúc bao gồm: hệ thống mạch Review”, IJRAP, 2(6), pp. 1746-1751. 6. Trott O, Olson AJ (2010), “AutoDock Vina: improving the Carbon và nhóm thế, được chi phối bởi hiệu speed and accuracy of docking with a new scoring function, quả các lực tương tác tĩnh điện và liên kết efficient optimization and multithreading”, Journal of Hydrogen giữa chất ức chế với các đơn vị Computational Chemistry, 31, pp. 455-461. amino acid thuộc enzym. Cấu trúc chất ức chế có mạch Carbon càng dài với các nhóm thế O- Ngày nhận bài báo: 24/10/2017 H, C=O mang điện tích âm càng nhiều thì xu Ngày phản biện nhận xét bài báo: 15/11/2017 hướng có hoạt tính ức chế enzym càng lớn. Ngày bài báo được đăng: 10/03/2018 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. American Diabetes Association (ADA) (2015), “Report of the expert committee on the diagnosis and classification of diabetes mellitus”, Diabetes Care, 38, pp. 8–16. 228

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.