ΜΟΡΙΑΚΗ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ
Άσκηση 3η
Αναγνώριση ενεργών ομάδων, σχεδιασμός φαρμάκων
Εισαγωγή.
Τα μοριακά γραφικά υπολογιστικά συστήματα βοηθούν τα μέγιστα στην
κατανόηση των αλληλεπιδράσεων πρωτεϊνών και υποστρωμάτων, παρεμποδιστών ή
ανταγωνιστών μορίων. Επίσης προσφέρουν τις δυνατότητες σύγκρισης μορίων μεταξύ
τους αλλάζοντας ακόμα και την στερεοδομή
τους.
Το πρόγραμμα DTMM προσφέρει αυτές τις δυνατότητες σε
περιορισμένο βαθμό που όμως είναι αρκετές για να καταλάβει κανείς πως γίνονται
αυτές οι συγκρίσεις και ο γραφικός σχεδιασμός μορίων.
Το πρόγραμμα DTMM τρέχει δίνοντας την εντολή DTMM στον
υπολογιστή και μετά από δύο εισαγωγικές οθόνες παρουσιάζεται ένα σύστημα μενού.
Το μενού έχει έξη βασικές κατηγορίες εντολών και είναι πάντα προσιτό με το
πάτημα του πλήκτρου [Escape].
Οι κατηγορίες 1-5 μελετήθηκαν στην προηγούμενη άσκηση και
Θεωρούνται προαπαιτούμενα .
Η κατηγορία Util περιέχει εντολές για την αλλαγή της θέσης
του μοριακού μοντέλου στον χώρο σε σχέση με κάποιο άλλο μόριο, δηλαδή την χρήση
των πλήκτρων στροφής και μετακίνησης σε ένα μέρος των ατόμων που βλέπουμε στην
οθόνη. Με την εντολή Fix Fragment επιλέγομε σε ποιο μόριο δεν επιδρούν
οι στροφές και μετακινήσεις ενώ με την εντολή Unfix All επανέρχονται οι
ολικές στροφές και μετακινήσεις.
Από την στιγμή που υπάρχει κάποιο μόριο στην οθόνη που φορτώθηκε ή
κατασκευάστηκε υπάρχει η δυνατότητα χειρισμού του είτε με το ποντίκι είτε με τα
πλήκτα όπως δίνεται παρακάτω:
|
F1 |
Για βοήθεια |
|
Esc |
Για
διακοπή της προηγούμενης εργασίας |
|
Space |
Για την
εμφάνιση του μενού |
|
Περιστροφές |
|
|
|
ß και à για
περιστροφή γύρω από τον Ψ |
|
|
↑ και
↓ για περιστροφή γύρω από τον Χ |
|
|
PgUp και PgDn για
περιστροφή γύρω από τον Ζ |
|
Μετακινήσεις |
|
|
|
L και R για
μετακινήσεις στον οριζόντιο άξονα Χ |
|
|
U και D για
μετακινήσεις στον κάθετο άξονα Ψ |
|
|
B και F για
μετακινήσεις στον άξονα κάθετα στην οθόνη (Ζ) |
|
Μεγέθυνση |
Home και End για
μεγέθυνση και σμίκρυνση |
|
F2 |
Για αλλαγή
μεταξύ μοντέλου γραμμών και σφαιριδίων |
|
I |
Δίνει τα
ονόματα των ατόμων |
Η μετακίνηση στα μενού γίνεται με τα βελάκια όπως και η μετακίνηση
του σταυρονήματος στην οθόνη.
Θεωρία
Α) Η χολινεστεράση και τα οργανοφωσφορικά εντομοκτόνα.
Ένας από τους βασικότερους νευροδιαβιβαστές στους ζωικούς
οργανισμούς είναι η ακετυλοχολίνη. Εστεροποιείται από το ένζυμο χολινεστεράση
όπως φαίνεται στο σχήμα 1α. Στους 37 C εστεροποιούνται 300.000 ακετυλοχολίνης
κάθε λεπτό από ένα μόριο χολινεστεράσης (σχ. 1 β).
Οι οργανοφωσφορικές ενώσεις έχουν ομοιότητες με την ακετυλοχολίνη
και η φωσφορική ομάδα ελκύεται από την περιοχή της εστεροποίησης της
χολινεστεράσης με αποτέλεσμα να δρά σαν ανταγωνιστής (σχ.1γ). Η φωσφορυλίοση
του ενζύμου είναι μία πολύ αργή αντίδραση γιατί ο δεσμός με το ένζυμο είναι
πολύ σταθερότερος αυτού της εστεροποίησης με αποτέλεσμα η αποφωσφορυλίωση του
ενζύμου να θέλει ένα εκατομμύριο φορές περισσότερο χρόνο για να γίνη πάλι
ενεργό. Έτσι οι οργανοφωσφορικές ενώσεις δρουν σαν παρεμποδιστές στην υδρόλυση
της ακετυλοχολίνης με αποτέλεσμα την υπερβολική αύξηση της συγκέντρωσής της.
Το malaoxon είναι παράγωγο οξείδωσης του malathion και είναι
παρεμποδιστής της χολινεστεράσης κατά τον παραπάνω τρόπο. Η διαφορά μεταξύ
εντόμων και θηλαστικών είναι ότι η οξείδωση του malathion γίνεται πολύ πιο
γρήγορα στα έντομα(σχ.2) ενώ συμβαίνει το αντίστροφο για την υδρόλυσή τους.
Έτσι επιτυγχάνεται το μόριο να είναι τοξικό για τα έντομα και λιγότερο τοξικό
για τα θηλαστικά.
Β) Οι γενετικέc φερομόνες και τα εντομοκτόνα.
Η δράση των γενετικών φερομονών οιστρογόνου και τεστοστερόνης
είναι γνωστό ότι επηρεάζεται (παράρτημα 1) από την χρήση ωρισμένων εντομοκτόνων
όπως το DDT . Η επίδραση του DDT στον άνθρωπο μπορεί να προκαλέσει καρκίνο μέσα
από τους κύκλους παρεμπόδισης των φερομονών (μαστού, προστάτη).
Το tamoxifen είναι γνωστό αντισυλληπτικό που παρεμποδίζει την
σύνθεση του οιστρογόνου. Οι κλινικές ενδείξεις της δράσης του DDT ως
καρκινογόνου επιβεβαιώνονται με την μοριακή προσομοίωση του εντομοκτόνου με το
αντισυλληπτικό. Οι μηχανισμοί δράσης δεν είναι ακόμα γνωστοί αλλά με την
σύγκριση των δομών είναι πλέον φανερές οι ομάδες δράσης που συμμετέχουν στην
παρεμπόδιση.
Σκοπός της Άσκησης.
Ο σκοπός της άσκησης αυτής είναι η αναγνώριση με την χρήση των
μοριακών γραφικών συστημάτων των ενεργών χημικών ομάδων και η επίθεση
(superposition) του ενός μορίου επάνω στο άλλο αλληλεπικαλύπτωντας τις ενεργές
ομάδες.
Μεθοδολογία.
1. Διαβάστε το αρχείο ACH_MLTH που περtέχει τα μόρια της
ακετυλοχολίνης και του μαλαθίου. Αυτό γίνεται επιλέγοντας από το μενού File,
Load Molecule, ACH_ MLTH.
2. Αναγνωρίστε τα άτομα των μορίων, σχεδιάστε τα στο χαρτί και
αναγνωρίστε την εστερική ομάδα της ακετυλοχολίνης και την φωσφορική του
μαλαθίου. Ακινητοποιήστε το ένα μόριο με την εντολή Fix Fragment και εφαρμόστε
τις μετακινήσεις στους τρεις άξονες, χρησιμοποιώντας τις εντολές του παραπάνω
πίνακα, για να μεταφέρετε τις ενεργές ομάδες του ενός μορίου επάνω στις ενεργές
ομάδες του άλλου μορίου. Με την εντολή Unfix Αll μπορείτε να περιστρέφεται το
σύμπλοκο των δύο μορίων για να πετύχετε καλλίτερη γωνία παρατήρησης και
ευκολότερη προσέγγιση του ενός μορίου στο άλλο.
3. Διαβάστε το αρχείο DDT TMXF που περιέχει τα μόρια του DDT και
του tamoxifen .Αυτό γίνεται επιλέγοντας από το μενού File, Load Molecule, DDT
TMXF.
4. Αναγνωρίστε τα άτομα των μορίων, σχεδιάστε τα στο χαρτί και
εντοπίστε την ομάδα των δύο φαινυλίων και στα δυο μόρια. Ακινητοποιήστε το ένα
μόριο με την εντολή Fix Fragment και εφαρμόστε τις μετακινήσεις και περιστροφές
γύρω από τους τρείς άξονες χρησιμοποιώντας τις εντολές του παραπάνω πίνακα για
να μεταφέρετε τις ενεργές ομάδες του ενός μορίου επάνω στις ενεργές ομάδες του
άλλου μορίου. Με την εντολή Unfix Αll μπορείτε να περιστρέφεται το σύμπλοκο των
δύο μορίων για να πετύχετε καλλίτερη γωνία παρατήρησης και ευκολότερη
προσέγγιση του ενός μορίου στο άλλο.
Γράψτε το πείραμα και τις παρατηρήσεις σας για την επόμενη φορά.