β-內(nèi)酰胺酶抑制劑抑酶機理的理論研究.pdf

1、β-內(nèi)酰胺類抗生素在對抗細菌感染方面發(fā)揮著重要作用。但是隨著它們的廣泛使用，細菌的抗藥性也大大增加了。而產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶是耐藥性菌株對β-內(nèi)酰胺類抗生素產(chǎn)生抗藥性的主要途徑，它們可以催化水解β-內(nèi)酰胺類抗生素中的酰胺鍵，使其在到達靶點之前就被開環(huán)失活。β-內(nèi)酰胺酶可根據(jù)其活性點的不同而分為A、B、C、D四類。其中除B類為金屬酶外，A、C、D類β-內(nèi)酰胺酶在活性位點上都有絲氨酸，故又稱活性位點絲氨酸酶。臨床上最常見的是A和C類酶。為了對抗

2、β-內(nèi)酰胺酶，人們將β-內(nèi)酰胺酶抑制劑與β-內(nèi)酰胺類抗生素組成聯(lián)合復方使用。β-內(nèi)酰胺酶抑制劑的作用是通過抑制β-內(nèi)酰胺酶以保護β-內(nèi)酰胺類抗生素。它們的抗菌活性較低，但可以與β-內(nèi)酰胺酶不可逆的結(jié)合，從而使其失去催化β-內(nèi)酰胺類抗生素水解反應的能力，這是一種最有效的對抗β-內(nèi)酰胺酶的方法。因此，了解β-內(nèi)酰胺酶抑制劑的抑酶機理非常重要，它對于將來開發(fā)新的抑制劑或者新的對抗β-內(nèi)酰胺酶的方法具有指導意義。 目前，實驗工作者已經(jīng)針

3、對β-內(nèi)酰胺酶抑制劑的抑酶機理做了很多有意義的研究。但是，其中還存在著不少爭議。與實驗相比，理論工作顯得有點落后。它們大多只是集中在抑制劑的酰化反應上，而β-內(nèi)酰胺開環(huán)以后的反應，理論研究少之又少。基于這種研究現(xiàn)狀，本論文把研究重點放在了抑制劑β-內(nèi)酰胺環(huán)開環(huán)后的后續(xù)反應上。本論文取得的創(chuàng)新性成果主要包括以下幾個方面： 1．用量子化學密度泛函方法利用模型化合物詳細研究了盤尼西林（penicillin）與酶作用的機理，并與抑制劑舒

4、巴坦（sulbactam）中間體的反應進行了比較。結(jié)果顯示，與先前研究的舒巴坦相比，進行的反應有很多相似之處，即可發(fā)生β-內(nèi)酰胺環(huán)開環(huán)和噻唑開環(huán)反應，從而得到烯胺和亞胺的產(chǎn)物，這兩種產(chǎn)物可發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。水催化對反應產(chǎn)生影響，水的參與使得能壘大大降低。但又不完全相同。其中，開環(huán)反應的勢壘都有不同程度的提高，這使得反應進行的很困難，這可能是盤尼西林不能抑制β-內(nèi)酰胺酶的主要原因。 2．用量子化學結(jié)合分子反應動力學的方法研究了抑制劑克

5、拉維酸（clavulanic acid）在抑制β-內(nèi)酰胺酶過程中開環(huán)反應的機理，結(jié)果顯示由于N4或C6上的氫遷移到01上而導致oxazolidine環(huán)的斷裂開環(huán)，這樣的開環(huán)有三種方式。這三種方式得到的產(chǎn)物不同，這些產(chǎn)物的形式分別是亞胺，順式烯胺和反式烯胺。我們的分子動力學模擬證實了水分子可能參與這些反應，水催化大大降低了反應的勢壘。 3．Blanchard等人發(fā)現(xiàn)在抑制A類β-內(nèi)酰胺酶過程中，克拉維酸酰化酶中間體能很快地脫去羧基

6、，而舒巴坦?；钢虚g體不能夠發(fā)生脫羧反應。為了解釋這一現(xiàn)象，我們分別研究了在抑制A類β-內(nèi)酰胺酶過程中，克拉維酸和舒巴坦?；钢虚g體脫羧反應的機理。結(jié)果顯示，克拉維酸和舒巴坦酰化酶中間體均可發(fā)生直接的09-C3氫遷移而脫羧，但是這種反應的勢壘非常高，以致其很難自發(fā)進行。除此之外，克拉維酸?；钢虚g體還可能采取分步氫遷移的反應路徑，即羰基氧可以作為氫遷移的中繼，它的存在使得克拉維酸中間體脫羧反應的勢壘被大大降低了。 4．一些新的抑

7、制劑已經(jīng)被開發(fā)出來用來對抗C類β-內(nèi)酰胺酶，如6-methylidene penem和，但是它們的抑制機理還不是很明確。（a）我們用量子化學的方法研究了一種新的methylidene penem抑制劑在抑制β-內(nèi)酰胺酶GC1過程中，七元環(huán)中間體形成的反應機理，以及各中間體間相互轉(zhuǎn)化的反應。結(jié)果顯示，七元環(huán)中間體能通過兩種不同的機理，即分步機理和協(xié)同機理而形成。這兩種機理分別產(chǎn)生了兩種不同的產(chǎn)物。通過比較勢壘，我們發(fā)現(xiàn)分步反應機理更容易發(fā)