Luận án Tiến sĩ Hóa Học: Góp phần nghiên cứu phản ứng thủy phân acetylcholine với xúc tác enzym acetylcholinesterase bằng phương pháp hóa tin

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:142

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án là tập trung làm sáng tỏ cơ chế xúc tác của một nhóm enzym xúc tác cho phản ứng thủy phân - enzym esterase, cụ thể là enzym acetylcholinesterase bằng các phương pháp hóa tin. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Hóa Học: Góp phần nghiên cứu phản ứng thủy phân acetylcholine với xúc tác enzym acetylcholinesterase bằng phương pháp hóa tin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỐNG THỊ THU CÚC GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ACETYLCHOLINE VỚI XÚC TÁC ENZYM ACETYLCHOLINESTERASE BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA TIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỐNG THỊ THU CÚC GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ACETYLCHOLINE VỚI XÚC TÁC ENZYM ACETYLCHOLINESTERASE BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA TIN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA 1. TS. Nguyễn Hữu Thọ GS. TSKH. ĐẶNG ỨNG VẬN 2. GS. TS. Lâm Ngọc Thiềm Hà Nội - 2015
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ các công trình nào khác. Tác giả Tống Thị Thu Cúc
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................0 MỤC LỤC ..................................................................................................................1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................3 DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................6 MỞ ĐẦU ...................................................................................................................10 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................13 1.1. Tổng quan đối tƣợng nghiên cứu ................................................................13 1.1.1. Cấu trúc ..................................................................................................13 1.1.2. Cơ chế phản ứng xúc tác enzym ...........................................................21 1.1.3. Một số chất ức chế đối với acetylcholinesterase..................................24 1.2. Tình hình nghiên cứu ...................................................................................26 1.3. Tổng quan phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................27 1.3.1. Phƣơng pháp cơ học phân tử ................................................................27 1.3.2. Phƣơng pháp phiếm hàm mật độ .........................................................31 1.3.3. Phƣơng pháp kết hợp cơ học lƣợng tử - cơ học phân tử (QM/MM) 37 1.3.4. Kĩ thuật protein docking .......................................................................39 CHƢƠNG 2. NGUỒN DỮ LIỆU VÀ CÔNG CỤ NGHIÊN CỨU .........................41 2.1. Nguồn dữ liệu ................................................................................................41 2.2. AutoDock Vina 1.1.1 ....................................................................................45 2.3. Gaussian 09W và GaussView 5.0.8 .............................................................45 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...............................................................49 3.1. Kết quả khảo sát docking cho cơ chất acetylcholine .................................49 3.1.1. Kết quả docking đối với acetylcholinesterase ở cá đuối điện ............49 3.1.2. Kết quả docking đối với acetylcholinesterase ở ngƣời .......................54 3.2. Kết quả tính QM/MM cho phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ xúc tác enzym ở cá đuối điện và ở ngƣời ..................................................................57 3.2.1. Kết quả tính QM/MM cho phản ứng ở cá đuối điện ..........................57 1
3.2.2. Kết quả tính QM/MM cho phản ứng ở ngƣời .....................................76 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của một số chất đến acetylcholinesterase .96 3.3.1. Kết quả docking của donepezil .............................................................98 3.3.2. Kết quả docking của galantamin ........................................................101 3.3.3. Kết quả docking của tacrin .................................................................105 3.3.4. Kết quả docking của neostigmin ........................................................109 3.3.5. Kết quả docking của physostigmin ....................................................112 3.3.6. Kết quả docking của rivastigmin .......................................................116 3.3.7. Ảnh hƣởng của các chất ức chế khi gắn kết ngoài hốc phản ứng ...119 KẾT LUẬN .............................................................................................................122 KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .......................................123 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .................................................................................................................................124 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................125 PHỤ LỤC 1 .............................................................................................................138 PHỤ LỤC 2 .............................................................................................................139 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AMBER Assisted Model Building AMBER with Energy Refinement (Tên trƣờng lực) B3LYP Becke 3 Lee-Yang-Parr Becke 3 Lee-Yang-Parr (Tên phiếm hàm) DFT Density Functional Theory Lý thuyết phiếm hàm mật độ EE Electronic Embedding Nhúng điện tử GAFF General Amber Force Field Trƣờng lực AMBER khái quát GGA Generalized Gradient Sự gần đúng gradient suy rộng Approximation HF Hartree – Fock Hartree – Fock LDA Local Density Sự gần đúng mật độ địa phƣơng Approxiamtion MM Molecular Mechanics Cơ học phân tử ONIOM Our own N-layered Obitan phân tử và Cơ học phân tử tích Integrated molecular Orbital hợp N lớp and molecular Mechanics PDB Protein Data Bank Ngân hàng dữ liệu protein QM Quantum Mechanics Cơ học lƣợng tử RMSD Root Mean Square Độ lệch (căn) bình phƣơng trung bình Deviation (Độ lệch chuẩn) * Trên các hình vẽ trong luận án, dấu "." đƣợc dùng để ngăn cách phần thập phân. * trong đó dii là khoảng cách giữa nguyên tử thứ i trong cấu trúc thứ nhất và nguyên tử thứ i trong cấu trúc thứ hai. 3
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Kết quả docking của acetylcholine lên acetylcholinesterase 48 ở cá đuối điện Bảng 3.2. Kết quả docking của acetylcholine lên acetylcholinesterase 49 ở cá đuối điện khi nhánh Ser200 và His 440 quay tự do Bảng 3.3. Kết quả docking của acetylcholine lên acetylcholinesterase 52 ở ngƣời Bảng 3.4. Năng lƣợng và momen lƣỡng cực Model của phản ứng ở cá 67 đuối điện Bảng 3.5. Khoảng cách (Å) giữa một số nguyên tử trong trạng thái 74 Tp_INT1 và Ho_INT1 Bảng 3.6. Năng lƣợng và momen lƣỡng cực Model của phản ứng ở 84 ngƣời Bảng 3.7. Kết quả docking của donepezil lên acetylcholinesterase ở cá 93 đuối điện Bảng 3.8. Kết quả docking của donepezil lên acetylcholinesterase ở 94 ngƣời Bảng 3.9. Kết quả docking của galantamin lên acetylcholinesterase ở 96 cá đuối điện Bảng 3.10. Kết quả docking của galantamin lên acetylcholinesterase ở 98 ngƣời Bảng 3.11. Kết quả docking của tacrin lên acetylcholinesterase ở cá 100 đuối điện Bảng 3.12. Kết quả docking của tacrin lên acetylcholinesterase ở 102 ngƣời Bảng 3.13. Kết quả docking của neostigmin lên acetylcholinesterase ở 104 cá đuối điện 4
Bảng 3.14. Kết quả docking của neostigmin lên acetylcholinesterase ở 106 ngƣời Bảng 3.15. Kết quả docking của physostigmin lên 108 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Bảng 3.16. Kết quả docking của physostigmin lên 109 acetylcholinesterase ở ngƣời Bảng 3.17. Kết quả docking của rivastigmin lên acetylcholinesterase ở 111 cá đuối điện Bảng 3.18. Kết quả docking của rivastigmin lên acetylcholinesterase ở 113 ngƣời Bảng 3.19. Độ lệch tiêu chuẩn của cấu trúc phức khi có chất ức chế 115 gắn kết bên ngoài hốc phản ứng 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1. Cấu trúc bậc 2 của acetylcholinesterase ở cá đuối điện 16 Hình 1.2. Cấu trúc bậc 2 của acetylcholinesterase ở ngƣời 17 Hình 1.3. Vị trí tâm xúc tác trên phân tử acetylcholinesterase 18 Hình 1.4. Cấu trúc bậc 3 của acetylcholinesterase ở cá đuối điện 19 Hình 1.5. Cấu trúc bậc 3 của acetylcholinesterase ở ngƣời 19 Hình 1.6. Ánh xạ từ không gian cấu hình lên tập số thực 38 Hình 2.1. Ảnh hƣởng của độ phân giải đến khả năng xác định chính 40 xác cấu trúc từ nhiễu xạ đồ Hình 2.2. Cấu trúc acetylcholinesterase ở cá đuối điện (1EVE) 41 Hình 2.3. Cấu trúc acetylcholinesterase ở ngƣời (4EY4) 42 Hình 2.4. Phân vùng QM, MM cho hệ phản ứng thủy phân 45 acetylcholine nhờ xúc tác acetylcholinesterase Hình 3.1. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của acetylcholine 46 Hình 3.2. Cấu trúc acetylcholine đƣợc đƣa vào khảo sát docking 46 Hình 3.3. Không gian khảo sát docking đối với enzym của cá đuối 47 điện Hình 3.4. Các vị trí gắn kết thuận lợi của acetylcholine lên 49 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.5. Trạng thái gắn kết có mức năng lƣợng thấp nhất của 51 acetylcholine lên enzym ở cá đuối điện Hình 3.6. Không gian khảo sát docking đối với acetylcholinesterase ở 51 ngƣời Hình 3.7. Các vị trí gắn kết thuận lợi của acetylcholine lên enzym ở 53 ngƣời Hình 3.8. Trạng thái gắn kết có mức năng lƣợng âm nhất của 54 acetylcholine lên enzym ở ngƣời Hình 3.9. Cấu trúc tối ƣu Tp_INT1 55 Hình 3.10. Sự biến đổi cấu trúc của acetylcholine khi nằm trong hốc 56 6
phản ứng của enzym ở cá đuối điện so với acetylcholine tự do Hình 3.11. Sự biến đổi cấu trúc tâm xúc tác của enzym ở cá đuối điện 57 ở trạng thái Tp_INT1 so với khi chƣa có cơ chất Hình 3.12. Cấu trúc tối ƣu Tp_INT2 58 Hình 3.13. Cấu trúc tối ƣu Tp_INT3 59 Hình 3.14. Đƣờng quét thế năng giai đoạn tạo phức ở cá đuối điện 60 theo khoảng cách C(24) – O(6) Hình 3.15. Cấu trúc trạng thái chuyển tiếp giai đoạn tạo phức Tp_TS1 61 Hình 3.16. Cấu trúc tối ƣu điểm ảnh số 6 trên đƣờng quét thế năng 62 giai đoạn tạo phức Hình 3.17. Đƣờng quét thế năng giai đoạn tách choline ở cá đuối điện 63 theo khoảng cách N(11) – H(14) Hình 3.18. Cấu trúc trạng thái chuyển tiếp giai đoạn tách choline 64 Tp_TS2 Hình 3.19. Sơ đồ biến đổi năng lƣợng của quá trình tạo phức và tách 65 choline ở cá đuối điện Hình 3.20. Tiến trình phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ enzym ở 66 cá đuối điện Hình 3.21. Cấu trúc Tp_Vir1 68 Hình 3.22. Cấu trúc Tp_Vir2 68 Hình 3.23. Cấu trúc Tp_Vir3 69 Hình 3.24. Sự biến đổi cấu trúc trong phản ứng thủy phân 70 acetylcholine ở cá đuối điện Hình 3.25. Cấu trúc Tp_Vir1Trp 71 Hình 3.26. Cấu trúc Tp_Vir2Trp 72 Hình 3.27. Cấu trúc tối ƣu Ho_INT1 73 Hình 3.28. Phần QM trong trạng thái Tp_INT1 và Ho_INT1 74 Hình 3.29. Sự biến đổi cấu trúc tâm xúc tác của enzym ở ngƣời trong 75 trạng thái Ho_INT1 so với khi chƣa có cơ chất Hình 3.30. Cấu trúc tối ƣu Ho_INT2 76 7
Hình 3.31. Cấu trúc tối ƣu Ho_INT3 77 Hình 3.32. Đƣờng quét thế năng giai đoạn tạo phức ở ngƣời theo 78 khoảng cách C(24) – O(8) Hình 3.33. Cấu trúc trạng thái chuyển tiếp giai đoạn tạo phức ở ngƣời 79 Ho_TS1 Hình 3.34. Đƣờng quét thế năng giai đoạn tách choline ở ngƣời theo 80 khoảng cách N(17) – H(9) Hình 3.35. Cấu trúc trạng thái chuyển tiếp giai đoạn tách choline ở 81 ngƣời Ho_TS2 Hình 3.36. Sơ đồ biến đổi năng lƣợng của quá trình tạo phức và tách 82 choline ở ngƣời Hình 3.37. Tiến trình phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ enzym ở 83 ngƣời Hình 3.38. Cấu trúc Ho_Vir1 85 Hình 3.39. Cấu trúc Ho_Vir2 86 Hình 3.40. Cấu trúc Ho_Vir3 86 Hình 3.41. Sự biến đổi cấu trúc trong phản ứng thủy phân 87 acetylcholine ở ngƣời Hình 3.42. Cấu trúc Ho_Vir1Trp 88 Hình 3.43. Cấu trúc Ho_Vir2Trp 89 Hình 3.44. Khoảng cách từ nguyên tử N trong acetylcholine đến vòng 89 Trp trong trƣờng hợp ở ngƣời và ở cá đuối điện Hình 3.45. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của donepezil 91 Hình 3.46. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của galantamin 91 Hình 3.47. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của tacrin 91 Hình 3.48. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của neostigmin 92 Hình 3.49. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của physostigmin 92 Hình 3.50. Cấu trúc tối ƣu và momen lƣỡng cực của rivastigmin 92 Hình 3.51. Các vị trí gắn kết thuận lợi của donepezil lên 94 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.52. Các vị trí gắn kết thuận lợi của donepezil lên 96 8
acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3.53. Các vị trí gắn kết thuận lợi của galantamin lên 98 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.54. Các vị trí gắn kết thuận lợi của galantamin lên 100 acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3.55. Các vị trí gắn kết thuận lợi của tacrin lên 102 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.56. Các vị trí gắn kết thuận lợi của tacrin lên 104 acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3.57. Các vị trí gắn kết thuận lợi của neostigmin lên 105 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.58. Các vị trí gắn kết thuận lợi của neostigmin lên 107 acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3.59. Các vị trí gắn kết thuận lợi của physostigmin lên 109 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.60. Các vị trí gắn kết thuận lợi của physostigmin lên 111 acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3.61. Các vị trí gắn kết thuận lợi của rivastigmin lên 112 acetylcholinesterase ở cá đuối điện Hình 3.62. Các vị trí gắn kết thuận lợi của rivastigmin lên 114 acetylcholinesterase ở ngƣời Hình 3.63. Sự biến đổi cấu trúc phức Ho_INT2 khi có donepezil gắn kết bên ngoài hốc phản ứng so với cấu trúc Ho_INT2 ban 115 đầu 9
MỞ ĐẦU Luận án nghiên cứu một trong những phản ứng quan trọng trong cơ thể sống: phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ enzym acetylcholinesterase. Phản ứng đƣợc mô phỏng bằng các phƣơng pháp hóa tin để làm rõ những yếu tố xác định hoạt tính của enzym. Lý do lựa chọn đề tài Ngày nay, cùng với sự hoàn thiện của các phƣơng pháp tính hóa lƣợng tử, sự xâm nhập của hóa học lý thuyết vào lĩnh vực xúc tác enzym cũng ngày càng phát triển. Nghiên cứu hệ xúc tác enzym để làm sáng tỏ bản chất hóa học của các phản ứng trong cơ thể sống đang đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm. Một khi các phƣơng pháp lý thuyết thành công trong lĩnh vực này sẽ định hƣớng cho việc điều chỉnh, can thiệp vào các quá trình diễn ra trong cơ thể sống trƣớc khi thử nghiệm trực tiếp trên cơ thể, hạn chế đƣợc rủi ro, nguy hiểm. Đến nay, các phƣơng pháp lý thuyết nghiên cứu hệ xúc tác enzym đang trong quá trình hoàn thiện, vì vậy việc tiếp cận để cải tiến các phƣơng pháp này là một hƣớng phát triển đƣợc ƣu tiên vì nó sẽ tạo ra một bƣớc nhảy vọt trong hóa lý thuyết, đƣa lý thuyết tiến gần hơn đến thực nghiệm. Phản ứng hóa sinh giữ một vị trí rất quan trọng trong nghiên cứu khoa học cũng nhƣ trong ứng dụng thực tiễn, đặc biệt dạng phản ứng này xảy ra trong cơ thể sống. Khi hiểu đƣợc cơ chế của nó sẽ giúp con ngƣời biết cách điều chỉnh đƣợc hƣớng đi và diễn biến của quá trình phản ứng sao cho có lợi nhất. Trong nhóm esterase, acetylcholinesterase là enzym có hoạt tính cao và tham gia trực tiếp vào quá trình truyền dẫn xung thần kinh với chức năng thủy phân chất dẫn truyền xung thần kinh acetylcholine [66, 69, 70]. Bằng thực nghiệm, tác giả Harry C. Froede và Irwin B. Wilson [27] đã sử dụng phƣơng pháp nguyên tử đánh dấu 3H để khảo sát cơ chế của phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ xúc tác acetylcholinesterase và đề xuất cơ chế acetylenzym (xem chi tiết mục 1.1.2 trang 20). Với mong muốn góp phần làm sáng tỏ cơ chế đã đƣợc đề xuất từ thực nghiệm, tác giả sử dụng phƣơng 10
pháp hóa tin trong đề tài "Góp phần nghiên cứu phản ứng thủy phân acetylcholine với xúc tác enzym acetylcholinesterase bằng phương pháp hóa tin". Mục đích của luận án Mục đích của luận án là tập trung làm sáng tỏ cơ chế xúc tác của một nhóm enzym xúc tác cho phản ứng thủy phân - enzym esterase, cụ thể là enzym acetylcholinesterase bằng các phƣơng pháp hóa tin. - Nghiên cứu cơ chế giai đoạn acetyl hóa của phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ xúc tác enzym ở cá đuối điện (Torpedo californica) và ở ngƣời (theo cơ chế acetylenzym) nhằm làm rõ các yếu tố quyết định hoạt tính xúc tác của enzym. - Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số chất ức chế acetylcholinesterase. Đối tƣợng Đối tƣợng nghiên cứu của luận án là phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ xúc tác là enzym acetylcholinesterase (thuộc nhóm esterase) ở hai loài là cá đuối điện và ngƣời. Tác giả lựa chọn acetylcholinesterase ở cá đuối điện là enzym có hoạt tính đặc biệt cao [66, 70] và acetylcholinesterase ở ngƣời để định hƣớng cho những nghiên cứu tiếp theo liên quan đến lĩnh vực hóa dƣợc. Phạm vi nghiên cứu Luận án sử dụng các phƣơng pháp hóa tin để làm rõ cơ chế phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ xúc tác enzym, đồng thời nghiên cứu ảnh hƣởng của một số chất đến hoạt tính của enzym. Những chất này đã từng đƣợc sử dụng làm thuốc điều trị các chứng bệnh liên quan đến rối loạn truyền dẫn xung thần kinh. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Về mặt khoa học: Những kết quả thu đƣợc từ các số liệu tính toán sẽ góp phần làm tăng thêm vốn hiểu biết về cơ chế của các phản ứng sinh học. - Về mặt thực tiễn: Những đặc điểm biến đổi về mặt cấu trúc và năng lƣợng phản ứng có thể gợi mở cho những ứng dụng mô phỏng sinh học và điều chỉnh, can thiệp vào các quá trình xảy ra trong cơ thể sinh vật. Những điểm mới của luận án 11
- Trong luận án, tác giả đã sử dụng các phƣơng pháp hóa tin (DFT, QM/MM (DFT/AMBER), protein docking) để khảo sát chi tiết phản ứng thủy phân acetylcholine nhờ enzym ở cá đuối điện và ở ngƣời, phân tích, so sánh phản ứng ở hai trƣờng hợp kể trên để phân định vai trò của các yếu tố cấu trúc đối với hoạt tính của enzym và chỉ rõ quá trình tạo phức với enzym đã hình thành. Trong hai trƣờng hợp có sự khác nhau về năng lƣợng và sự biến đổi cấu trúc chi tiết trong quá trình phản ứng, tuy nhiên, vai trò tƣơng đồng của một số amino axit nhƣ Ser, His, Trp cũng đƣợc thể hiện rõ ràng. - Đánh giá sơ bộ ảnh hƣởng của một số chất ức chế đến phản ứng bằng kĩ thuật protein docking và phƣơng pháp QM/MM. Kết quả cho thấy rằng 6 chất đƣợc khảo sát đều có khả năng neo đậu tại hốc phản ứng để thực hiện chức năng ức chế của mình. - Từ các số liệu thu đƣợc bằng các phƣơng pháp hóa tin đã làm rõ hơn cơ chế đề xuất từ thực nghiệm. 12
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan đối tƣợng nghiên cứu Esterase là nhóm enzym xúc tác cho quá trình thủy phân nhóm chức este. Acetylcholinesterase là enzym thuộc nhóm esterase, xúc tác cho quá trình thủy phân acetylcholine. Công thức cấu tạo vắn tắt của acetylcholine: Acetylcholine là một trong số các chất dẫn truyền xung thần kinh trong hệ thần kinh tự chủ. Nó hoạt động trong cả hệ thần kinh ngoại biên và hệ thần kinh trung ƣơng. Sau khi tác động vào các thụ thể để truyền tín hiệu, acetylcholine bị thủy phân dƣới tác dụng xúc tác của acetylcholinesterase thành axit acetic và choline để tín hiệu không bị chồng lấn. Sau đó choline sẽ đƣợc quay vòng để chuyển lại thành acetylcholine [96]. Acetylcholine Choline 1.1.1. Cấu trúc Acetylcholinesterase ở các loài khác nhau có cấu trúc khác nhau. Luận án nghiên cứu enzym ở cá đuối điện (Torpedo californica) và ở ngƣời. a) Cấu trúc bậc 1: (Xem kí hiệu các amino axit trong Phụ lục 1. Kí hiệu các amino axit). Cá đuối điện [81, 109]: MNLLVTSSLG VLLHLVVLCQ ADDHSELLVN TKSGKVMGTR VPVLSSHISA FLGIPFAEPP 70 80 90 100 110 120 VGNMRFRRPE PKKPWSGVWN ASTYPNNCQQ YVDEQFPGFS GSEMWNPNRE MSEDCLYLNI 130 140 150 160 170 180 13
WVPSPRPKST TVMVWIYGGG FYSGSSTLDV YNGKYLAYTE EVVLVSLSYR VGAFGFLALH 190 200 210 220 230 240 GSQEAPGNVG LLDQRMALQW VHDNIQFFGG DPKTVTIFGE SAGGASVGMH ILSPGSRDLF 250 260 270 280 290 300 RRAILQSGSP NCPWASVSVA EGRRRAVELG RNLNCNLNSD EELIHCLREK KPQELIDVEW 310 320 330 340 350 360 NVLPFDSIFR FSFVPVIDGE FFPTSLESML NSGNFKKTQI LLGVNKDEGS FFLLYGAPGF 370 380 390 400 410 420 SKDSESKISR EDFMSGVKLS VPHANDLGLD AVTLQYTDWM DDNNGIKNRD GLDDIVGDHN 430 440 450 460 470 480 VICPLMHFVN KYTKFGNGTY LYFFNHRASN LVWPEWMGVI HGYEIEFVFG LPLVKELNYT 490 500 510 520 530 540 AEEEALSRRI MHYWATFAKT GNPNEPHSQE SKWPLFTTKE QKFIDLNTEP MKVHQRLRVQ 550 560 570 580 MCVFWNQFLP KLLNATACDG ELSSSGTSSS KGIIFYVLFS ILYLIF Trong chuỗi các amino axit trên, 21 amino axit đầu tiên là đoạn peptit tín hiệu, mang thông tin điều khiển việc chuyển vận của phân tử protein đến vị trí thực hiện chức năng. Sau khi protein tới vị trí đích, các amino axit này sẽ bị tách ra. 22 amino axit cuối cùng là đoạn peptit tiền hoạt hóa. Protein chỉ thực hiện chức năng khi phần này đƣợc tách bỏ. Nhƣ vậy, ở trạng thái hoạt hóa, phân tử enzym acetylcholinesterase ở cá đuối điện gồm 543 amino axit (phần in đậm). Ngƣời [111]: MRPPQCLLHT PSLASPLLLL LLWLLGGGVG AEGREDAELL VTVRGGRLRG IRLKTPGGPV 70 80 90 100 110 120 SAFLGIPFAE PPMGPRRFLP PEPKQPWSGV VDATTFQSVC YQYVDTLYPG FEGTEMWNPN 130 140 150 160 170 180 RELSEDCLYL NVWTPYPRPT SPTPVLVWIY GGGFYSGASS LDVYDGRFLV QAERTVLVSM 14
190 200 210 220 230 240 NYRVGAFGFL ALPGSREAPG NVGLLDQRLA LQWVQENVAA FGGDPTSVTL FGESAGAASV 250 260 270 280 290 300 GMHLLSPPSR GLFHRAVLQS GAPNGPWATV GMGEARRRAT QLAHLVGCPP GGTGGNDTEL 310 320 330 340 350 360 VACLRTRPAQ VLVNHEWHVL PQESVFRFSF VPVVDGDFLS DTPEALINAG DFHGLQVLVG 370 380 390 400 410 420 VVKDEGSYFL VYGAPGFSKD NESLISRAEF LAGVRVGVPQ VSDLAAEAVV LHYTDWLHPE 430 440 450 460 470 480 DPARLREALS DVVGDHNVVC PVAQLAGRLA AQGARVYAYV FEHRASTLSW PLWMGVPHGY 490 500 510 520 530 540 EIEFIFGIPL DPSRNYTAEE KIFAQRLMRY WANFARTGDP NEPRDPKAPQ WPPYTAGAQQ 550 560 570 580 590 600 YVSLDLRPLE VRRGLRAQAC AFWNRFLPKL LSATDTLDEA ERQWKAEFHR WSSYMVHWKN 610 QFDHYSKQDR CSDL Trừ đoạn peptit tín hiệu (31 amino axit đầu tiên) enzym acetylcholinesterase ở ngƣời gồm 583 amino axit (phần in đậm). So sánh cấu trúc bậc 1 của enzym acetylcholinesterase ở hai loài ta thấy không giống nhau cả về số lƣợng amino axit và trình tự sắp xếp. Tuy nhiên, enzym ở cả hai loài đều có tâm xúc tác là bộ ba amino axit (Ser, His, Glu). b) Cấu trúc bậc 2: Cá đuối điện [34]: Cấu trúc bậc hai của acetylcholinesterase ở cá đuối điện đƣợc thể hiện trên hình 1.1. 15
Hình 1. 1. Cấu trúc bậc 2 của acetylcholinesterase ở cá đuối điện [34] 16
Ngƣời [34]: Cấu trúc bậc hai của acetylcholinesterase ở ngƣời đƣợc thể hiện trên hình 1.2. 17