β-內(nèi)酰胺酶抑制劑抑酶機(jī)理的理論研究.pdf

1、β-內(nèi)酰胺類抗生素在對(duì)抗細(xì)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(xì)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(duì)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(dá)靶點(diǎn)之前就被開環(huán)失活。β-內(nèi)酰胺酶可根據(jù)其活性點(diǎn)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(diǎn)上都有絲氨酸，故又稱活性位點(diǎn)絲氨酸酶。臨床上最常見的是A和C類酶。為了對(duì)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(fù)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(hù)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(yīng)的能力，這是一種最有效的對(duì)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(jī)理非常重要，它對(duì)于將來開發(fā)新的抑制劑或者新的對(duì)抗β-內(nèi)酰胺酶的方法具有指導(dǎo)意義。 目前，實(shí)驗(yàn)工作者已經(jīng)針

3、對(duì)β-內(nèi)酰胺酶抑制劑的抑酶機(jī)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(shí)驗(yàn)相比，理論工作顯得有點(diǎn)落后。它們大多只是集中在抑制劑的?；磻?yīng)上，而β-內(nèi)酰胺開環(huán)以后的反應(yīng)，理論研究少之又少?；谶@種研究現(xiàn)狀，本論文把研究重點(diǎn)放在了抑制劑β-內(nèi)酰胺環(huán)開環(huán)后的后續(xù)反應(yīng)上。本論文取得的創(chuàng)新性成果主要包括以下幾個(gè)方面： 1．用量子化學(xué)密度泛函方法利用模型化合物詳細(xì)研究了盤尼西林（penicillin）與酶作用的機(jī)理，并與抑制劑舒

4、巴坦（sulbactam）中間體的反應(yīng)進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，與先前研究的舒巴坦相比，進(jìn)行的反應(yīng)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(yīng)，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(duì)反應(yīng)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(yīng)的勢壘都有不同程度的提高，這使得反應(yīng)進(jìn)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(xué)結(jié)合分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(yīng)的機(jī)理，結(jié)果顯示由于N4或C6上的氫遷移到01上而導(dǎo)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(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)了水分子可能參與這些反應(yīng)，水催化大大降低了反應(yīng)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?；钢虚g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(yīng)。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，克拉維酸和舒巴坦酰化酶中間體脫羧反應(yīng)的機(jī)理。結(jié)果顯示，克拉維酸和舒巴坦?；钢虚g體均可發(fā)生直接的09-C3氫遷移而脫羧，但是這種反應(yīng)的勢壘非常高，以致其很難自發(fā)進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(duì)抗C類β-內(nèi)酰胺酶，如6-methylidene penem和，但是它們的抑制機(jī)理還不是很明確。（a）我們用量子化學(xué)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(yīng)機(jī)理，以及各中間體間相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)。結(jié)果顯示，七元環(huán)中間體能通過兩種不同的機(jī)理，即分步機(jī)理和協(xié)同機(jī)理而形成。這兩種機(jī)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(yīng)機(jī)理更容易發(fā)