β-ラクタマーゼの作用機構-阻害薬開発のための基礎的研究-

β-内酰胺酶的作用机制 - 抑制剂开发的基础研究 -

• 批准号: 09772022
• 负责人: 畑 晶之
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09772022/
• 关键词: β-ラクタマーゼ; セリンプロテアーゼ; 基質加水分解機構; 量子化学計算; 抗生物質; アシル化; 脱アシル化; プロトンリレー; 密度汎関数法

当初計画に従い、(1)β-ラクタマーゼによる基質加水分解機構-量子化学計算による検討、(2)β-ラクタマーゼによる基質加水分解機構-分子動力学による検証を行った。 (1)についてはβ-ラクタマーゼによる抗生物質不活化機構が、以下のように起こることがわかった。アシル化反応は、まずSer70Oγ→Lys73Nζ→Glu166Oεのプロトンリレーが起き、活性化されたSer70Oγと基質4員環のカルボニル炭素とが結合する。次に、Glu166Oε→Lys73Nζ→Ser130Oγ→(基質5員環カルボキシル基)→基質4員環の窒素のプロトンリレーが起き、4員環が開環しアシル酵素中間体となる。脱アシル化反応は、まずLys73Nζ→Ser130Oγ→(基質5員環カルボキシル基)のプロトンリレーが起き、Lys73が中性となる。水分子がGlu166Oεにより活性化され、プロトンがGlu166Oεに、OH^-が基質4員環カルボニル炭素と結合し、四面中間体となる。次に、(基質5員環カルボキシル基)→Ser130Oγ→Lys73Nζ→Ser70Oγのプロトンリレーが起こり、基質がSer70Oγから脱離していく。最後にGlu166Oε→Lys73Nζのプロトンリレーが起き、resting状態に戻る。脱アシル化反応において、反応モデルを前年度のものにSer130と基質5員環カルボキシル基とを加えた結果、律速段階(四面中間体生成反応)における活性化エネルギーがHartree-Fockレベルで40.8kcal/molから33.3kcal/molに底下し、Ser130と基質5員環カルボキシル基の重要性が示された。(2)については脱アシル化反応の初期状態について分子力場計算を行った。その結果、Benzyl Penicillinの5員環カルボニル酸素とSer130Oγ、Ser130OγとLys73Nζ、Lys73NζとSer70Oγとがそれぞれ水素結合距離にあり、量子化学計算の結果が再現された。

Original plan に 従 い, (1) beta ラ ク タ マ ー ゼ に よ る hydrolytic decomposition matrix organization - quantum chemistry calculation に よ る beg, (2) beta 検 ラ ク タ マ ー ゼ に よ る hydrolytic decomposition matrix organization - molecular dynamics に よ る 検 line card を っ た. (1) に つ い て は beta ラ ク タ マ ー ゼ に よ る antibiotic substances not activate が, the following の よ う に up こ る こ と が わ か っ た. ア シ ル turn against 応 は, ま ず Ser70O gamma - Lys73N zeta - Glu166O epsilon の プ ロ ト ン リ レ ー が き, activeness さ れ た Ser70O gamma と matrix part 4 ring の カ ル ボ ニ ル carbon と が combining す る. に, Glu166O epsilon - Lys73N zeta - Ser130O gamma - 5 member (matrix ring カ ル ボ キ シ ル) - matrix part 4 ring の smothering element の プ ロ ト ン リ レ ー が き, part 4 ring が open-loop し ア シ ル enzyme intermediates と な る. Take off ア シ ル turn against 応 は, ま ず Lys73N zeta - Ser130O gamma - 5 member (matrix ring カ ル ボ キ シ ル) の プ ロ ト ン リ レ ー が き, Lys73 が neutral と な る. Water molecules が Glu166O epsilon に よ り activeness さ れ, プ ロ ト ン が Glu166O epsilon に, OH ^ - が matrix 4 member ring カ ル ボ ニ ル carbon と combining し, all intermediates と な る. に, part 5 (matrix ring カ ル ボ キ シ ル) - Ser130O gamma - Lys73N zeta - Ser70O gamma の プ ロ ト ン リ レ ー が up こ り, matrix が Ser70O gamma か ら from し て い く. Finally, にGlu166Oε→Lys73Nζ, プロト リレ リレ が が enter the に and resting states に戻る. Take off ア シ ル turn against 応 に お い て, anti 応 モ デ ル を before annual の も の に Ser130 と matrix 5 member ring カ ル ボ キ シ ル base と を plus え た results, law of velocity Duan Jie (all intermediates generated the 応) に お け る activeness エ ネ ル ギ ー が Hartree Fock - レ ベ ル で 40.8 kcal/mol か ら 33.3 kcal/m The importance of the 5-member ring of the Ser130と matrix at the bottom of olに is が and ボキシ, as indicated by された. (2) The molecular force field calculation of に, に, て, て, deア シ, アシ, anti-応, <s:1> initial state に,, て を rows った. そ の results, Benzyl Penicillin の 5 member ring カ ル ボ ニ ル acid element と Ser130O gamma, Ser130O gamma と Lys73N zeta, Lys73N zeta と Ser70O gamma と が そ れ ぞ れ water element combined with distance に あ り, quantum chemical calculation results の が reappearance さ れ た.

项目成果

石井 美保: "β-lactam抗生物質耐性の分子機構(3)" 生物物理(第35回日本生物物理学会講演予稿集). 37. S23 (1997)

Miho Ishii：“β-内酰胺抗生素耐药性的分子机制（3）”生物物理学（日本生物物理学会第35届年会论文集）37.S23（1997）。

石井 美保: "β-ラクタマーゼの基質加水分解機構の解明" 千葉大学大学院薬学研究科修士学位論文, 42 (1998)

石井美穗：《β-内酰胺酶的底物水解机制的阐明》硕士学位论文，千叶大学药学研究生院，42（1998）

畑 晶之: "β-lactam抗生物質耐性の機構-脱アシル化反応メカニズム(4面中間体の形成" 1997計算化学・理論化学討論会講演要旨集. 51 (1997)

Akiyuki Hata：“β-内酰胺抗生素耐药性的机制 - 脱酰反应的机制（四边中间体的形成”）1997 年计算和理论化学会议摘要 51 (1997)。

M.Hata: "Resistance Mechanism to β-lactam Antibiotics:Deacylation Mechanism of Class A β-lactamase" 38th INTERSCIENCE CONFERENCE ON ANTIMICRO-BIAL AGENTS AND CHEMOTHERAPY ABSTRACTS. 113 (1998)

M.Hata：“β-内酰胺抗生素的耐药机制：A 类 β-内酰胺酶的脱酰化机制”第 38 届抗菌药物和化疗摘要国际科学会议 113 (1998)。

畑 晶之: "β-lactamaseの作用機構-脱アシル化反応メカニズム-" 1998分子構造総合討論会講演要旨集. 517 (1998)

Akiyuki Hata：“β-内酰胺酶的作用机制-脱酰反应机制-”1998年分子结构综合会议讲座摘要517（1998）。