1 [1] Εύρεση διαμορφωμερών ελάχιστης ενέργειας με χρήση του προγράμματος Spartan 08 v. 1.2.0 (Wavefunction, Inc., http://www.wavefun.com) (Ι) Κτίσατε (built 3D) την απομορφίνη (apo) και τα παράγωγά της (der1, der2 & der3) με την πρωτονιωμένη τους μορφή και με στερεοδιάταξη του δεσμού C-Ν (δηλαδή, μεθινίου-αζώτου) α] αξονική στο χώρο (axial, συντομογραφία a) & β] ισημερινή στο χώρο (equatorial, συντομογραφία e) και αποθηκεύσατε (save=>ogdoo2019) τα μόρια ως αρχείο apo-a, der1-a, der2-a & der3-a (για την περίπτωση της αξονικής στερεοδιάταξης) και ως αρχείο apo-e, der1-e, der2-e & der3-e (για την περίπτωση της ισημερινής στερεοδιάταξης). ενώσεων: (ΙΙ) Ελαχιστοποιήστε ενεργειακά τη δομή των δύο μορφών (αξονικής και ισημερινής) των α) με χρήση μοριακής μηχανικής (molecular mechanic s MMFF, first Equilibrium Geometry and then Equilibrium Conformer) {ελαχιστοποιεί τη συνολική τάση του μορίου, δηλαδή βελτιστοποιεί τη διάταξη των ατόμων του μορίου στο χώρο προς διαμόρφωση με χαμηλή/ελάχιστη ενέργεια}, και β) με χρήση της ημιεμπειρικής κβαντομηχανικής μεθόδου ΑΜ1 (semiempirical quantum mechanic s Austin Model 1, Equilibrium Geometry) {ελαχιστοποιεί τη συνολική ενέργεια του μορίου με βελτιστοποίηση των μηκών των δεσμών καθώς και των τιμών των γωνιών και των δίεδρων γωνιών}. Σημειώσεις: Ι) Μετά την ολοκλήρωση κάθε υπολογισμού αποθηκεύετε (save) τα αρχεία σας. ΙΙ) Η εύρεση διαμορφωμερών ελάχιστης ενέργειας (Equilibrium Conformer) με συστηματική ανάλυση του διαμορφωσιακού χώρου είναι, πολλές φορές, χρονοβόρος αφού απαιτείτε ελαχιστοποίηση ενέργειας για κάθε ένα από τα πιθανά διαμορφωμερή της υπό μελέτη ένωσης. Ο αριθμός των πιθανών διαμορφωμερών, στα οποία γίνεται ελαχιστοποίηση ενέργειας, αυξάνει εκθετικά με τον αριθμό των περιστρεφόμενων (όχι τελικών) δεσμών του μορίου και με τα βήματα στρέψης των οριζόμενων από αυτούς δίεδρων γωνιών. Για παράδειγμα, στο μόριο της ένωσης der3 με 7 περιστρεφόμενους δεσμούς, αν ακολουθηθεί βήμα στρέψης 120 ο (δηλαδή, 360/120=3 βήματα συνολικά) προκύπτουν 3 7 (=2187) διαμορφωμερή προς ενεργειακή ελαχιστοποίηση. Για την ένωση der3 o υπολογιστικός χρόνος του προγράμματος Spartan για την εύρεση Equilibrium Conformer με χρήση μοριακής μηχανικής θα είναι ~4 min. Για τις υπόλοιπες ενώσεις, που έχουν λιγότερους περιστρεφόμενους δεσμούς, θα είναι σημαντικά μικρότερος.
2 [2] Υπολογισμός λιποφιλίας με χρήση του προγράμματος MedChem Designer v. 3.1.0.30 (Simulations Plus, Inc., http://www.simulations-plus.com) Σχεδιάσατε (draw 2D) τις ενώσεις apo, der1, der2 και der3 στη μη πρωτονιωμένη μορφή τους (η πρωτονίωση καθώς και η διαμόρφωση δεν επηρεάζουν τους υπολογισμoύς λιποφιλίας) και καταγράψατε (στον πίνακα της σελ. 6) τις τιμές του λογαρίθμου του συντελεστή μερισμού [SlogP] καθώς και τις τιμές του λογαρίθμου του συντελεστή κατανομής [SlogD 7.4 (default p=7.4)]. Σημείωση: ο συντελεστής μερισμού (logp) σχετίζεται με τις φαρμακοδυναμικές ιδιότητες των ενώσεων (υδρόφοβος δεσμός υποστρώματος-υποδοχέα) ενώ ο συντελεστής κατανομής (logd) με τη φαρμακοκινητική των μορίων (π.χ. διέλευση του αιματοεγκεφαλικού φραγμού).
3 ΔΟΜΕΣ ΕΝΩΣΕΩΝ apomorphine (apo) apomorphine in its protonated form [strong and eficacious DA receptor agonist (both in-vitro and in-vivo)] der1 der1 in its protonated form [inactive in-vivo DA receptor agonist] der2 der2 in its protonated form [active in-vivo DA receptor agonist] der3 der3 in its protonated form [most active in-vivo DA receptor agonist]
4 [3] Συλλογή δεδομένων Καταγράψατε (στον πίνακα της σελ. 6) τα αποτελέσματα (output) των ενεργειών των αξονικών και των ισημερινών στερεοδομών των ενώσεων από τους υπολογισμούς AM1. Καταγράψατε, επίσης, τις αποστάσεις των ατόμων σε αυτά τα διαμορφωμερή σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα: m- Apo m- m- Der1 Der2 m- Der3
5 Εργαστηριακή Εργασία Βασιζόμενοι σε όλα τα στοιχεία που συλλέξατε (διαμορφώσεις και λιποφιλία) για τις ενώσεις apo, der1, der2 & der3 αναλύσατε/εξηγήσατε πιθανούς λόγους της παρατηρούμενης διαφοράς στην in-vivo εκδήλωση της ντοπαμινεργικής αγωνιστικής δράσης. Χρησιμοποιήσατε και το παρακάτω διάγραμμα κατανομής κατά Boltzmann που είναι σε συνάρτηση με τη διαφορά ενέργειας δυο διαμορφωμερών μιας ένωσης. F2/F1 = e (E1-E2)/RT (E1>E2) Σημείωση: 1 kcal/mol = 4,184 kj/mol
6 Συνολική Καταγραφή Αποτελεσμάτων Apo SlogP= SlogD 7,4 = Conformer Conformation s Energy Distances (-m & -Center) Der1 SlogP= SlogD 7,4 = Conformer Conformation s Energy Distances (-m & -Center) Der2 SlogP= SlogD 7,4 = Conformer Conformation s Energy Distances (-m & -Center) Der3 SlogP= SlogD 7,4 = Conformer Conformation s Energy Distances (-m & -Center)
7