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乙酰羟酸合成酶(AHAS)是存在于细菌、真菌、海藻和植物体内的一种重要的生物合成酶,但是在动物体内并没有发现,它催化生物体内支链氨基酸的合成,促进生物的生长发育。AHAS是整个支链氨基酸合成过程中的第一个酶,催化两个平行的反应。因此,可以把AHAS作为除草剂的靶酶,通过抑制AHAS,阻碍了支链氨基酸的生物合成,进而达到除草目的。
在已报道的酵母AHAS和氯嘧磺隆的复合物2.8 A高分辨率晶体结构(PDB代码1NOH)以及拟南芥AHAS和氯嘧磺隆的复合物2.5 A高分辨率晶体结构(PDB代号1YBH)基础之上,用分子对接程序DOCK4.0进行了有机小分子三维结构数据库ACD-3D的虚拟搜寻和筛选。经过能量打分,得到了296个预期结合能较负的结构,这些结果为新颖AHAS抑制剂的设计和发现提供了有用的结构信息。
我们以这些命中结构的分子特征信息为基础,结合本课题组对AHAS抑制剂的研究,以全新的思想,脱开已有的AHAS抑制剂的结构模式,利用生物电子等排和活性片段拼接等方法设计合成了吲哚二酮、磺酰胺、酰胺、二硫醚等6类52个新型的具有潜在活性的AHAS抑制剂,它们的结构经过了核磁共振氢谱、质谱、红外光谱以及元素分析的确证,并且培养了化合物Ⅱ-c和Ⅴ-b的单晶,其结构也已经由X-射线所证实。
对所有合成的化合物进行了体内和体外的生物活性测定。初步的离体活性结果表明,在100μg/mL浓度下,化合物Ⅳ-c、Ⅳ-d、Ⅳ-g显示出较好的抑制活性,对拟南芥AHAS的抑制率分别为66%、75%和68%;在10μg/mL浓度下,抑制性分别为27%、35%和28%。化合物Ⅵ-a和Ⅵ-b在100μg/mL和10μg/mL浓度下都表现出一定的抑制性,分别为40%,53%(Ⅵ-a)和38%,54%(Ⅵ-b)。初步的活体活性结果表明,在100μg/mL浓度下,化合物Ⅰ-g对稗草地上部分的抑制率为65.9%,化合物Ⅴ-f对油菜胚根生长抑制率为66.1%。在100克/亩的剂量下,化合物Ⅰ-f对反枝苋茎叶的生长抑制率为84.0%