Araştırma makalesi

Sentez, Biyolojik Değerlendirme ve Yeni Triazol ve Oksadiazol bazlı asetaamidlerin üraz ve α-glukozidaz inhibitörü olarak in silico çalışmaları

41 görüntüleme

DOI:

10.3791/71216

4 Ağustos 2026

Bu makalede

Özet

Triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevleri sentezlenip üraza ve α-glukozidaz inhibitörü olarak değerlendirildi. 8c bileşiği en güçlü ürease inhibitisiyasını gösterirken, 9e α-glukozaza karşı karbozu daha iyi gösterdi. BSA bağlanması ve in silico çalışmaları, ilaç benzeri özelliklerini destekledi ve her iki bileşiği de umut vadeden lider aday olarak belirledi.

Özet

Bu çalışma, sırasıyla gastrointestinal bozukluklar ve tip 2 diyabette rol oynayan iki enzim olan uraz ve α-glukozidaz çift hedef inhibitörleri olarak yeni 1,2,4-triazol ve 1,3,4-oksadiazol bazlı asetamid türevlerinin terapötik potansiyelini araştırmıştır. Çok adımlı organik sentez, in vitro biyolojik değerlendirme, moleküler kenetlenme, in silico ADME tahmini ve yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) analizini birleştiren entegre bir yaklaşım, avantajlı farmakokinetik özelliklere sahip güçlü kurşun bileşiklerini belirlemek için kullanıldı. Benzoik asidinden başlayarak, asetamid ikame edilmiş birimler içeren 1,2,4-triazol türevleri (8a–c) ve 1,3,4-oksadiazol türevleri (9d–f) serisi başarıyla sentezlenmiştir. Tüm bileşikler, her iki hedef enzime karşı inhibitör etkinlik sergilemiştir. 8c bileşiği en güçlü üraza inhibitörüydü (IC₅₀ = 6.14 ± 1.06 μM), bileşik 9e ise en güçlü α-glukozidaz inhibitörünü gösterdi (IC₅₀ = 27.29 ± 0.41 μM), referans inhibitör akarbozu (IC₅₀ = 38.25 ± 0.12 μM) geride bıraktı. Hesaplamalı analizler deneysel bulguları destekledi: ADME tahminleri ilaç benzeri olumlu özellikler gösterdi, moleküler ikişleme ise güçlü bağlanma etkileşimleri gösterdi; 8a bileşiği α-glukozidaza için en yüksek affiniteyi (−7,165 kcal/mol) gösterdi ve bileşik 9e üraza en güçlü bağlanmayı gösterdi (−7,30 kcal/mol). DFT hesaplamaları, biyolojik aktiviteyi elektronik özelliklerle daha da ilişkilendirerek, en aktif bileşikler olan 8c (0.14831 a.u.) ve 9e (0.14302 a.u.) için nispeten küçük HOMO–LUMO enerji boşlukları ortaya koydu. Bu bulgular toplamında, 8c ve 9e bileşiklerini, üraza ve α-glukozidazın yeni nesil inhibitörlerinin geliştirilmesi için umut vadeden kızıltı iskeleleri olarak tanımlamaktadır.

Giriş

Heterosiklik kısımlar daha önce birçok mevcut ilaçta bildirilmiştir ve heterosikller, metabolik ve enfeksiyon hastalıklarının tedavisinde kullanılan önemli bir enzim inhibitörü sınıfınıtemsil eder 1. Heterosikller arasında 1'3'4-oksadiazoller, ilaç keşfinde en çok incelenen iskelelerden biridir ve antiviral', antibakteriyel', antikanser', hipotansif', nöroprotektan', antikonvulsant ve antitüberkülerajanlar olarak rapor edilmiştir 2, 3,4,5. Benzer şekilde, '1'2'4-triazol türevleri de antikonvulsant', antibakteriyel', antiviral', antitüberküler', diyabetik anti-inflamatuar', antiproliferatif', antioksidan', antimalaryal' ve uraz inhibitör aktivitelergöstermiştir. 6,7. Asetamid içeren bileşikler güçlü farmakolojik profile sahiptir ve heterosiklik kimyada sentetik ara maddeler olarak hem de antidiyabetik olarak kullanılmıştır. antikoagülant ve kemosensibilize ajanlar, bu da onları ilaç keşfi için çekici kurşunyapılar haline getirir 8,9.

α-glukozidaz ve ürazın çoklu hedefli inhibitörlerinin geliştirilmesine önemli çabalar yöneltildi. α-Glukozidaz inhibisyonu, karbonhidrat sindirimini ve glikoz emilimini geciktirerek tip 2 diyabetli hastalarda meme sonrası kan şekeri seviyelerini düşürür. Mevcut inhibitörler, örneğin akarboz, etkilidir ancak gastrointestinal yan etkilerle ilişkilidir ve bu da yapısal olarak çeşitli inhibitörlere ihtiyaçyaratır. 10,11. Üreaz, üremeyi amonyak ve karbondioksite ayırır. Bu reaksiyon, ülserlere neden olan ve konakçını mide kanserine daha duyarlı hale getiren Helicobacter pylori bakterisinin midede hayatta kalmasını sağlar ve bu nedenle üraz, anti-ülser ilaç geliştirmede önemli bir hedeftir. A terapötik hedef, her iki enzim 9,12 için yeni inhibitörlerin geliştirilmesidir.

Ancak, 1'2'4-triazol ve 1'3'4-oksadiazol iskeleleri üzerine mevcut araştırmalara rağmen, 1'2'4-triazol ve 1'3'4-oksadiazol'ün asetamid türevleri ile ilgili çok az çalışma bildirilmiştir; bunlar arasında tioeter kısmı bulunan çift α-glukozidaz ve üraz inhibitörü13. Protein bağlanma davranışları ve hesaplamalı karakterizasyonları da bu bağlamda sınırlı ilgi görmüştür. Burada, Triazol veya oksadiazol ile yerine getirilen asetamid parçalarını aynı moleküler çerçevede birleştirmenin, kabul edilebilir fizikokimyasal özelliklere sahip tatmin edici bir enzim inhibitörü profili elde edeceğini önerdik.

Bu hipotezi test etmek için, 1,2,4-triazol bazlı asetamid türevleri (8a–c) ve 1,3,4-oksadiazol bazlı asetamid türevleri (9d–f) sentezlenip α-glukozidaz ve üreaza karşı inhibitör etkilikleri değerlendirildi. En aktif bileşiklerin (8a, 8c ve 9e) sığır serum albümini (BSA) ile bağlanma etkileşimleri, floresan spektroskopisi, bağlanma sabit belirleme ve termodinamik analiz kullanılarak incelendi. Ayrıca, moleküler kenetlenme, ADME tahmini ve yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları yapılarak bağlanma modlarını, farmakokinetik özelliklerini ve elektronik özelliklerini inceledi.

Protokol

Tüm reaktifler analitik kalitedeydi ve daha fazla arındırma olmadan kullanıldı. Reaksiyon ilerlemesi, n-heksan/etil asetat (7:3–6:4, v/v) kullanılarak silika jel üzerinde ince katmanlı kromatografi (TLC) ile izlendi ve lekeler ultraviyole ışık altında görselleştirildi. Aksi belirtilmedikçe, tüm reaksiyonlar ortam atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen bileşikler, Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR), 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edildi. 1H ve 13C NMR spektrumları sırasıyla 600 MHz ve 150 MHz frekanslarında CDCl₃ olarak kaydedildi ve kimyasal kaymalar, kalıntı çözücü sinyaline göre ppm cinsinden rapor edildi. Sentetik yol Şekil 1'de gösterilmiştir. Tüm sentezlenen bileşikler için tam fizikokimyasal karakterizasyon verileri Ek Dosya 1'de sunulmaktadır.

Etil benzoatın sentezi (1)

Benzoik asit (50 g, 0.41 mol) 500 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirildi ve mutlak etanol (150 mL) eklendi. Konsantre kükürt asit (6 mL), sürekli manyetik karıştırma altında katalizör olarak damla olarak eklendi. Reaksiyon karışımı, su soğutmalı kondansatör kullanılarak 78 °C'de reflü altında 4–6 saat boyunca ısıtıldı. Reaksiyon ilerlemesi TLC tarafından izlendi. Tamamlandıktan sonra, karışım oda sıcaklığına soğutulmuş ve pH 7–8'e ulaşana kadar doymuş sulu sodyum karbonatla nötralize edilmiştir. Reaksiyon karışımı ayırıcı huniye aktarıldı, organik tabaka toplandı, damıtılmış suyla yıkandı ve susuz sodyum sülfat üzerinde kurutuldu. Filtreleme sonrası, etil benzoat (1) sonraki adımda daha fazla saflaştırma olmadan doğrudan kullanılmıştır (Şekil 1).

Benzohidrazit sentezi (2)

Etil benzoat (1; 0,41 mol) mutlak etanol (100 mL) içinde çözünürken, hidrazin hidrat (%80, 25 mL, fazla) sürekli karıştırma altında eklenmiştir. Reaksiyon karışımı, su soğutmalı kondansatör kullanılarak hava altında 4–5 saat boyunca 78 °C'de reflü altında ısıtıldı. Reaksiyon ilerlemesi TLC tarafından izlendi. Tamamlandıktan sonra, benzohidrazitin (2) beyaz kristal çökeltisi filtreleme ile toplanmış, soğuk etanolle yıkanmış, oda sıcaklığında sabit ağırlıkta kurutulmuş ve sonraki sentetik adımlarda kullanılmıştır (Şekil 1).

5-fenil-1,3,4-oksadiazol-2-tiol sentezi (3)

Benzohidrazit (2; 10 g, 0.073 mol) ve potasyum hidroksit (4.12 g, 0.073 mol) etanol (30 mL) içeren 250 mL yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirildi. Karışım, su soğutmalı kondansatör kullanılarak 78 °C'de reflü altında 10 dakika boyunca ısıtıldı. Daha sonra karbon disülfür (CS₂; 5 mL, 0.083 mol) eklendi ve reflü ek 3–4 saat sürdü. Reaksiyon ilerlemesi TLC tarafından izlendi. Tamamlandıktan sonra, reaksiyon karışımı damıtılmış suya aktarılır ve sürekli karıştırarak ısıtılır. Sulandırılmış hidroklorik asit pH 5'e ulaşana kadar damla olarak eklendi ve bu da (3) bileşiğinin çökelmesine yol açtı (Şekil 1). Çökelti filtre yoluyla toplanıyor, soğuk damıtılmış suyla iyice yıkanıyor, sabit ağırlıkta kurutuluyor ve verim belirlenmek için tartıldı. Bileşik FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir.

4,5-difenil-4H-1,2,4-triazol-3-tiol sentezi (4)

Benzohidrazid (2; 5 g, 0.037 mol) ve fenilisotiyosiyanet (4 mL, 0.037 mol), su soğutmalı kondansatörle donatılmış 100 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirildi. Reaksiyon karışımı, reflü altında 78 °C'de ısıtıldı ve tiyosemikarbazit ara maddesinin oluşumu tamamlandı; bu, TLC tarafından n-heksan/etil asetat kullanılarak (7:3, v/v) doğrulandı. Potasyum hidroksit (2 g, 0.036 mol), etanolde (20 mL) çözünmüş olarak eklendi ve TLC tarafından doğrulandığı üzere reflü, bileşik (4) oluşana kadar devam etti. Reaksiyon karışımı damıtılmış suya aktarılır, sürekli karıştırma ile ısıtılır ve seyreltilmiş hidroklorik asitle pH 5'e kadar asitlenerek bileşik (4) çökeltilir (Şekil 1). Çökelti filtreleme ile toplanmış, soğuk damıtılmış suyla iyice yıkanmış, sabit ağırlıkta kurutulmuş ve FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir.

Bromoasetamid ara maddelerinin sentezi 7(a–f)

Her bir ikame edilen anilin türevi 5(a–f) (1 ekvivalent) kloroformda çözünür ve reaksiyon sıcaklığını 0–5 °C arasında korumak için buz banyosunda soğutulurdu. Bromoasetil bromid (6,≥98%, 1 ekvivalent) sürekli karıştırma ile damla olarak eklendi. Reaksiyon sırasında, reaksiyon pH'ını 9 ile 10 arasında tutmak için hidrobromik asidi nötralize ederek gerekirse %18 sulu sodyum karbonat çözeltisi eklendi. Bromoasetil bromid eklendikten sonra, reaksiyon karışımı oda sıcaklığına ısınmaya bırakıldı ve TLC başlangıç malzemesinin tam tüketildiğini doğrulayana kadar karıştırıldı. Ortaya çıkan bromoasetamid ara maddeleri 7(a–f) filtreleme yoluyla toplanmış, soğuk damıtılmış suyla yıkanmış, sabit ağırlıkta kurutulmuş ve daha fazla arıtma olmadan doğrudan sonraki sentetik aşamada kullanılmıştır (Şekil 1).

Triazol bazlı asetamid türevlerinin sentezi 8(a–c)

Triazol türevi (4; 0,5 g, 0,002 mol), 50 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişede N, N-dimetilformamid (10 mL) içinde çözünmüştür. Uygun bromoasetamid ara maddesi (7a, 7b veya 7c; 0.002 mol, 1 eşdeğer) sürekli karıştırma ile eklendi, ardından sodyum hidrid (0.05 g, 0.002 mol) eklenerek S-alkilasyonu teşvik edildi. Reaksiyon karışımı, oda sıcaklığında 24–48 saat karıştırıldı ve reaksiyon ilerlemesi TLC tarafından izlendi. İşlem tamamlandığında, reaksiyon karışımı buz gibi suya dökülerek çökeltme sağlanır. Çökelti filtreleme ile toplanmış, soğuk suyla iyice yıkanmış, kurutulmuş ve FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir (Şekil 1).

Oksadiyazol bazlı asetamid türevleri 9(d–f) sentezi

Oksadiazol türevi (3; 0,5 g, 0,002 mol) 50 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişede N, N-dimetilformamid (10 mL) içinde çözünmüştür. Karşılık gelen bromoasetamid ara maddesi, 7d, 7e veya 7f (0,002 mol, 1 eşdeğer) eklendi, ardından S-alkilasyonu kolaylaştırmak için sodyum hidrid (0,05 g, 0,002 mol) eklendi. Reaksiyon karışımı, oda sıcaklığında 24–48 saat karıştırıldı ve ilerleme TLC tarafından izlendi. Tamamlandıktan sonra, karışım buz gibi suya dökülerek ürünün çökeltilmesi sağlandı. Çökelti filtreleme ile toplanmış, soğuk suyla iyice yıkanmış, kurutulmuş ve FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir (Şekil 1).

α-Glukozidaz inhibisyon testi

α-glukozidaz inhibitör etkinliği, test numunesi çözeltinin 50 μL'si fosfat tamponu (pH 6.8) içinde hazırlanmış 100 μL α-glukozidaz çözeltisi (0,35 U/mL) ile karıştırılarak değerlendirildi. Reaksiyon karışımı 37 °C'de 10 dakika kuluçka altına alındı, ardından 100 μL 1,5 mM p-nitrofenil-α-D-glukopiranozid substrat olarak eklendi. 37 °C'de 20 dakika boyunca daha fazla kuluçkadan sonra, reaksiyon 1 mL 1 M sodyum karbonat (Na₂CO₃) eklenerek sonlandırıldı. Soğurma 400 nm14 olarak ölçüldü. Pozitif kontrol olarak akarboz kullanıldı. Test bileşiği olmayan reaksiyon karışımı negatif kontrol olarak kullanılırken, enzimsiz reaksiyon karışımı boşluk olarak kullanıldı.

Tüm deneyler üçlü olarak gerçekleştirildi ve sonuçlar ortalama ± standart sapma (SD) olarak ifade edildi. α-glukozidaz aktivitesinin yüzde inhibisyonu aşağıdaki denklem(1)14 kullanılarak hesaplandı:

figure-protocol-1(1)

burada As , test numunesi çözeltinin emilimini temsil eder, Ab reaktif boşluğun emilmesini (α-glukozidaz olmadan) ve A0 negatif kontrolün emilimini (örnek olmadan) temsil eder. IC50 değerleri, 3.125 ile 100 μM arasında değişen bileşik konsantrasyonları test edilerek belirlendi. Doğrusal olmayan regresyon analizi standart grafik yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi.

Üraza inhibisyon testi

Üreaz inhibitör aktivitesi, modifiye edilmiş bir Berthelot yöntemiyle belirlendi. Reaksiyon karışımı, 300 μL test numunesi çözeltisi, 200 μL jack fasulye ureaz çözeltisi ve 200 μL 25 mM ürea içeriyordu. Karışım, 37 °C'de su banyosunda 30 dakika kuluçka edildi. İnkubasyon sonrası, 10 g/L fenol ve 50 g/L sodyum nitroprussid içeren 500 μL renk geliştiren bir çözelti ve ardından %5 (v/v) sodyum hipoklorit ve 5 g/L sodyum hidroksit içeren ikinci bir çözelti 500 μL eklendi. Reaksiyon karışımı, renk gelişimi için ek 15–30 dakika kuluçka edildi.

Çözeltinin emilimi reaktifboş 15 ile 625 nm olarak ölçüldü. Tiourea pozitif kontrol olarak, test bileşiği olmayan reaksiyon karışımı negatif kontrol olarak ve üraz enzimi olmayan karışım boş olarak kullanıldı. Tüm deneyler üçlü (n = 3) olarak yapıldı ve sonuçlar ortalama değerler ± standart sapma (S.D.) olarak ifade edildi. Inhibisyon yüzdesi aşağıdaki matematiksel formül (2)15 kullanılarak hesaplandı:

figure-protocol-2(2)

burada A0 , kontrol ünitesinin emilimidir (inhibitörsüz) ve As test örneğinin emilimidir (inhibitörle birlikte). IC50 değerlerini belirlemek için grafik ve doğrusal olmayan regresyon analizi standart veri grafik yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi.

BSA bağlama testi

Sığır serum albümini (BSA) ile sentezlenen bileşikler arasındaki bağlanma etkileşimleri, floresans söndürme spektroskopisi kullanılarak incelendi. 20 mM fosfat tamponunda (pH 7.4) 10 μM BSA stok çözeltisi hazırlandı. Her titrasyon deneyi için, 1.0 mL BSA çözeltisi 2.0 mL fosfat tamponu ile bir kuvars küvetinde karıştırıldı. Çözelti, test bileşiğinin ardışık olarak 5 μL aliquot (1,5 mM metanol) eklenmesiyle titredildi. Floresans emisyon spektrumları, 295 nm'de uyarıma sonrası 300–400 nm dalga boyu aralığında kaydedildi ve maksimum emisyon yaklaşık 336 nm olarak gözlemlendi. Floresans ölçümleri, standart floresan alma yazılımıyla donatılmış bir floresan spektrofotometresi kullanılarak gerçekleştirildi; uyarılma ve emisyon yarığı genişlikleri sırasıyla 10 nm ve 2,5 nm olarak ayarlandı. Gibbs serbest enerjisi (ΔG), entalpi (ΔH) ve entropi (ΔS) dahil olmak üzere bağlanmanın termodinamik parametrelerini belirlemek için titrasyon deneyleri 298, 308 ve 313 K'da tekrarlandı.

Floresans söndürme mekanizmasını incelemek için, deneysel veriler Stern–Volmer denklemi (Denklem 3)16 kullanılarak analiz edildi:

figure-protocol-3(3)

burada F0 ve F, sırasıyla BSA'nın söndürücü yokluğunda ve varlığında floresans yoğunluklarını temsil eder; Kq, bimoleküler söndürme hızı sabitidir; τ0, bir söndürücü yokken BSA'nın ortalama ömrüdür; KSV, Stern-Volmer soğutma sabitidir; ve [Q] söndürücünün konsantrasyonudur. Bağlanma sabiti (Kb) ve bağlanma noktalarının sayısı (n) daha sonra Denklem (4)16'ya göre çift logaritma çizilerek belirlendi:

figure-protocol-4(4)

Ayrıca, bağlanma etkileşimini yöneten standart Gibbs serbest enerji değişimi (ΔG°), standart entalpi değişimi (ΔH°) ve standart entropi değişimi (ΔS°) Van't Hoff ve Gibbs-Helmholtz ilişkileri kullanılarak hesaplandı; bunlar Denklemler (5) ve (6)17'de ifade edildi:

ΔG = -RT ln Kb (5)

figure-protocol-5(6)

burada R , evrensel gaz sabiti, T ise Kelvin cinsinden mutlak sıcaklıktır.

Moleküler kenetleme

Tüm moleküler modelleme ve kenetlenme simülasyonları Schrödinger Suite (Maestro arayüzü) kullanılarak gerçekleştirildi; kenetlenme ise Glide modülü kullanılarak gerçekleştirildi. α-glukosidaza (PDB ID: 5NN8) ve üraza (PDB ID: 4H9M) kristal yapıları RCSB Protein Veri Bankası'ndan alındı. Protein yapıları, Protein Hazırlama Sihirbazı kullanılarak birlikte kristalleşmiş ligandlar, su molekülleri ve temel olmayan heteroatomlar çıkarıldı, eksik kalıntılar ve döngüler eklendi, doğru bağ sıraları atandı ve polar hidrojen atomları eklendi. Protonasyon ve tautomerik durumlar Epik modülü kullanılarak fizyolojik pH (7.0 ± 2.0) olarak atandı. Hazırlanan protein yapıları, sterik çatışmaları hafifletmek için OPLS kuvvet alanı ile kısıtlanmış enerji minimumlaştırmasına maruz bırakıldı.

Bileşikler 3, 4, 8(a–c) ve 9(d–f)'nin iki boyutlu yapıları, referans inhibitörler akarboz ve tioüre ile birlikte LigPrep modülü kullanılarak hazırlandı. Fizyolojik pH'daki bağ düzenleri, stereokimya ve iyonizasyon durumları optimize edildi ve ortaya çıkan üç boyutlu ligand konformasyonları OPLS kuvvet alanı kullanılarak enerji açısından en aza indirildi.

Reseptör ızgaraları, Receptor Grid Generation aracı kullanılarak oluşturuldu; ızgara kutuları aktif siteleri tanımlamak için kristalleşmiş doğal ligandlar üzerine merkezlendi. Her iki protein için ızgara kutusu boyutları 25 × 25 × 25 şolarak ayarlandı. Üraz ızgarası x = −38.76, y = −44.14 ve z = 66.88 merkezindeydi; α-glukozidaz ızgarası x = 21.14, y = −7.56 ve z = 24.37 merkezindeydi.

Kenetlenme hesaplamaları, esnek ligand örnekleme ile Glide'ın ekstra hassasiyet (XP) modu kullanılarak gerçekleştirildi. Her ligand için birden fazla bağlanma pozu oluşturuldu ve en düşük Glide kenetlenme puanına sahip poz daha fazla analiz için seçildi. Kenetlenme protokolü, kristalleşmiş ligandların ilgili reseptör ızgaralarına yeniden kenetlenmesiyle doğrulandı. ≤2.0 şkök ortalama kare sapması (RMSD) değerleri, kenetlenme protokolünün güvenilirliğini ve tekrarlanabilirliğini doğruladı.

Bağlanmış komplekslerin bağlanma konformasyonları PyMOL (sürüm 3.1)18 kullanılarak görselleştirildi. Hidrojen bağları, hidrofobik temaslar ve elektrostatik etkileşimler dahil olmak üzere protein–ligand etkileşimleri Discovery Studio Visualizer19 kullanılarak analiz edildi.

Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) analizi

Tüm yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları Gauss 09 kullanılarak yapıldı ve optimize edilmiş moleküler geometriler ile sınır moleküler orbitalleri GaussView 5 kullanılarak görselleştirildi. Sentezlenen triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevleri olan 8(a–c) ve 9(d–f), Becke üç parametreli Lee–Yang–Parr (B3LYP) hibrit fonksiyonel ve 6-311+G(d,p) temelseti 20 ile birlikte sulu fazda geometri optimizasyonuna tabi tutuldu. Çözücü etkileri, İletken benzeri Polarizasyon Sürekliliği Modeli (CPCM)21 kullanılarak dahil edilmiştir. Daha sonra aynı teori seviyesinde titreşim frekansı hesaplamaları yapıldı ve tüm optimize edilmiş yapıların potansiyel enerji yüzeyinde gerçek yerel minimumlara karşılık geldiğini, hayali frekansların olmaması ile doğrulandı.

Sentezlenen bileşiklerin elektronik geçişlerini ve kinetik kararlılığını anlamak için, en yüksek dolu moleküler orbital (EHOMO) ve en düşük boş moleküler orbital (ELUMO) enerjileri hesaplandı. Her türevin kimyasal reaktivitesi ve kinetik kararlılığını değerlendirmek için sınır moleküler orbital enerji boşluğu (ΔE = ELUMO - EHOMO) belirlendi; daha küçük bir enerji boşluğu daha yüksek reaktiviteyi gösterir.

Ayrıca, kimyasal sertlik (η), yumuşaklık (S), kimyasal potansiyel (μ), elektronegatiflik (X) ve elektrofilik indeksi (w) dahil olmak üzere küresel kimyasal reaktivite tanımlayıcıları, sınır orbital enerjilerinden aşağıdaki standart operasyonel denklemler kullanılarak hesaplandı22:

figure-protocol-6(7)

figure-protocol-7(8)

figure-protocol-8(9)

figure-protocol-9(10)

Hesaplanan elektronik özellikler ve küresel tanımlayıcılar, seriler boyunca sistematik olarak karşılaştırılarak gözlemlenen α-glukozidaz ve üraz inhibitör profillerini yansıtan yapı-aktivite ilişkileri (SAR) oluşturuldu.

Ayrıca, VESTA kullanılarak moleküler elektrostatik potansiyel (MESP) haritaları oluşturuldu ve görselleştirildi; böylece optimize edilmiş moleküler çerçeveler arasında yük dağılımı haritalandı. MESP yüzeyleri, elektrofilik (elektron eksikliği, nükleofilik saldırıyı tercih eden) ve nükleofil (elektron zengin, elektrofilik saldırı tercih edilen) bölgelerin tanımlanmasına olanak sağladı. Bu elektrostatik potansiyel dağılımı nihayetinde moleküler kenetlenme simülasyonlarında gözlemlenen hidrojen bağları ve elektrostatik kontaktlar gibi spesifik kovalent olmayan bağlanma etkileşimleriyle ilişkilendirildi.

ADME analizi

Sentezlenen triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevleri 8(a–c) ve 9(d–f)'nin ilaç benzerliği ve biyofarmasötik özellikleri değerlendirilmek için in silico emilim, dağılım, metabolizma ve atılım (ADME) analizi yapıldı. Tüm sentezlenen bileşiklerin basitleştirilmiş moleküler giriş hat giriş sistemi (SMILES) temsilleri, referans inhibitörleri karboz ve tiorea ile birlikte, moleküler modelleme yazılımı kullanılarak oluşturulmuş ve SwissADME websunucusu 23'e gönderilmiştir.

Hesaplanan fizikokimyasal parametreler arasında moleküler ağırlık (MW), lipofilisite (logP), topolojik kutup yüzey alanı (TPSA), hidrojen bağ bağışçılarının sayısı (HBD), hidrojen bağ alıcılarının sayısı (HBA) ve dönebilir bağların sayısı (RB) yer alıyordu.

Farmakokinetik özellikler, gastrointestinal (GI) emilimi ve kan-beyin bariyeri (BBB) geçirgenliği tahmin edilerek değerlendirildi. Ayrıca, bileşikler Lipinski'nin beş kuralı ve diğer yerleşik ilaç benzerlik kriterlerine uyumluluk açısından değerlendirilerek ağızdan biyolojik kullanılabilirliklerini tahmin etti. Son olarak, sentetik erişilebilirlik (SA) puanı, her bileşik için 1'den (sentezlenmesi kolay) ile 10'a (sentezlenmesi çok zor) arasında değişen bir ölçekte hesaplandı. Sentezlenen bileşiklerin tahmin edilen ADME ve ilaç benzerliği profilleri, referans inhibitörlerin profilleriyle karşılaştırıldı ve ilaç geliştirme için öncü aday olarak potansiyelleri değerlendirildi.

Sonuçlar

Sentezlenen bileşiklerin kimya ve karakterizasyonu

Hedef triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevleri, Şekil 1'de gösterilen sentetik yola göre sentezlenmiştir. İstenen bileşikler, iyi ile mükemmel verimlerde (%69–%87) beyazdan sarıya kadar kristal katı maddeler olarak elde edilmiştir. Saflıkları TLC, erime noktası belirleme ve spektroskopik analizlerle doğrulandı. Sentezlenen bileşiklerin karakteristik fonksiyonel gruplarını doğrulayan temsil NMR spektrumları Şekil 2'de gösterilmiştir. Spektrumlar, amid karbonil (C=O), N–H, C=N, C–S ve aromatik C–H fonksiyonel gruplarına karşılık gelen beklenen soğurma bantlarını sergileyerek hedef türevlerin başarılı sentezini destekledi.

Temsilci 1H NMR spektrumları Şekil 3'te sunulmaktadır. Spektrumlar, önerilen yapılarla tutarlı olan amid NH protonu, aromatik protonlar, metilen bağlayıcı ve metil yerine getiriciler için karakteristik rezonanslar gösterdi. Temsilci 13C NMR spektrumları Şekil 4'te gösterilmiştir. Gözlemlenen karbon rezonansları, sentezlenen türevler için beklenen karbonil, aromatik, metilen ve heterosiklik karbonların varlığını doğruladı. Temsilci bileşikler arasında 8a (%87 verim), 8c (yaklaşık %80–%85 verim) ve 9e (%69 verim) yer almaktadır. Tüm sentezlenen bileşikler için tam fizikokimyasal karakterizasyon verileri ve NMR spektrumları Ek Dosya 1'de sağlanmıştır.

α-Glukozidaz inhibisyonu

Sentezlenen bileşiklerin α-glukozidaz inhibitör aktiviteleri Tablo 1'de özetlenmiştir. Tüm bileşikler α-glukosidazı farklı ölçüde inhibe etmiştir. 9e bileşiği en yüksek inhibitör aktiviteye sahipti; IC50 değeri 27,29 ± 0,41 μM'dir; onu 8a bileşik (33,15 ± 0,07 μM) ve bileşik 8c (40,93 ± 0,59 μM) takip eder. 8b, 9d ve 9f bileşikleri karşılaştırıldığında daha zayıf inhibisyon gösterdi; IC50 değerleri sırasıyla 108.19 ± 0.18 μM, 108.10 ± 0.03 μM, 94.44 ± 0.25 μM'dir. 9e bileşiği, referans inhibitör akarboza göre daha yüksek inhibitör güç gösterdi (IC50 = 38.25 ± 0.12 μM), 8a bileşiği ise benzer bir aktivite gösterdi. Konsantrasyona bağlı inhibitisyon profilleri Şekil 5'te sunulmaktadır.

Üreaz inhibitörü potansiyeli

Sentezlenen bileşiklerin üraz inhibitör aktiviteleri Tablo 1'de özetlenmiştir. 8c bileşiği en güçlü üraza inhibisyonunu gösterdi; IC50 değeri 6.14 ± 1.06 μM'dir; ardından 9e (8.14 ± 0.71 μM) ve 8a (12.25 ± 0.42 μM) bileşikleri gelir. Bu bileşikler, referans inhibitör tiorea (IC50 = 21,25 ± 0,15 μM) ile karşılaştırıldığından daha yüksek inhibitör aktivite göstermiştir. 8b, 9d ve 9f bileşikleri daha az aktifti, IC50 değerleri 82.15 ile 103.05 μM arasında değişiyordu. İlgili konsantrasyona bağlı inhibisyon eğrileri Şekil 5'te gösterilmiştir.

BSA bağlama

Floresans söndürme parametreleri Tablo 2'de özetlenmiştir. 8a ve 9e bileşiklerinde, Stern–Volmer sabiti (Ksv) artan sıcaklıkla artırken, söndürme sabiti (Kq) maksimum difüzyon kontrollü sınırı (2 ×10 10 M1 s⁻1) aşmıştır; bu da karışık statik ve dinamik bir sönme mekanizmasını gösterir. Buna karşılık, bileşik 8c, sıcaklık arttıkça Kq değerleri azalırken, Kq değerleri difüzyon kontrollü sınırın üzerinde kalırken, bu da ağırlıklı olarak statik söndürme olduğunu gösterir. Termodinamik analiz, bileşik 8a için negatif ΔH ve ΔS değerleri gösterdi; bu da bağlanma sırasında hidrojen bağları ile van der Waals etkileşimlerinin baskın olduğunu gösterdi. 8c ve 9e bileşikleri için elde edilen pozitif ΔH ve ΔS değerleri, hidrofobik etkileşimlerin ana itici güç olduğunu göstermiştir. 298 K'da yapılan bağlanma afinitesi analizi, 8a bileşiğinin en yüksek bağlanma sabitini (Kb = 3.92 × 105 M⁻1) gösterdiğini, ardından 8c bileşiğinin (1.54 ×10 4 M⁻1) ve bileşik 9e'nin (6.78 × 101 M1) geldiğini gösterdi. Flüoresans spektrumları ve Stern–Volmer grafikleri Şekil 6, Şekil 7, Şekil 8, Şekil 9, Şekil 10 ve Şekil 11'de sunulmaktadır.

Kenetlenme analizi

Moleküler kenetleme sonuçları Tablo 3'te özetlenmiştir. Kenetlenme protokolü, birlikte kristalleşmiş ligandların ilgili bağlanma noktalarına yeniden kenetlenmesiyle doğrulandı ve RMSD değerleri ≤2.0 şelde edildi; böylece kenetlenme protokolünün güvenilirliği doğrulandı (Ek Şekil 1).

Biyolojik aktivite ve kenetlenme puanlarına dayanarak, detaylı etkileşim analizi için 8a, 8c ve 9e bileşikleri seçildi. α-glukozidaz aktif bölgesinde temsil edilen kenetleme pozları Şekil 12A–D'de sunulmaktadır. 8a bileşiği en yüksek kenetlenme puanını (−7.165 kcal/mol) gösterdi, ardından 8c (−6.80 kcal/mol) ve 9e bileşikleri geldi. Bu bileşikler, D282, D404, D616, R600, S523 ve H674 gibi önemli katalitik kalıntılarla hidrojen-bağ etkileşimleri kurdu.

Ureaz aktif bölgesinde temsil eden kenetlenme pozisyonları Şekil 12E–H olarak gösterilmiştir. 8c bileşiği A636, Q635 ve R439 ile hidrojen bağları kurarken, 9e bileşiği E493, D494, H593, R609 ve A636'yı içeren geniş bir hidrojen bağ ağı oluşturdu. 8a bileşiği ayrıca katalitik bölge kalıntılarıyla olumlu etkileşimler göstermiştir. Genel olarak, kenetlenme analizi deneysel inhibitisyon sonuçlarını destekledi.

DFT çalışmaları

Hesaplanan kuantum kimyasal tanımlayıcılar Tablo 4'te özetlenmiştir. Referans bileşiklerin öncü moleküler orbital dağılımları ve moleküler elektrostatik potansiyel haritaları Şekil 13'te sunulurken, sentezlenen bileşiklerin ilgili analizleri Şekil 14 ve Şekil 15'te gösterilmiştir.

Sentezlenen bileşikler arasında, 9e en küçük HOMO–LUMO enerji farkına (0.14302 a.u.) sahipti, ardından 8c (0.14831 a.u.) ve 8a (0.15788 a.u.) geldi. Moleküler elektrostatik potansiyel haritaları, moleküller arası etkileşimlere katkıda bulunabilecek elektron açısından zengin ve elektron eksikliği olan bölgeleri belirlemiştir. Hesaplanan küresel reaktivite tanımlayıcıları, iyonlaşma potansiyeli, elektron affinitesi, elektronegatiflik, kimyasal potansiyel, sertlik, yumuşaklık ve elektrofilik indeksi dahil olmak üzere Tablo 4'te listelenmiştir. 9-serisinin bileşikleri, karşılık gelen 8-seri türevlere göre daha düşük HOMO–LUMO boşlukları ve daha yüksek elektrofilik göstermiştir.

ADME analizi

Tahmin edilen farmakokinetik özellikler Tablo 5'te özetlenmiştir. Tüm sentezlenen bileşikler ana ilaç benzerliği kriterlerini karşıladı. 9-seri türevler Lipinski ihlali göstermezken, 8-serideki her bileşik bir ihlal göstermiştir. Tüm bileşiklerin yüksek gastrointestinal emilim, kan-beyin bariyeri geçirgenliği olmaması ve kabul edilebilir hidrojen bağ donör ve akseptör sayıları olduğu öngörüldü. Biyoyararlanılım puanları tutarlı olarak 0.55 olarak tahmin edildi. Sentetik erişilebilirlik puanları 5.70 ile 6.39 arasında değişiyordu ve bu da orta derecede sentetik karmaşıklığı gösteriyordu.

VERİ ERIŞILEBILIRLIĞI:

Bu çalışma sırasında oluşturulan veri setleri ve destekleyici materyaller Zenodo deposunda depoya yatırılmış ve https://doi.org/10.5281/zenodo.21238952'de halka açık hale getirilmiştir.

figure-results-1
Şekil 1: Triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevlerinin hazırlanması için sentetik yol. Ara ve nihai bileşiklerin sentezini gösteren reaksiyon şeması 8(a–c) ve 9(d–f). Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: 8a bileşiğinin NMR spektrumları. (A) 8abileşiğinin 1 H NMR spektrumu. (B) 8a bileşiğinin 13C NMR spektrumu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Bileşik 8c'nin NMR spektrumları. (A) 8c bileşiğinin 1H NMR spektrumu. (B) 8c bileşiğinin 13C NMR spektrumu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 4: Bileşik 9e'nin NMR spektrumları. (A) 9e bileşiğinin 1H NMR spektrumu. (B) 9e bileşiğinin 13C NMR spektrumu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-5
Şekil 5: Sentezlenen bileşiklerin α-glukozidaz ve üraza karşı inhibitör aktiviteleri. (A) Referans inhibitörler olan akarboz ve tiorea ile karşılaştırıldığında 3, 4, 8(a–c) ve 9(d–f) bileşikleri tarafından α-glukosidaza ve üraza inhibisyonu. (B) Aynı bileşiklerin IC50 değerleri, α-glukozidaz ve üraza karşı. Veriler ortalama SD ± (n = 3) olarak sunulur. İstatistiksel anlamlılık ilgili referans inhibitöre göre belirlendi (p < 0.05, p < 0.01, p < 0.001, p < 0.0001; ns = anlamlı değil). Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-6
Şekil 6: 8a bileşiği ile sığır serum albümininin (BSA) floresans söndürme analizi. (A) BSA'nın (3.33 × 10⁻6 M) floresans emisyon spektrumları, 8a bileşiğinin 298 K'da kademeli eklenmesiyle sonra. (B) 298, 308 ve 313 K'da elde edilen Stern–Volmer grafikleri. (C) Log[(F₀ − F)/F] ile log Q'nun çift logaritmik grafiki. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-7
Şekil 7: 8b bileşiği ile sığır serum albümininin (BSA) floresans söndürme analizi. (A) 8b'nin 298 K'da kademeli olarak eklenmesiyle BSA'nın (3.33 × 10⁻6 M) floresan emisyon spektrumları. (B) 298, 308 ve 313 K'da elde edilen Stern–Volmer grafikleri. (C) Log[(F₀ − F)/F] ile log Q'nun çift logaritmik grafiki. Bu şekilin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-8
Şekil 8: 8c bileşiği ile sığır serum albümininin (BSA) floresans söndürme analizi. (A) BSA'nın (3.33 × 10⁻6 M) floresans emisyon spektrumları, 298 K'da bileşik 8c'nin kademeli eklemesinden sonra. (B) 298, 308 ve 313 K'da elde edilen Stern–Volmer grafikleri. (C) Log[(F₀ − F)/F] ile log Q'nun çift logaritmik grafiki. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-9
Şekil 9: 9d bileşik ile sığır serum albümininin (BSA) floresans söndürme analizi. (A) BSA'nın floresans emisyon spektrumları (3.33 × 10⁻6 M) 298 K'da 9d bileşiğinin kademeli eklenmesiyle birlikte. (B) 298, 308 ve 313 K'da elde edilen Stern–Volmer grafikleri. (C) Log[(F₀ − F)/F] ile log Q'nun çift logaritmik grafiki. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-10
Şekil 10: 9e bileşiği ile sığır serum albümininin (BSA) floresans söndürme analizi. (A) BSA'nın (3.33 × 10⁻6 M) floresans emisyon spektrumları, 298 K'da bileşik 9e'nin kademeli eklemesinden sonra. (B) 298, 308 ve 313 K'da elde edilen Stern–Volmer grafikleri. (C) Log[(F₀ − F)/F] ile log Q'nun çift logaritmik grafiki. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-11
Şekil 11: 9f bileşiği ile sığır serum albümininin (BSA) floresans söndürme analizi. (A) BSA'nın floresans emisyon spektrumları (3.33 × 10⁻6 M) 298 K'da bileşik 9f'nin kademeli eklemesinden sonra. (B) 298, 308 ve 313 K'da elde edilen Stern–Volmer grafikleri. (C) Log[(F₀ − F)/F] ile log Q'nun çift logaritmik grafiki. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-12
Şekil 12: α-glukozidaz ve üraz aktif bölgelerindeki referans inhibitörlerin ve seçilmiş sentezlenmiş bileşiklerin bağlanma modları. (A) α-glukozidaz aktif bölgesinde akarbozun bağlanma pozisyonu. (B) 8a bileşiğinin bağlayıcı pozisyonu. (C) 8c'nin bileşik pozisyonu. (D) 9e bileşiğinin bağlayıcı pozu. (E) Üraza aktif bölgesinde thiourea'nın bağlayıcı pozu. (F) 8a bileşiğinin bağlayıcı pozisyonu. (G) 8c'nin bağlayıcı pozisyonu. (H) 9e bileşiğinin bağlayıcı pozisyonu. Hidrojen bağları sarı kesik çizgilerle temsil edilir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-13
Şekil 13: Referans inhibitörlerin sınır moleküler orbitalleri ve moleküler elektrostatik potansiyel (MEP) haritaları. (A) Akarboz. (B) Thiourea. En yüksek dolu moleküler orbital (HOMO), en düşük boş moleküler orbital (LUMO) ve MEP yüzeyleri gösterilmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-14
Şekil 14: Triazol türevlerinin sınır moleküler orbitalleri ve moleküler elektrostatik potansiyel (MEP) haritaları. (A) Bileşik 8a. (B) Bileşik 8b. (C) Bileşik 8c. Her bileşik için HOMO, LUMO ve MEP yüzeyleri gösterilmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-15
Şekil 15: Oksidazol türevlerinin sınır moleküler orbitalleri ve moleküler elektrostatik potansiyel (MEP) haritaları. (A) Bileşik 9d. (B) Bileşik 9e. (C) Bileşik 9f. Her bileşik için HOMO, LUMO ve MEP yüzeyleri gösterilmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

KodlarUreaseα-Glukosidase
0,5 mM'de inhibisyon (%)IC50 (μM)0,5 mM'de inhibisyon (%)IC50 (μM)
367.54 ± 1.0341.51 ± 0.0163.09 ± 0.2579.12 ± 0.43
462.51 ± 0.4245.14 ± 0.1465.26 ± 0.5570.28 ± 0.42
8a95.22 ± 1.5512.25 ± 0.4295.01 ± 0.5733.15±0.07
8b62.64 ± 1.0182.15 ±1.4838.02 ± 1.71108.19 ± 0.18
8c99.39 ± 0.2706.14 ± 1.0690.51 ± 0.0140.93 ± 0.59
9d 47.51 ± 1.01103.05 ± 0.5439.08 ± 0.25108.10 ± 0.03
9e 98.57 ± 0.0408.14 ± 0.7191.55 ± 0.3427.29 ± 0.41
9f58.07 ± 1.6885.15 ± 0.1243.15 ± 0.4294.44 ± 0.25
Thiourea96.24 ± 0.1621.25 ± 0.15--
Acarbose--92.23 ± 0.1438.25 ± 0.12

Tablo 1: Sentezlenen bileşiklerin α-glukozidaz ve üraza karşı inhibitör aktiviteleri. IC50 değerleri ve 8(a–c) ve 9(d–f) bileşiklerinin %inhibisyonu, referans inhibitörler akarboz ve tiure ile karşılaştırıldığında. Veriler ortalama SD ± (n = 3) olarak sunulur. Kısaltmalar: IC50 = yarı maksimum inhibitör konsantrasyon; SD = standart sapma.

Bilgi298K308K313K
NKb (M-1)ΔGΔHΔS (J/mol. K)NKb (M-1)NKb (M-1)
(kJ/mol)(kJ/mol)
8a1.283.92 x105-32.55-218.28-623.241.126.49 x1040.854.33 x103
8b1.316.49 x105-34.24-306.6-913.961.16.95 x1040.661.07 x103
9d1.472.41 x106-36.32-204.1-563.011.171.44 x1051.044.84 x104
9e0.626.78 x101-10.32243.16850.610.811.32 x1030.917.93 x103
9f1.114.69 x104-26.35178.13686.211.262.99 x1051.411.67 x106
8c0.911.54 x104-23.98341.311225.821.361.53 x1051.61.10 x107

Tablo 2: Seçilmiş bileşiklerin sığır serum albümini (BSA) ile etkileşimleri için bağlanma sabitleri ve termodinamik parametreler. 8a, 8c ve 9e bileşikleri için bağlanma sabiti (Kb), bağlanma noktalarının sayısı (n), Stern–Volmer söndürme sabiti (Ksv), bimoleküler söndürme hızı sabiti (Kq), Gibbs serbest enerjisi (ΔG), entalpi değişimi (ΔH) ve entropi değişimi (ΔS) 8a, 8c ve 9e bileşikleri için 298, 308 ve 313 K'da belirlenmiştir. Kısaltmalar: BSA = sığır serum albümini; Kb = bağlama sabiti; n = bağlanma noktalarının sayısı; Ksv = Stern–Volmer söndürme sabiti; Kq = bimoleküler söndürme hızı sabiti; ΔG = Gibbs serbest enerjisi; ΔH = entalpi değişimi; ΔS = entropi değişimi.

BileşiklerAlfa Glukozidaz (kcal/mol)Uraz (kcal/mol)
Acarbose−6.90-
Thiourea-−5.80
3−4.35−4.50
4−4.10−4.30
8a−7.165−7.624
8b−5.20−5.45
8c−6.80−7.10
9d−5.10−5.35
9e−6.70−7.30
9f−5.00−5.25

Tablo 3: Sentezlenen bileşiklerin α-glukozidaz ve uraza karşı moleküler ikişlenme puanları. 8(a–c) ve 9(d–f) bileşiklerinin, referans inhibitörler akarboz ve tiorea ile birlikte α-glukosidaza ve üraza karşı skorlarının (kcal/mol) dok edilmesi. Kısaltmalar: kcal/mol = mol başına kilokalori.

LigandDipol anı (Debye)HOMOLUMOEnerjiİyonizasyonElektron affinitesi (eV)Elektro-
negativity χ (eV)
Elektro-
kimyasal potansiyel μ (eV)
Sertlik η (eV)YumuşaklıkElektro-
Safseverlik
(A.U.)(A.U.)Boşluk (ΔEBoşluk)Potansiyel (eV)S (eV)ω (eV)
Acarbose8.1124-0.1597-0.03360.126124.3450.9132.629-2.6291.7160.2912.015
Thiourea7.619-0.2193-0.01790.201355.9670.4883.228-3.2282.7390.1821.903
8a8.8025-0.2044-0.04660.157885.5661.2663.416-3.4162.150.2332.71
8b8.2451-0.2033-0.04670.156595.5341.273.402-3.4022.1320.2342.72
8c8.319-0.2039-0.05550.148315.551.5113.53-3.532.020.2473.08
9d3.8264-0.2065-0.06210.144325.6191.6913.655-3.6551.9640.2553.4
9e4.0969-0.2052-0.06210.143025.5841.6913.637-3.6371.9470.2573.4
9f4.298-0.2059-0.06270.143245.6041.7043.654-3.6541.950.2563.42

Tablo 4: Sentezlenen bileşiklerin yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) tanımlayıcıları. 8(a–c) ve 9(d–f) bileşiklerinin kuantum kimyasal tanımlayıcıları, referans bileşikler olan akarboz ve tiourea ile birlikte hesaplandı; bunlar arasında HOMO ve LUMO enerjileri, HOMO–LUMO enerji boşluğu (ΔE), iyonizasyon potansiyeli (IP), elektron afinitesi (EA), elektronegatiflik (χ), kimyasal potansiyel (μ), kimyasal sertlik (η), kimyasal yumuşaklık (S), dipol momenti (D) ve elektrofilik indeksi (ω) yer aldı. Kısaltmalar: DFT = yoğunluk fonksiyonel teorisi; HOMO = en yüksek tutulan moleküler orbital; LUMO = en düşük boş moleküler orbital; ΔE = HOMO–LUMO enerji boşluğu; IP = iyonizasyon potansiyeli; EA = elektron affinitesi; χ = elektronegatiflik; μ = kimyasal potansiyel; η = kimyasal sertlik; S = kimyasal yumuşaklık; D = dipol momenti; ω = elektrofilik indeksi.

BilgiHARBHBAHBDTPSA (Ų)iLOGPConsensus LogPGI EmilimiBBB GeçirgenliğiLipinski İhlalleriBiyoerişilebilirlik PuanıSA Puanı
8a3075484.864.414.71YüksekHayır10.556.32
8b3075484.064.414.62YüksekHayır10.556.34
8c3075484.264.414.11YüksekHayır10.556.39
9d2465490.953.082.75YüksekHayır00.555.71
9e2465490.823.082.27YüksekHayır00.555.7
9f2465490.853.082.77YüksekHayır00.555.73

Tablo 5: Sentezlenen bileşiklerin tahmin edilen emilim, dağılım, metabolizma ve atılım (ADME) özellikleri. 8(a–c) ve 9(d–f) bileşiklerinin tahmin edilen fiziko-kimyasal, farmakokinetik ve ilaç benzerliği özellikleri SwissADME web sunucusu kullanılarak oluşturuldu. Kısaltmalar: ADME = emilim, dağılım, metabolizma ve atılım; MW = moleküler ağırlık; LogP = oktanol/su bölme katsayısı; TPSA = topolojik kutup yüzey alanı; RB = dönebilir bondlar; HBA = hidrojen bağı alıcısı; HBD = hidrojen bağı donörü; GI = gastrointestinal; BBB = kan-beyin bariyeri; SA = sentetik erişilebilirlik.

Ek Şekil 1: Yerel ligandların yeniden kenetlenmesiyle kenetlenme doğrulaması. (A) α-glukosidazın aktif bölgesi içinde (PDB ID: 5NN8) ko-kristalleşmiş ligandın (referans poz) ve yeniden dikenlenmiş akarbozun üst üste bindirilmesi, bağlanma konformasyonlarının yakın hizalanmasını gösterir. (B) Uraza sisteminin docking doğrulaması için kullanılan aktif üraza bölgesinde tiyürea bağlanma pozisyonu (PDB ID: 4H9M), katalitik cep içindeki anahtar etkileşimlerin korunduğunu gösterir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 1: Fizikokimyasal karakterizasyon verileri ve 3, 4, 8(a–c) ve 9(d–f) bileşiklerinin tam 1H ve 13C NMR spektrumları.Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

Bu çalışma, triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevleri serisini sentezledi ve yapısal, biyolojik, hesaplamalı ve farmakokinetik özelliklerini değerlendirdi. HRMS ile spektroskopik karakterizasyon, element analizi, 1H NMR ve 13C NMR ile yapılan çalışmalar, hedef moleküllerin başarılı sentezini doğruladı. Gözlemlenen kimyasal kaymalar, bağlantı desenleri ve karbon rezonansları önerilen yapılarla tutarlıydı. Karakteristik amid NH sinyalleri, metilen rezonansları, aromatik proton dağılımları ve kuaterner karbon sinyalleri, ikame edilen asetamid parçalarının hem triazol hem de oksadiazol iskelelerine başarılı bir şekilde dahil edildiğini daha da doğruladı. Bu türevler için elde edilen genel yüksek sentetik verimler, sentetik yolun verimliliğini gösterir ve bu heterosiklik çerçevelerin daha fazla yapısal değişikliğe uygun olduğunu gösterir.

Üreaz inhibitör aktivitesi üzerindeki alternatif desenin net bir etkisi gözlemlendi. 2,6-dimetil alternatif içeren 8c bileşiği en yüksek üreaz inhibitör aktivitesini gösterdi; ardından 8a (2,3-dimetil) ve 9e (2,5-dimetil) bileşikleri gelerek bu moleküller umut vadeden lead adaylar olarak tanımlandı. Benzer bir eğilim α-glukozidaza karşısında da gözlemlendi; 9e bileşiği en güçlü inhibisyonu gösterirken, 8a ve 8c bileşikleri de önemli bir aktivite gösterdi. 8a ve 8c bileşikleri sadece metil altiyetlerinin aromatik halka üzerindeki konumlarında farklılık gösterirken, bileşik 9e hem ikame deseninde hem de heterosiklik iskelette farklılık gösterirken, bu bulgular hem metil yerine geçme deseninin hem de iskele yapısının bu seride biyolojik aktiviteye katkıda bulunduğunu göstermektedir. 8c bileşiğinin üstün aktivitesi, enzim aktif bölgesinde daha olumlu bir yönümü yansıtabilirken, bileşik 9e'nin güçlü aktivitesi, oksadiyazol iskelesi ile birlikte 2,5-dimetil ikame deseninden ek bir katkı olduğunu gösterir. Bu gözlemler, fenil ikame yoluyla ortaya çıkan sterik etkilerin triazol ve oksadiazol bazlı enzim inhibitörlerinde aktif bölge bağlanmasınıetkileyebileceğini gösteren önceki raporlarla tutarlıdır 24,25,26,27. Buna rağmen, kesin bir yapı-aktivite ilişkisi kurulması, daha büyük bir rejiyoizomer türev serisinin değerlendirilmesini gerektirir.

Floresans söndürme ve termodinamik analizle en aktif bileşikler ile sığır serum albümini (BSA) arasındaki etkileşimlerin analizi, 8a ve 9e bileşiklerinin karışık statik/dinamik söndürme mekanizması izlediğini, 8c bileşiğinin ise ağırlıklı olarak statik söndürme gösterdiğini göstermiştir. Termodinamik parametreler, 8a bileşiğinin bağlanmasının öncelikle hidrojen bağları ve van der Waals etkileşimleriyle yönlendirildiğini, hidrofobik etkileşimlerin ise 8c ve 9e bileşiklerinin bağlanmasında baskın olduğunu göstermiştir. 8a bileşiği, BSA'ya en güçlü akılda duruyordu; bağlanma sabiti 3.92 × 105 M⁻1 ve olumlu negatif Gibbs serbest enerjisi ile bağlandı. Bu bulgular, stabil protein-ligand kompleksi oluşumunu göstermekte ve fizyolojik koşullarda albümin aracılı taşınım potansiyelini göstermektedir.

Deneysel bulgular, 8a, 8c ve 9e bileşiklerinin hem α-glukozidaz hem de ürazın aktif bölgelerinde olumlu bağlanma konformasyonları benimsediğini gösteren moleküler kenetlenme çalışmalarıyla desteklendi. Bu bileşikler, α-glukozidaza içinde D282, A284, D404, R600, D616 ve H674 gibi önemli kalıntılarla ve üreazda A636, Q635, R439 ve A440 gibi önemli kalıntılarla hidrojen bağları oluşturdu. Benzer etkileşimler daha önce yapısal olarak ilişkili enziminhibitörleri 28,29 için rapor edilmiştir. Bağlanma skoru ile deneysel aktivite arasındaki en büyük fark, α-glukozidaza karşı en olumlu bağlanma skorunu gösteren 8a bileşiği için gözlemlendi (−7.165 kcal/mol), 9e bileşiği ise in vitro inhibitör potentsiyi en yüksek gösterdi (IC50 = 27.29 μM). Bu fark beklenmedik değildir çünkü docking skorları, ligand bağlanmasını nispeten katı bir protein yapısı içinde tahmin eder ve ligand çözünürlüğü, konformasyon esnekliği, çözülme, protein dinamikleri veya deneysel olarak belirlenen IC50 değerlerini etkileyen diğer çözelti faz etkileri gibi faktörleri hesaba katmaz. Sonuç olarak, tahmin edilen bağlanma afinitesi ile ölçülen biyolojik aktivite arasındaki farklar, hesaplamalı ve deneysel sonuçlar arasında bir çelişki olmaktan ziyade, moleküler kenetlenmenin tanınmış bir sınırlamasını temsil eder. Genel olarak, kenetlenme ve enzim inhibisyon verileri, bu serideki en umut vadeden türevler olarak 8a, 8c ve 9e bileşiklerini tutarlı şekilde tanımlamaktadır.

En aktif bileşiklerin elektronik özellikleri, sınır moleküler orbital (FMO) ve moleküler elektrostatik potansiyel (MEP) analizleriyle daha fazla araştırıldı. Daha düşük HOMO–LUMO enerji boşluklarına sahip bileşikler genellikle daha yüksek elektronik reaktivite sergilemiştir; bu, yapısal olarak ilişkili triazol ve oksadiazol bazlı türevler üzerinde yapılan önceki DFT çalışmalarıylauyumlu olmuştur 30. Sentezlenen bileşikler arasında 8a, 8c ve 9e nispeten küçük HOMO–LUMO enerji boşlukları sergilemiştir ve bu da elektron transferi özelliklerini olumlu göstermektedir. MEP haritaları, elektron açısından zengin ve elektron eksikliği olan bölgeleri ortaya koydu; 8c ve 9e bileşikleri, enzim etkileşimlerine ve biyolojik aktivitelerine katkıda bulunabilecek özellikle belirgin nükleofilik bölgeler sergiledi. Küresel tepkitelik tanımlayıcıları, deneysel ve hesaplamalı bulguları daha da destekledi. 9e bileşik, iyonlaşma potansiyeli, elektron affinitesi, yumuşaklık ve elektrofilik indeksi açısından olumlu bir kombinasyon sergilerken, 8a ve 8c bileşikleri güçlü inhibitör aktiviteleriyle tutarlı olan nispeten yüksek yumuşaklık değerleri göstermiştir. 9-serisi için, özellikle bileşik 9e için gözlemlenen daha yüksek elektrofilik ve yumuşaklık, katalitik kalıntılarla daha güçlü etkileşimlere ve artan biyolojik aktiviteye katkıda bulunabilir.

In silico 8(a–c) ve 9(d–f) bileşiklerinin ADME profili, yüksek gastrointestinal emilim, kabul edilebilir ilaç benzerliği ve tatmin edici oral biyoyararlanım gibi olumlu farmakokinetik özellikleri öngördü. Değerlendirilen parametreler içinde önemli ADME yükümlülüğü tespit edilmedi. Toplamda, in vitro biyolojik veriler, BSA bağlanma analizi, moleküler kenetleme, DFT hesaplamaları ve in silico ADME tahminleri, bu triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevlerinin çift üraz ve α-glukozidaz inhibitörleri olarak devam eden araştırmalarını desteklemektedir.

Bir arada ele alındığında, bu bulgular 8a, 8c ve 9e bileşiklerini, üraza ve α-glukozidaza hedefleyen triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevlerinin geliştirilmesinde umut vadeden öncü adaylar olarak tanımlar. Spektroskopik, biyolojik, BSA-bağlanan, moleküler kenetlenme, DFT ve ADME verileri, gelecekteki çalışmalar için güçlü bir temel sağlar. Daha ileri araştırmalar arasında protein-ligand stabilitesini değerlendirmek için moleküler dinamik simülasyonları, inhibisyon mekanizmasını belirlemek için enzim kinetik çalışmaları ve BSA bağlanma analizinin kalan türevlere genişletilmesi yer almalıdır. Son olarak, umut vadeden in vitro ve in silico bulgularını doğrulamak ve bu bileşik serisinin terapötik potansiyelini daha fazla değerlendirmek için in vivo çalışmalar gerekli olacaktır.

Açıklamalar

Yazar, çıkar çatışması olmadığını belirtir

Teşekkürler

Yazar, Suudi Arabistan'daki Al Baha Üniversitesi Klinik Eczacılık Fakültesi'ne teşekkürlerini iletmektedir.

Malzemeler

```html
Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
1-NaphthylamineMerck106148Aromatic amine used for preparation of substituted analogs
2,5-DimethylanilineSigma-AldrichD146706Aromatic amine used for synthesis of substituted derivatives
3,4-DimethylanilineAlfa AesarA15416Aromatic amine used for preparation of structural analogs
Benzoic AcidSigma-Aldrich242381Starting material for synthesis of benzohydrazide intermediate
Bromoacetyl BromideSigma-AldrichB17601Electrophilic reagent used in synthesis of bromoacetamide intermediates
Carbon DisulfideSigma-Aldrich289116Key reagent for cyclization to oxadiazole ring system
ChloroformSigma-AldrichC2432Solvent used in extraction and purification processes
Dimethylformamide (DMF)Sigma-Aldrich227056Polar aprotic solvent used in derivatization and substitution reactions
DiphenylamineSigma-AldrichD23802Aromatic amine used in synthesis of derivative compounds
Epik (2022-1)Schrödinger, LLCN/A (software)Used to generate ligand ionization states at pH 7.0; RRID: N/A
EthanolSigma-AldrichE7023Reaction solvent for esterification and hydrazide formation
Ethyl AcetateSigma-Aldrich270989Polar mobile phase component in TLC analysis and extraction
Gaussian 09, Revision D.01 (Gaussian 09W)Gaussian, Inc.N/A (software)Software used for DFT calculations (HOMO-LUMO, MESP, global reactivity descriptors); RRID:SCR_014897
GaussView 5Gaussian, Inc., Wallingford, CT, USAN/A (software)Used for visualization of optimized structures and orbital energies; RRID: N/A
Glide (2022-1)Schrödinger, LLCN/A (software)Docking software used for receptor grid generation and extra-precision (XP) molecular docking; RRID:SCR_000187
GraphPad Prism, version 9GraphPad Software, Boston, MA, USAN/A (software)Used for IC50 regression analysis and statistical evaluation of enzyme inhibition data; RRID:SCR_002798
HydrazineSigma-Aldrich225819Reagent used for conversion of ester to benzohydrazide
L(+)-GlutamineSigma-AldrichG3126Reagent used in biological evaluation studies
LigPrep (2022-1)Schrödinger, LLCN/A (software)Used for ligand structure optimization and 3D conformer generation; RRID:SCR_016746
Lithium HydrideSigma-Aldrich201049Catalyst used for activation of thiol group in substitution reactions
Maestro (v13.2, Schrödinger Release 2022-1)Schrödinger, LLCN/A (software)Molecular modeling suite used for protein/ligand structure preparation and visualization; RRID:SCR_016748
MethanolSigma-Aldrich34860Solvent used in purification and biological assay preparations
n-HexaneMerck104391Non-polar mobile phase component in TLC analysis
OPLS-2005 / OPLS-AASchrödinger, LLCN/A (force field)Force field used for energy minimization of protein and ligand structures; RRID: N/A
Phenyl IsothiocyanateMerck807028Reagent used in synthesis of triazole derivatives
Protein Preparation Wizard (2022-1)Schrödinger, LLCN/A (software)Used for receptor structure refinement prior to docking; RRID:SCR_016749
Sodium HydroxideSigma-Aldrich221465Base used for pH adjustment and reaction neutralization
Sulfuric AcidBDH10276Acid catalyst used in esterification step under reflux conditions
TrimethylamineRiedel-de Haen22129Organic base used during synthesis of substituted derivatives
VESTA, version 3.5.8Momma & Izumi (developers); freely distributedN/A (software)Used for visualization of molecular electrostatic potential (MESP) and HOMO-LUMO surface maps; RRID: N/A
```

Kaynaklar

  1. Siddiqui SZ, et al. BSA binding, molecular docking, and in vitro biological screening of new 1,2,4-triazole heterocycles bearing an azinane nucleus. Pak J Pharm Sci. 2020;33(1):149-160.
  2. Khalilullah H, Ahsan MJ, Hedaitullah M, Khan S, et al. 1,3,4-Oxadiazole: A biologically active scaffold. Mini Rev Med Chem. 2012;12(8):789-801.
  3. Wang JJ, Sun W, Jia WD, Bian M, et al. Research progress on the synthesis and pharmacology of 1,3,4-oxadiazole and 1,2,4-oxadiazole derivatives: A mini review. J Enzyme Inhib Med Chem. 2022;37(1):2304-2319.
  4. Glomb T, Świątek P. Antimicrobial activity of 1,3,4-oxadiazole derivatives. Int J Mol Sci. 2021;22(13):6979.
  5. Glomb T, Szymankiewicz K, Świątek P. Anti-cancer activity of derivatives of 1,3,4-oxadiazole. Molecules. 2018;23(12):3361.
  6. Aggarwal R, Sumran G. An insight into the medicinal attributes of 1,2,4-triazoles. Eur J Med Chem. 2020;205:112652.
  7. Strzelecka M, Świątek P. 1,2,4-Triazoles as important antibacterial agents. Pharmaceuticals (Basel). 2021;14(3):224.
  8. Kumar S, Khokra SL, Yadav A. Triazole analogues as potential pharmacological agents: A brief review. Future J Pharm Sci. 2021;7(1):106.
  9. Raza A, et al. Deep learning in drug discovery: A futuristic modality to materialize large datasets for cheminformatics. J Biomol Struct Dyn. 2023;41(18):9177-9192.
  10. Liu SK, et al. Discovery of new α-glucosidase inhibitors: Structure-based virtual screening and biological evaluation. Front Chem. 2021;9:639279.
  11. Lebovitz HE. Alpha-glucosidase inhibitors. Endocrinol Metab Clin North Am. 1997;26(3):539-551.
  12. Rego YF, et al. A review on the development of urease inhibitors as antimicrobial agents against pathogenic bacteria. J Adv Res. 2018;13:69-100.
  13. Daud S, et al. Design, synthesis, in vitro evaluation, and docking studies of ibuprofen-derived 1,3,4-oxadiazole derivatives as dual α-glucosidase and urease inhibitors. Med Chem Res. 2022;31(2):316-336.
  14. Chapdelaine P, Tremblay RR, Dubé JY. p-Nitrophenyl-α-D-glucopyranoside as a substrate for measurement of maltase activity in human semen. Clin Chem. 1978;24(2):208-211.
  15. Manoharan A, et al. N-Acetylcysteine prevents catheter occlusion and inflammation in catheter-associated urinary tract infections by suppressing urease activity. Front Cell Infect Microbiol. 2023;13:1216798.
  16. Lakowicz JR. Principles of Fluorescence Spectroscopy. 3rd ed. Springer; New York, NY; 2006.
  17. Atkins P, de Paula J, Keeler J. Atkins' Physical Chemistry. 11th ed. Oxford University Press; Oxford, UK; 2018.
  18. DeLano WL. PyMOL: An open-source molecular graphics tool. CCP4 Newsl Protein Crystallogr. 2002;40:82-92.
  19. Discovery Studio Visualizer, Version 2.0. Accelrys Software Inc.; San Diego, CA; 2005.
  20. Tirado-Rives J, Jorgensen WL. Performance of B3LYP density functional methods for a large set of organic molecules. J Chem Theory Comput. 2008;4(2):297-306.
  21. Takano Y, Houk KN. Benchmarking the conductor-like polarizable continuum model (CPCM) for aqueous solvation free energies of neutral and ionic organic molecules. J Chem Theory Comput. 2005;1(1):70-77.
  22. Parr RG, Szentpály LV, Liu S. Electrophilicity index. J Am Chem Soc. 1999;121(9):1922-1924.
  23. Daina A, Michielin O, Zoete V. SwissADME: A free web tool to evaluate pharmacokinetics, drug-likeness, and medicinal chemistry friendliness of small molecules. Sci Rep. 2017;7(1):42717.
  24. Wang YN, et al. Synthesis and biological evaluation of triazolones/oxadiazolones as novel urease inhibitors. Bioorg Med Chem. 2024;102:117656.
  25. Mehdi K, et al. Molecular docking and in vitro studies of synthesized oxadiazole derivatives as urease inhibitors. J Math Fundam Sci. 2025;57(1):1-23.
  26. Aziz M, et al. Phytochemical, pharmacological, and in silico molecular docking studies of Strobilanthes glutinosus Nees: An unexplored source of bioactive compounds. S Afr J Bot. 2022;147:618-627.
  27. Khan KM, et al. Biochemical, toxicological, and in silico aspects of Trillium govanianum Wall. ex D. Don (Trilliaceae): A rich source of natural bioactive compounds. Chem Biodivers. 2024;21(1):e202301375.
  28. Bibi H, et al. Isolation and characterization of bioactive constituents from Withania coagulans Dunal with antioxidant and multifunctional enzyme inhibition potential, supported by docking, molecular dynamics, and DFT studies. RSC Adv. 2025;15(56):48566-48584.
  29. Khurm M, Guo Y, Wu Q, Zhang X, et al. Conocarpus lancifolius (Combretaceae): Pharmacological effects, LC-ESI-MS/MS profiling and in silico. attributes. Metabolites. 2023;13(7):794.
  30. Abdo MA, Badawy SA, Fadda AA, Elmorsy MR. Design, synthesis, structural characterization, and antioxidant potential of novel triazole- and oxadiazole-based hydrazide-hydrazone derivatives: spectroscopic, DFT, and molecular docking studies. BMC Chem. 2025;19:192.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

KimyaSay 234Say 234Bo De erSayOksadiazollerTriazollerAmidik ekirdekalpha GlikozidazDFTFMOMEP ve K resel reaktivite parametresi

İlgili makaleler