Tổng hợp và docking phân tử các dẫn xuất curcumin từ p-hydoxybenzaldehyde

Đồ án tổng hợp và docking phân tử các dẫn xuất curcumin tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2019

• Tác giả: Võ Hoàng Ái Vy
• Người hướng dẫn: Hoàng Minh Hảo
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Tổng hợp và docking phân tử các dẫn xuất curcumin từ p-hydoxybenzaldehyde
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu dẫn xuất curcumin tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM mở ra hướng đi khoa học triển vọng. Nghiên cứu do sinh viên Võ Hoàng Ái Vy thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Hoàng Minh Hảo vào tháng 07/2019. Trọng tâm của đề tài là tổng hợp và docking phân tử các dẫn xuất curcumin từ p-hydroxybenzaldehyde. Curcumin là hợp chất polyphenol tự nhiên chiết xuất từ củ nghệ vàng. Chất này sở hữu nhiều đặc tính sinh học quý giá như kháng viêm, chống oxy hóa và ngăn ngừa khối u ác tính. Tuy nhiên, curcumin tự nhiên kém bền và hấp thu kém trong cơ thể. Do đó, việc tổng hợp các dẫn xuất mới là yêu cầu cấp thiết của ngành hóa dược. Nghiên cứu kết hợp thực nghiệm hóa hữu cơ với mô phỏng tính toán vi tính hiện đại. Mô hình docking phân tử cho phép đánh giá trước ái lực gắn kết của phân tử với các protein đích. Cách tiếp cận này giúp rút ngắn thời gian và tiết kiệm chi phí thử nghiệm tiền lâm sàng đáng kể. Kết quả mang lại giá trị học thuật cao cho nhà trường.

1.1. Bối cảnh đề tài tốt nghiệp tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật

Đề tài tốt nghiệp được thực hiện tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Sinh viên Võ Hoàng Ái Vy tiến hành nghiên cứu dưới sự dẫn dắt chuyên môn của thầy Hoàng Minh Hảo. Mục tiêu trọng tâm là tạo ra các phân tử lai hóa có hoạt tính sinh học vượt trội hơn curcumin gốc. Quá trình làm việc tại phòng thí nghiệm đòi hỏi quy trình phản ứng chuẩn xác và kỹ thuật phân tích hiện đại. Đề tài kết nối chặt chẽ giữa lý thuyết hóa dược đại cương và thực hành nghiên cứu chuyên sâu. Sản phẩm nghiên cứu đánh dấu bước tiến trong hoạt động đào tạo kỹ sư công nghệ hóa chất lượng cao.

1.2. Xu hướng chuyển đổi cấu trúc curcumin trong y dược

Curcumin là hoạt chất tự nhiên nổi bật với khả năng chống khối u và chống viêm mạnh mẽ. Dù vậy, phân tử gốc phân hủy nhanh trong môi trường kiềm và đào thải nhanh qua gan. Giới khoa học quốc tế đẩy mạnh việc tổng hợp các dẫn xuất tương tự để khắc phục nhược điểm này. Thay đổi cấu trúc tại cầu nối beta-diketone hoặc vòng thơm mang lại độ ổn định cao hơn. Đề tài đã khai thác tiền chất p-hydroxybenzaldehyde nhằm tạo ra khung phân tử mới bền vững. Sự kết hợp này bảo tồn dược tính cốt lõi nhưng cải thiện rõ rệt dược động học phân tử. Đây là xu hướng then chốt trong quy trình phát triển thuốc chữa bệnh từ nguồn gốc thiên nhiên hiện nay.

II. Thách thức sinh học và hạn chế tự nhiên của dẫn xuất curcumin

Hợp chất curcumin tự nhiên vấp phải nhiều rào cản sinh khả dụng trong thực tế điều trị. Phân tử này tan rất kém trong nước ở điều kiện sinh lý bình thường. Khi đi vào đường tiêu hóa, phần lớn hoạt chất bị chuyển hóa nhanh chóng hoặc bị đào thải ra ngoài. Nồng độ curcumin trong huyết tương luôn ở mức rất thấp, làm giảm hiệu quả trị liệu thực sự. Bên cạnh đó, khung phân tử chứa liên kết beta-diketone kém bền, dễ đứt gãy dưới ánh sáng và pH sinh lý. Các nhà nghiên cứu hóa học đối mặt với thử nghiệm kéo dài để tìm ra dẫn xuất ổn định. Nếu không có công cụ tính toán dự báo, việc thử nghiệm ngẫu nhiên hàng loạt dẫn xuất gây tốn kém hóa chất và thời gian. Quá trình tách chiết và tinh sạch sản phẩm sau phản ứng ngưng tụ cũng tiềm ẩn nhiều khó khăn kỹ thuật. Tạp chất và hiệu suất thấp thường cản trở việc thu nhận dẫn xuất tinh khiết. Do đó, việc xác định rõ các nhược điểm này là cơ sở then chốt để xây dựng giải pháp tối ưu.

2.1. Rào cản về sinh khả dụng và độ bền hóa học của curcumin

Cấu trúc hóa học của curcumin tự nhiên chứa nhóm dienone liên hợp đặc trưng. Cấu trúc này dễ bị thoái hóa trong dung dịch nước có pH từ trung tính đến kiềm. Tốc độ chuyển hóa qua gan diễn ra nhanh chóng thông qua các phản ứng liên hợp glucuronide và sulfate. Sự suy giảm nồng độ này khiến hoạt chất không đạt được ngưỡng ức chế sinh học cần thiết. Ngoài ra, độ hòa tan trong nước cực thấp (dưới 1 microgram trên mỗi mililít) hạn chế quá trình hấp thu qua thành ruột. Những rào cản này buộc các nhà nghiên cứu phải tiến hành biến tính cấu trúc phân tử. Biến đổi khung phân tử tạo điều kiện duy trì nồng độ thuốc trong huyết tương ổn định hơn.

2.2. Khó khăn trong thực nghiệm sàng lọc phân tử truyền thống

Quy trình nghiên cứu phát triển thuốc theo lối cổ điển đòi hỏi nguồn lực khổng lồ. Việc tổng hợp hóa học ngẫu nhiên hàng chục biến thể phân tử gây lãng phí dung môi đắt tiền. Các thử nghiệm in vitro trên dòng tế bào sống cũng tiêu tốn thời gian kiểm định kéo dài. Hơn nữa, việc đánh giá cơ chế tương tác ở cấp độ nguyên tử bằng thực nghiệm gặp nhiều hạn chế. Thiếu công cụ định hướng không gian khiến việc tối ưu hóa cấu trúc mất phương hướng rõ ràng. Nghiên cứu thực nghiệm đơn thuần không thể lý giải chi tiết vị trí gắn kết vào thụ thể đích. Sự ra đời của tin sinh học và hóa tin học là giải pháp tất yếu để giải quyết bế tắc này.

III. Phương pháp tổng hợp và docking phân tử dẫn xuất curcumin mới

Đề tài giải quyết bài toán đặt ra bằng chiến lược kết hợp thực nghiệm và mô phỏng điện toán. Tác giả sử dụng p-hydroxybenzaldehyde làm tiền chất chính để tạo chuỗi dẫn xuất curcumin mới. Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt có xúc tác bazơ hoặc axit được triển khai có kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt. Sản phẩm tạo thành được kiểm tra độ tinh khiết qua sắc ký lớp mỏng và tinh chế bằng kết tinh lại. Cấu trúc hóa học của các hợp chất tổng hợp được xác định qua quang phổ hồng ngoại FTIR và cộng hưởng từ hạt nhân NMR. Song song đó, phương pháp docking phân tử được sử dụng để khảo sát cơ chế sinh học. Tác giả đưa cấu trúc 3D của các dẫn xuất vào khoang gắn kết của enzyme và thụ thể mục tiêu. Phần mềm chuyên dụng tính toán năng lượng liên kết tự do và nhận diện các tương tác hydro, tương tác kỵ nước. Nhờ vậy, nghiên cứu nhanh chóng xác định các ứng viên phân tử có tiềm năng ức chế tế bào bệnh mạnh nhất. Quy trình tích hợp này thể hiện tính khoa học chặt chẽ và tính ứng dụng cao.

3.1. Quy trình tổng hợp hữu cơ từ tiền chất p hydroxybenzaldehyde

Quá trình tổng hợp hữu cơ bắt đầu từ phản ứng giữa p-hydroxybenzaldehyde với acetylacetone hoặc ketone tương ứng. Tác giả tiến hành phản ứng trong dung môi hữu cơ thích hợp dưới sự hiện diện của chất xúc tác. Hỗn hợp phản ứng được khuấy đều ở nhiệt độ tối ưu nhằm ngăn ngừa sự hình thành sản phẩm phụ. Sự biến đổi màu sắc và kết tủa báo hiệu phản ứng ngưng tụ diễn ra thành công. Tinh thể thô thu được qua phễu lọc Buchner trước khi tiến hành rửa sạch tạp chất. Sau đó, sản phẩm được tái kết tinh trong cồn để thu hoạt chất tinh khiết nhất. Các kỹ thuật phổ nghiệm khẳng định khung cấu trúc curcuminoid mục tiêu đã được hình thành trọn vẹn.

3.2. Ứng dụng mô phỏng docking phân tử sàng lọc thụ thể đích

Mô phỏng docking phân tử là bước tiến mang tính quyết định trong thiết kế thuốc hiện đại. Nghiên cứu sử dụng phần mềm điện toán chuyên sâu như AutoDock để tính toán mức năng lượng liên kết. Cấu trúc protein đích được chuẩn bị kỹ lưỡng thông qua việc loại bỏ phân tử nước và bổ sung điện tích chuẩn. Các dẫn xuất curcumin được xoay linh hoạt nhằm tìm vị trí khớp tốt nhất với tâm hoạt động của enzyme. Điểm số docking âm càng sâu chứng tỏ liên kết càng bền chặt và hiệu quả ức chế càng cao. Thuật toán mô phỏng cung cấp bản đồ tương tác chi tiết về liên kết hydro và lực van der Waals. Nhờ vậy, đề tài định danh chính xác phân tử có triển vọng sinh học mạnh mẽ nhất.

IV. Tiềm năng ứng dụng và kết quả phát triển dẫn xuất curcumin y học

Đồ án tốt nghiệp tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu đặt ra. Tác giả đã tổng hợp thành công các dẫn xuất curcumin mới từ tiền chất p-hydroxybenzaldehyde với độ tinh khiết cao. Kết quả phân tích phổ chứng minh cấu trúc hóa học hoàn toàn phù hợp với dự đoán lý thuyết ban đầu. Dữ liệu docking phân tử chỉ ra nhiều biến thể có ái lực gắn kết thụ thể vượt trội so với curcumin gốc. Những dẫn xuất này cho thấy tiềm năng kháng viêm, chống oxy hóa và ngăn chặn tăng sinh tế bào ác tính rất rõ rệt. Đề tài mở ra cơ sở dữ liệu quan trọng cho các thử nghiệm sinh học in vitro và in vivo tiếp theo. Phương pháp nghiên cứu tích hợp giữa thực nghiệm tổng hợp và mô phỏng số đem lại giải pháp tiết kiệm chi phí cho phòng thí nghiệm. Đây là minh chứng rõ nét cho chất lượng đào tạo và năng lực nghiên cứu khoa học của sinh viên trường kỹ thuật. Đề tài góp phần thúc đẩy ứng dụng hóa học xanh trong bào chế dược phẩm tương lai.

4.1. Đóng góp học thuật cho ngành kỹ thuật hóa dược nhà trường

Công trình của sinh viên Võ Hoàng Ái Vy đóng góp tích cực vào nguồn tư liệu nghiên cứu của nhà trường. Đề tài khẳng định hiệu quả phối hợp giữa phương pháp thực nghiệm truyền thống và công nghệ mô phỏng tiên tiến. Các quy trình tổng hợp và thông số phân tích quang phổ được ghi chép có hệ thống rõ ràng. Đây là tài liệu tham khảo giá trị cho các khóa sinh viên chuyên ngành Công nghệ Hóa học tiếp theo. Hướng nghiên cứu tạo tiền đề xây dựng thêm nhiều đề tài phát triển dược chất mới từ nguồn thực vật dồi dào. Thành công này phản ánh định hướng nghiên cứu ứng dụng đúng đắn của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

4.2. Triển vọng ứng dụng lâm sàng và sản xuất dược phẩm sinh học

Các dẫn xuất curcumin mới mở ra triển vọng to lớn trong điều trị ung thư và các bệnh viêm mạn tính. Việc cải thiện độ bền phân tử giúp tăng nồng độ hoạt chất khi hấp thu vào cơ thể người bệnh. Dữ liệu docking là cơ sở định hướng các thử nghiệm độc tính tế bào và dược động học lâm sàng. Trong tương lai, các hoạt chất này có thể ứng dụng trong sản xuất thuốc viên nang hoặc hệ dẫn truyền nano. Công nghệ nano kết hợp dẫn xuất curcuminoid hứa hẹn nâng cao tối đa hiệu quả trị liệu trúng đích. Dự án đặt nền móng cho việc thương mại hóa các sản phẩm chăm sóc sức khỏe có giá trị cao từ hợp chất tự nhiên.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Curcumin là hợp chất polyphenol tự nhiên chiết xuất từ củ nghệ vàng (Curcuma longa L., họ Gừng Zingiberaceae). Dược chất này đã được chứng minh sở hữu nhiều hoạt tính sinh học giá trị như kháng oxy hóa, kháng viêm, kháng khuẩn, chống đông máu và ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư. Dù có tiềm năng dược lý lớn, việc ứng dụng curcumin trong điều trị gặp nhiều trở ngại do phân tử này kém tan trong nước (độ tan dưới 10 mg/L ở 25°C), kém bền vững dưới tác động của nhiệt độ và ánh sáng khi ở dạng dung dịch, cũng như có sinh khả dụng thấp. Để khắc phục các hạn chế này, hướng nghiên cứu biến tính hóa học cấu trúc curcumin—đặc biệt là biến đổi hệ mạch hở 1,3-diketone kém bền thành dị vòng pyrazole và thay đổi nhóm thế trên nhân thơm—đang nhận được sự quan tâm lớn nhằm nâng cao độ bền hóa học và hoạt tính sinh học.

Khóa luận tốt nghiệp "Tổng hợp và docking phân tử các dẫn xuất curcumin từ p-hydroxybenzaldehyde" (mã số HC.10) được thực hiện bởi sinh viên Võ Hoàng Ái Vy, dưới sự hướng dẫn của TS. Hoàng Minh Hảo tại Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Mục tiêu tổng quát của đề tài là tổng hợp toàn phần các dẫn xuất curcumin chứa dị vòng pyrazole từ tiền chất ban đầu p-hydroxybenzaldehyde, đồng thời mô phỏng tương tác liên kết của các dẫn xuất này với mục tiêu sinh học điều hòa chu kỳ tế bào CDK2 nhằm định hướng cho việc phát triển thuốc kháng ung thư.

Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản giao cụ thể gồm 3 nội dung:

1. Tổng hợp thành công 03 dẫn xuất curcumin từ p-hydroxybenzaldehyde (ký hiệu AV01, AV02 và AV03).
2. Xác định cấu trúc hóa học của 03 dẫn xuất bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H}$-NMR, $^{13}\text{C}$-NMR, HSQC) và khối phổ (MS).
3. Xác định các tương tác giữa các dẫn xuất tổng hợp với protein cyclin-dependent kinase 2 (CDK2, mã PDB: 2R3I) bằng phương pháp docking phân tử.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Phản ứng ngưng tụ aldol tổng hợp khung curcuminoid đối xứng từ p-hydroxybenzaldehyde; phản ứng dị vòng hóa đóng vòng pyrazole giữa nhóm 1,3-diketone với hydrazine hydrate và phenylhydrazine hydrochloride; tương tác in silico giữa các phối tử tổng hợp với protein kinase CDK2.
• Phạm vi không gian: Thực nghiệm tổng hợp, tinh chế và mô phỏng tính toán được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh; dữ liệu phổ nghiệm NMR và MS được phân tích tại Phòng NMR, Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Hà Nội).
• Phạm vi thời gian: Đề tài được giao ngày 22/02/2019 và hoàn thành bảo vệ vào ngày 19/07/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận kết hợp hai mảng kiến thức nền tảng: lý thuyết tổng hợp hóa dược hữu cơ và phương pháp mô phỏng hóa tin sinh học (molecular docking).

Về cơ sở lý thuyết hóa học và sinh học:

• Hóa học curcuminoid: Hỗn hợp curcuminoid tự nhiên gồm ba thành phần chính: curcumin (chiếm khoảng 77%, khối lượng phân tử $M = 368\text{ g/mol}$), demethoxycurcumin (DMC, chiếm 17%, $M = 338\text{ g/mol}$) và bisdemethoxycurcumin (BDMC, chiếm 3%, $M = 308\text{ g/mol}$). Mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính (SAR) chỉ ra rằng hai vòng polyphenol quyết định hoạt tính kháng oxy hóa thông qua nhóm hydroxyl dạng para, nối đôi liên hợp $\text{C}=\text{C}$ mang hoạt tính kháng viêm, trong khi mạch 1,3-diketone tham gia ức chế tế bào ác tính nhưng là nguyên nhân gây kém bền. Việc chuyển đổi mạch diketone thành vòng dị vòng 5 cạnh (pyrazole hoặc isoxazole) giúp duy trì cấu trúc không gian phẳng, tăng khả năng ức chế chọn lọc protein kinase mà không làm mất đi hoạt tính sinh học.
• Protein Cyclin-Dependent Kinase 2 (CDK2): CDK2 là enzyme thuộc họ serine/threonine protein kinase phụ thuộc cyclin, có chức năng chuyển nhóm phosphate từ ATP đến các gốc acid amin đặc hiệu trên protein đích, điều hòa trực tiếp các pha chuyển tiếp trong chu kỳ tế bào. Sự hoạt hóa bất thường của CDK2 dẫn đến sự tăng sinh mất kiểm soát của tế bào ung thư, biến protein này thành mục tiêu tác động quan trọng trong thiết kế thuốc chống ung thư.
• Lý thuyết docking phân tử: Sử dụng mô hình mô phỏng in silico để dự đoán cấu dạng gắn kết tối ưu của phối tử (ligand) vào khoang hoạt động của protein thụ thể (receptor), tính toán năng lượng tự do liên kết (Docking Score - DS) và đánh giá độ tái lặp thông qua chỉ số độ lệch căn bậc hai trung bình (RMSD).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và công cụ tính toán:

• Phương pháp tổng hợp hữu cơ: Tổng hợp tác chất phụ trợ tri-n-butyl borate từ acid boric và n-butanol; phản ứng ngưng tụ biến tính theo phương pháp Pabon giữa acetylacetone và p-hydroxybenzaldehyde dưới sự hỗ trợ của boron oxide ($\text{B}_2\text{O}_3$), tri-n-butyl borate và xúc tác n-butylamine; phản ứng đóng vòng pyrazole trong môi trường acid acetic đun hồi lưu.
• Phương pháp tách và tinh chế: Sử dụng sắc ký bản mỏng (TLC) trên bản nhôm silica gel để theo dõi tiến trình phản ứng; phương pháp sắc ký cột cổ điển (Column Chromatography - CC) với pha tĩnh silica gel tỷ lệ khối lượng 25:1 so với khối lượng chất rắn thô, tỷ lệ hình học cột (chiều cao : đường kính) là 8:1.
• Phương pháp phân tích cấu trúc: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1\text{H}$-NMR và $^{13}\text{C}$-NMR (tần số 500 MHz, dung môi $\text{CDCl}_3$); phổ tương quan dị nhân qua một liên kết HSQC; phổ khối lượng (MS).
• Phương pháp mô phỏng phân tử: Phần mềm ChemDraw để vẽ cấu trúc hóa học; phần mềm Molecular Operating Environment (MOE 2008.10) để tối ưu hóa năng lượng phối tử (ngưỡng hội tụ biến thiên năng lượng $\Delta E \le 0,05\text{ kJ/mol}$) và chạy mô phỏng docking; cấu trúc tinh thể protein CDK2 đồng kết tinh với phối tử SCF được tải từ Ngân hàng Dữ liệu Protein (PDB ID: 2R3I, độ phân giải tinh thể $1,28\text{ \AA}$).

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm số liệu thực nghiệm phòng thí nghiệm (khối lượng, thể tích, tỷ lệ mol, hiệu suất phản ứng), dữ liệu phổ nghiệm đo thực tế và tệp tọa độ cấu trúc đại phân tử 2R3I từ Protein Data Bank.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở tài liệu về củ nghệ vàng (Curcuma longa L.) và thành phần curcuminoid. Tác giả tổng hợp chi tiết các cơ chế hoạt tính sinh học của curcumin: khả năng bẫy gốc tự do (superoxide, hydroxyl) ngăn ngừa peroxide hóa lipid màng tế bào; khả năng kháng viêm thông qua việc ức chế các enzyme cyclooxygenase (COX) và lipoxygenase (LOX), ngăn cản quá trình chuyển hóa acid arachidonic sinh histamine; tính chất kháng đông máu do cản trở sự kết tụ tiểu cầu với liều dùng đường uống lên tới 200 mg/kg; khả năng ức chế vi khuẩn Staphylococcus aureus ở nồng độ 2,5–50 mg/100 mL cồn.

Chương này trình bày sâu về cấu trúc và vai trò sinh học của CDK2, chỉ rõ cơ chế vận chuyển phosphate từ ATP gắn vào serine/threonine. Về tình hình nghiên cứu, tác giả tổng thuật các công trình trong nước (Đặng Thị Mỹ Lệ và Đỗ Thị Xuân Vui tổng hợp dẫn xuất imine HBTC, DFPHC; Phan Thị Hoàng Anh và cộng sự tổng hợp 30 dẫn xuất isoxazole và pyrazole curcuminoid với hoạt tính độc tế bào cao trên dòng ung thư gan HepG2 và ung thư tuyến tiền liệt PC3) và các công trình quốc tế (M. Lozada-García tổng hợp dẫn xuất pyrazole và isoxazole ức chế dòng tế bào ung thư U-251 MG, PC-3, HCT-15, K562, SKLU-1; dữ liệu tổng quan 728 dẫn xuất curcumin giai đoạn 1815–2009). Đặc biệt, chương 1 viện dẫn kết quả docking của các nghiên cứu trước bằng phần mềm GOLD, chứng minh phân tử curcumin tự nhiên không gắn kết tốt tại vị trí liên kết ATP của CDK2, CDK4 và CDK6 do thiếu hụt tương tác ức chế đặc hiệu, khẳng định sự cần thiết phải biến tính gắn nhân pyrazole.

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất (xuất xứ Acros Organics, Merck, Trung Quốc) và các thiết bị sử dụng (tủ hút ESCO, tủ sấy Memmert, máy cô quay Yamato, buồng UV Vilber, cân phân tích 4 số lẻ Presica, thủy tinh DURAN). Quy trình thực nghiệm gồm 4 bước kỹ thuật chính:

1. Tổng hợp tri-n-butyl borate: Đun hồi lưu hỗn hợp 62 g $\text{H}_3\text{BO}_3$ và 450 mL n-butanol trong bình đáy tròn 1,0 L; chưng cất thu 250 mL chất lỏng đầu, bổ sung tiếp 200 mL n-butanol và tiếp tục chưng cất đến khi nhiệt độ hơi nhảy vọt từ 117°C lên 150°C rồi chạm mốc 225°C sau 2 phút; làm nguội và thu sản phẩm bảo quản kín.
2. Tổng hợp dẫn xuất AV01: Cho vào bình cầu hai cổ gồm ethyl acetate (50 mL), acetylacetone ($2,0\text{ g} = 20,0\text{ mmol}$), $\text{B}_2\text{O}_3$ ($1,4\text{ g} = 20,0\text{ mmol}$), p-hydroxybenzaldehyde ($4,9\text{ g} = 40,0\text{ mmol}$) và tri-n-butyl borate ($18\text{ g} = 80,0\text{ mmol}$). Khuấy gia nhiệt ở 80°C trong 30 phút, sau đó nhỏ giọt dung dịch n-butylamine ($0,7\text{ g} = 9,0\text{ mmol}$) trong 5 mL ethyl acetate qua kim tiêm suốt 30 phút. Phản ứng duy trì ở 80°C trong 4 giờ, kiểm tra bằng TLC. Phức Bo được thủy phân bằng 25 mL dung dịch HCl 1M ở 80°C trong 1 giờ. Chiết bằng ethyl acetate ($3 \times 25\text{ mL}$), làm khan bằng $\text{Na}_2\text{SO}_4$, cô quay chân không thu chất rắn.
3. Tổng hợp dẫn xuất AV02 và AV03: Phản ứng đóng vòng pyrazole thực hiện trong 10 mL $\text{CH}_3\text{COOH}$ tại 80°C. Với AV02, phối trộn 0,20 g AV01 (0,65 mmol) với 0,065 g hydrazine hydrate (1,30 mmol), phản ứng kết thúc sau 7 giờ. Với AV03, phối trộn 0,20 g AV01 (0,65 mmol) với 0,19 g phenylhydrazine hydrochloride (1,30 mmol), phản ứng hoàn tất sau 9 giờ. Cả hai sản phẩm đều được chiết bằng dichloromethane ($3 \times 15\text{ mL}$), làm khan và cô đuổi dung môi.
4. Quy trình docking trên MOE: Xử lý cấu trúc protein 2R3I (loại bỏ nước không liên kết, proton hóa hệ thống); tiến hành redocking phối tử đồng kết tinh SCF để thẩm định phương pháp; cực tiểu hóa năng lượng các ligand; thiết lập thông số docking và xuất 10 cấu dạng có điểm năng lượng liên kết âm nhất.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 diễn giải cơ chế phản ứng hóa học và biện luận phổ nghiệm xác định cấu trúc:

• Cơ chế phản ứng: $\text{B}_2\text{O}_3$ phản ứng với dạng enol của acetylacetone tạo phức boron trung gian nhằm bảo vệ nhóm methylen ở giữa khỏi bị ngưng tụ nhánh và kích hoạt hai nhóm methyl đầu mạch; tri-n-butyl borate đóng vai trò bẫy nước sinh ra trong quá trình ngưng tụ; n-butylamine đóng vai trò xúc tác base tách proton tạo carbanion tấn công vào nhóm carbonyl của p-hydroxybenzaldehyde; acid HCl thủy phân giải phóng khung diketone tự do AV01. Cơ chế đóng vòng pyrazole trải qua sự tấn công ái nhân của nhóm amine vào carbonyl bị acid hóa, tạo dẫn xuất carbinolamine trung hòa, tiếp nối bằng phản ứng tách nước hình thành liên kết $\text{C}=\text{N}$ và khép vòng thơm hóa dị vòng pyrazole.
• Biện luận cấu trúc dẫn xuất AV01: Thu được 1,4 g chất rắn màu cam (hiệu suất 40%, $\text{C}{19}\text{H}{16}\text{O}_4$, $M = 310\text{ g/mol}$). TLC hệ hexan : ethyl acetate (6:4). Phổ $^1\text{H}$-NMR ($\text{CDCl}_3$): $\delta = 10,05\text{ ppm}$ ($s, 2\text{H}, -\text{OH}$ phenol); $6,040\text{ ppm}$ ($s, 1\text{H}, \text{H}_1$ dạng enol); hai cặp mũi đôi proton bất bão hòa vị trí trans gồm $\delta = 6,699\text{--}6,668\text{ ppm}$ ($d, 2\text{H}, J = 15,5\text{ Hz}$) và $\delta = 7,568\text{--}7,531\text{ ppm}$ ($d, 2\text{H}, J = 16,0\text{ Hz}$); các proton nhân thơm vị trí ortho tại $\delta = 6,832\text{--}6,815\text{ ppm}$ ($d, 4\text{H}, J = 8,5\text{ Hz}$) và $\delta = 7,563\text{--}7,551\text{ ppm}$ ($J = 8,5\text{ Hz}$). Phổ $^{13}\text{C}$-NMR xuất hiện 8 tín hiệu: mũi carbonyl ở $\delta = 183,14\text{ ppm}$, carbon $\text{C}_1$ ở $\delta = 100,85\text{ ppm}$, 4 tín hiệu carbon thơm và 2 tín hiệu carbon olefin (do tính chất đối xứng phân tử làm trùng lặp tín hiệu).
• Biện luận cấu trúc dẫn xuất AV02: Thu được 119 mg chất rắn màu vàng chanh (hiệu suất 60%, $\text{C}{19}\text{H}{18}\text{O}_2\text{N}_2$, $M = 306\text{ g/mol}$, điểm nóng chảy $\text{Mp} = 270,6^\circ\text{C}$). TLC hệ hexan : ethyl acetate (5:5). Phổ $^1\text{H}$-NMR ghi nhận proton $\text{C}_1$ dị vòng pyrazole tại $\delta = 6,625\text{ ppm}$ ($s, 1\text{H}$); hai hệ liên kết olefin cấu hình trans tại $\delta = 7,058\text{--}7,025\text{ ppm}$ ($d, 2\text{H}, J = 16,5\text{ Hz}$) và $\delta = 6,872\text{--}6,840\text{ ppm}$ ($d, 2\text{H}, J = 16,5\text{ Hz}$); proton vòng thơm tại $\delta = 6,782\text{--}6,765\text{ ppm}$ và $\delta = 7,377\text{--}7,360\text{ ppm}$ đều có hằng số ghép $J = 8,5\text{ Hz}$. Phổ $^{13}\text{C}$-NMR có 6 tín hiệu đặc trưng: carbon gắn nhóm $-\text{OH}$ tại $\delta = 157,35\text{ ppm}$ và carbon dị vòng tại $\delta = 99,18\text{ ppm}$. Phổ MS ghi nhận pic cơ bản ion phân tử ở $m/z = 305\text{ }[\text{M}^-]$. Phổ HSQC xác nhận tương quan giữa các nguyên tử H và C tương ứng.
• Biện luận cấu trúc dẫn xuất AV03: Thu được 91,0 mg chất rắn màu vàng chanh (hiệu suất 36%, $\text{C}{25}\text{H}{22}\text{O}_2\text{N}_2$, $M = 382\text{ g/mol}$). TLC hệ hexan : ethyl acetate (6:4). Phổ $^1\text{H}$-NMR xác định các liên kết trans qua các hằng số ghép $J = 16\text{ Hz}$ và $J = 16,5\text{ Hz}$; vùng nhân thơm mở rộng ghi nhận sự xuất hiện của nhóm phenyl thế trên nguyên tử nitơ với các tín hiệu đa mũi tích phân đủ 18 proton. Phổ $^{13}\text{C}$-NMR xuất hiện 16 tín hiệu (carbon phenolic tại $\delta = 157,35$ và $157,08\text{ ppm}$; carbon gốc phenyl tại $\delta = 139,13\text{ ppm}$; carbon liên kết nitơ tại $\delta = 142,51\text{ ppm}$; carbon vị trí số 10 tại $\delta = 99,18\text{ ppm}$). Phổ HSQC khẳng định cấu trúc không gian của AV03.
• Kết quả docking phân tử: Phép thử redocking ligand gốc SCF vào protein 2R3I cho giá trị $\text{RMSD} = 0,6653\text{ \AA}$ (đạt tiêu chuẩn khắt khe $\text{RMSD} < 2,0\text{ \AA}$), chứng thực độ tin cậy của bộ thông số cài đặt trên phần mềm MOE 2008.10. Kết quả docking các dẫn xuất cho thấy cả 3 phân tử đều khớp thành công vào khoang gắn kết của 2R3I, thiết lập mạng lưới tương tác kỵ nước và liên kết hydrogen chặt chẽ với các acid amin chủ chốt (như Lys33 và vùng bản lề nhận diện), chứng minh tiềm năng ức chế enzyme cao hơn so với phân tử curcumin tự nhiên dạng mạch hở.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Khóa luận tóm tắt các kết quả đạt được: hoàn thành quy trình tổng hợp 3 dẫn xuất curcumin tinh khiết từ p-hydroxybenzaldehyde, định danh đầy đủ cấu trúc hóa học qua dữ liệu phổ nghiệm đa chiều và xây dựng thành công mô hình docking phân tử với CDK2. Về kiến nghị, tác giả đề xuất tiếp tục thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro (khảo sát độc tính trên các dòng tế bào ung thư thực tế), tối ưu hóa thêm hiệu suất phản ứng đóng vòng và tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy cho các dẫn xuất chưa thực hiện.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã tổng hợp, tinh chế và định danh thành công 03 hợp chất dẫn xuất curcuminoid với các thông số hóa lý thực nghiệm cụ thể được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Mã dẫn xuất	Tên danh pháp hóa học	Công thức phân tử ($M$)	Khối lượng	Hiệu suất	Cảm quan / Nhiệt độ nóng chảy	Dữ liệu phổ nghiệm xác nhận
AV01	(1E,4Z,6E)-5-hydroxy-1,7-bis(3-hydroxyphenyl)hepta-1,4,6-trien-3-one	$\text{C}{19}\text{H}{16}\text{O}_4$ ($310\text{ g/mol}$)	1,4 g	40%	Chất rắn màu cam	$^1\text{H}$-NMR (8 tín hiệu phân tích), $^{13}\text{C}$-NMR (8 pic)
AV02	3,3'-((1E,1'E)-(4H-pyrazole-3,5-diyl)bis(ethane-2,1-diyl))diphenol	$\text{C}{19}\text{H}{18}\text{O}_2\text{N}_2$ ($306\text{ g/mol}$)	119 mg	60%	Chất rắn màu vàng chanh, $\text{Mp} = 270,6^\circ\text{C}$	$^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$-NMR (6 pic), HSQC, MS ($m/z = 305$)
AV03	3,3'-((1E,1'E)-(1-phenyl-1H-pyrazole-3,5-diyl)bis(ethane-2,1-diyl))diphenol	$\text{C}{25}\text{H}{22}\text{O}_2\text{N}_2$ ($382\text{ g/mol}$)	91,0 mg	36%	Chất rắn màu vàng chanh	$^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$-NMR (16 pic), HSQC

Về mô phỏng tính toán hóa tin, nghiên cứu đã thiết lập quy trình tính toán trên phần mềm MOE 2008.10 với độ chuẩn xác cao:

• Kết quả redocking phối tử đối chứng SCF vào cấu trúc tinh thể CDK2 (mã PDB: 2R3I) đạt sai số $\text{RMSD} = 0,6653\text{ \AA}$, nhỏ hơn nhiều so với ngưỡng chuẩn $2,0\text{ \AA}$, khẳng định phương pháp mô phỏng có độ tin cậy tuyệt đối.
• Xác định được khoang gắn kết và các vị trí tương tác đặc hiệu giữa các dẫn xuất pyrazole (AV02, AV03) với các acid amin trong túi gắn kết của CDK2 (đặc biệt là tương tác qua nitrogen của dị vòng và nhóm hydroxyl phenolic với gốc Lys33), giải quyết được bài toán phối tử không thể gắn kết bền vững của phân tử curcumin tự nhiên từng được ghi nhận trong các công bố trước.

Đóng góp thực tiễn và học thuật:

• Hoàn thiện quy trình tổng hợp chất trợ phản ứng tri-n-butyl borate quy mô phòng thí nghiệm và quy trình tổng hợp khung curcuminoid biến tính dùng xúc tác $\text{B}_2\text{O}_3$ / n-butylamine cho hiệu suất ổn định.
• Cung cấp bộ dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D ($^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$) và 2D (HSQC) cùng phổ khối lượng MS hoàn chỉnh của 03 dẫn xuất, đóng vai trò là tư liệu tham chiếu tin cậy cho các nghiên cứu tổng hợp hóa dược liên quan đến dẫn xuất pyrazole curcuminoid.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được chỉ ra trong phiếu nhận xét của Cán bộ hướng dẫn (TS. Hoàng Minh Hảo) và Cán bộ phản biện (PGS. TS. Lê Thị Hồng Nhan):

• Khóa luận còn tồn tại nhiều lỗi chính tả, cách dùng câu văn ở một số đoạn chưa sáng ý.
• Phần phân tích và thảo luận kết quả docking phân tử ở chương 3 chưa thực sự đi sâu vào việc giải thích chi tiết năng lượng tương tác của từng acid amin cụ thể đối với từng cấu dạng gắn kết.
• Tác giả chưa đo và công bố nhiệt độ nóng chảy của hợp chất AV01 và AV03, chỉ mới xác định được nhiệt độ nóng chảy của hợp chất AV02 ($270,6^\circ\text{C}$).

Hướng nghiên cứu tiếp theo dựa trên phạm vi nghiên cứu:

• Thực hiện đo điểm nóng chảy bổ sung cho AV01 và AV03 để hoàn thiện thông số hóa lý.
• Mở rộng thử nghiệm hoạt tính sinh học thực tế bằng các bài thử nghiệm in vitro: đánh giá khả năng ức chế trực tiếp enzyme CDK2 và thử nghiệm độc tính tế bào trên các dòng tế bào ung thư người (như HepG2, PC-3, HCT-15).
• Khảo sát phản ứng đóng vòng với các dẫn xuất hydrazine mang nhóm thế khác (như dẫn xuất nitro, halogen hoặc methoxy trên nhân thơm) nhằm xây dựng ngân hàng dữ liệu tương quan cấu trúc - hoạt tính toàn diện hơn.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu chuyên khảo thực nghiệm có giá trị đối với sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Hóa hữu cơ, Hóa dược và Hóa tin học:

• Quy trình tổng hợp hữu cơ: Tài liệu cung cấp thông số thực nghiệm chuẩn xác (tỷ lệ mol, nhiệt độ, thời gian, cách thức loại nước bằng borate ester và dung môi chiết tách) cho phản ứng điều chế curcuminoid biến tính và kỹ thuật khép vòng tạo dị vòng pyrazole.
• Biện luận phổ học: Phần phân tích phổ nghiệm chương 3 là tư liệu tham khảo chi tiết về phương pháp quy gán tín hiệu $^1\text{H}$-NMR và $^{13}\text{C}$-NMR đối với các phân tử hữu cơ có tính đối xứng trục hoặc đối xứng mặt phẳng, phân biệt vị trí đồng phân trans qua hằng số ghép spin-spin ($J = 15,5\text{--}16,5\text{ Hz}$).
• Phương pháp mô phỏng in silico: Cung cấp quy trình từng bước chuẩn hóa thụ thể protein từ PDB, kỹ thuật redocking tính toán chỉ số RMSD và phương pháp docking phân tử trên phần mềm MOE 2008.10.

Câu hỏi thường gặp

1. Vai trò của boron oxide ($\text{B}_2\text{O}_3$) và tri-n-butyl borate trong phản ứng tổng hợp dẫn xuất AV01 là gì?
Trong phản ứng tổng hợp AV01, boron oxide ($\text{B}_2\text{O}_3$) đóng vai trò tạo phức chelat Bo với dạng enol của acetylacetone nhằm bảo vệ nhóm methylen linh động ở vị trí $\text{C}_3$, ngăn chặn phản ứng ngưng tụ Knoevenagel không mong muốn tại vị trí này và định hướng phản ứng xảy ra tại hai nhóm methyl đầu mạch. Tri-n-butyl borate có chức năng hút nước sinh ra trong quá trình phản ứng ngưng tụ, bởi vì sự hiện diện của nước sẽ làm phân hủy phức chất Bo và làm suy giảm nghiêm trọng hiệu suất tạo thành sản phẩm.

2. Vì sao phổ $^{13}\text{C}$-NMR của AV01 và AV02 chỉ ghi nhận lần lượt 8 và 6 tín hiệu dù công thức phân tử có 19 nguyên tử carbon?
Phân tử AV01 và AV02 đều sở hữu cấu trúc đối xứng phân tử qua trục trung tâm của mạch chính hoặc vòng pyrazole. Do tính chất đối xứng này, các nguyên tử carbon ở hai nhánh đối diện (các carbon tương ứng trên hai vòng benzene và trên hai liên kết đôi $\text{C}=\text{C}$) có môi trường hóa học tương đương nhau, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng ở các vùng độ dịch chuyển hóa học ($\delta$) xấp xỉ nhau và chồng lấn tín hiệu, làm cho số lượng mũi ghi nhận thực tế trên phổ ít hơn tổng số nguyên tử carbon danh định.

3. Ý nghĩa của giá trị $\text{RMSD} = 0,6653\text{ \AA}$ trong thử nghiệm redocking là gì?
RMSD (Root Mean Square Deviation) là chỉ số đo độ lệch không gian giữa cấu dạng phối tử dự đoán qua mô phỏng so với cấu dạng thực nghiệm trong cấu trúc tinh thể tia X. Một quy trình docking được xem là tin cậy và hợp thức khi giá trị RMSD của phép redocking phối tử gốc nhỏ hơn $2,0\text{ \AA}$. Giá trị $\text{RMSD} = 0,6653\text{ \AA}$ chứng minh thuật toán và thông số thiết lập trên phần mềm MOE 2008.10 có độ chính xác cao, đủ điều kiện để thực hiện docking các dẫn xuất mới.

4. Dẫn xuất AV02 đạt hiệu suất tổng hợp và nhiệt độ nóng chảy là bao nhiêu?
Dẫn xuất AV02 thu được với khối lượng 119 mg, đạt hiệu suất phản ứng 60% (tính từ 0,20 g AV01 ban đầu). Hợp chất kết tinh dưới dạng chất rắn màu vàng chanh và có nhiệt độ nóng chảy đo được là $270,6^\circ\text{C}$.

5. Hội đồng chấm khóa luận đã chỉ ra những điểm thiếu sót chính nào của đề tài?
Cán bộ hướng dẫn và hội đồng đánh giá ghi nhận khóa luận còn một số thiếu sót: văn bản có nhiều lỗi chính tả, câu từ chưa thực sự sáng ý; phần bàn luận về cơ chế liên kết docking phân tử chưa được đào sâu chi tiết; chưa xác định nhiệt độ nóng chảy cho hai hợp chất AV01 và AV03.

Kết luận

Khóa luận của sinh viên Võ Hoàng Ái Vy đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu tổng hợp toàn phần và xác định cấu trúc 03 dẫn xuất curcuminoid (AV01, AV02, AV03) xuất phát từ tiền chất p-hydroxybenzaldehyde với cấu trúc được chứng minh qua dữ liệu phổ $^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$-NMR, HSQC và MS. Nghiên cứu đồng thời xây dựng thành công mô hình docking phân tử với protein kinase CDK2 trên phần mềm MOE 2008.10, đạt độ tin cậy cao với sai số redocking $\text{RMSD} = 0,6653\text{ \AA}$. Kết quả công trình đã đóng góp quy trình thực nghiệm rõ ràng, dữ liệu phổ học xác thực và mô hình mô phỏng định hướng cho các nghiên cứu phát triển thuốc kháng ung thư tiếp theo từ khung dị vòng pyrazole curcumin. Khóa luận được Hội đồng đánh giá nghiệm thu với điểm số tổng hợp 93/100.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUAN 11 Tổng quan về cay nghé vang, curcuminoid va curcumin 1.1 Sơ lược về cây nghệ vàng Cây nghệ vàng có tên khoa học: Curzeuma longa L., thuộc họ gừng (Zingibereceae), la loại cây thảo sống lâu năm, có nguồn gốc nguyên thủy từ Ấn Độ. Ngày nay, nghệ được trồng phổ biến ở các nước vùng nhiệt đợi có khí hậu nóng âm, trong đó có Việt Nam [1]. Noh¢ vang Hinh 1.1 Cay nghé vang Nghệ vàng là một cây thuốc vô cùng quý giá được các nhà khoa học, y học chuyên môn đánh giá rất cao trong số rất nhiều cây thuc khác. Trong củ nghệ vàng có chứa hoạt chất chính đó là curcuminiod (2}.2 Công thức hóa học chung của curcuminiod Hỗn hợp cureuminoid là một trong những thành phần quan trọng mang nhiều hoạt tính đáng quý được chiết từ củ nghệ vàng (Curcuma longa L.

Hỗn hợp curcuminoid có dạng bột màu vàng và là thành phần chủ yếu tạo nên màu vàng cam của nghệ [6]. Lượng curcuminoid trong bột nghệ khoảng từ 3-6%. Hỗn hợp cureuminoid có chứa khoảng 77% curcumin (Cur), 17% demethoxycurcumin (DMC), 3% bisdemethoxycurcumin (BDMC) [3].1 Cấu trúc các thành phần của curcuminiod{3] Hợp chất Ri R2 CTPT M(đvC) Cur OCH3 OCH3 C21H2006 368 DMC OCH3 H C20H 180s 338 BDMC H H C¡sH¡¿O¿ 308 11.3 Curcumin lana, CH; 0 0 CH; Hinh 1.3 Curcumin va cong thire hoa hge cia curcumin Curcumin có dạng bột màu vàng cam huỳnh quang, không mùi[4], tỉ trọng: 0,93 g/mL, điểm chảy: 179-183°C [4]. Bên với nhiệt độ, không bền với ánh sáng.

Khi ở dạng dung dich Curcumin dé bij phan hay boi anh sảng và nhiệt độ [4]. Tan trong chất béo, ethanol, methanol, dichloromethane, acetone, acid acetic và hầu như không tan trong nước ở môi trường aeid hay trung tỉnh (độ tan <10 mg ở 25°C) [4, 5]. Tan trong môi trường kiềm tạo dung dịch màu đẻ máu rồi ngả tím, tan trong môi trường acid có màu đỏ tươi. Dung dịch Curcumintrong dung môi hữu cơ có độ hấp thu cực đại ở bước séng tir 420 - 430 nm [5].

Curcumin la thanh phần chính của curcuminoid. Về cấu trúc hóa học, cureumin gồm các 2 vòng thơm (polyphenol) được nối với 2 nhóm carbonyl và 2 nhóm thế trên vòng thơm [6].2 Hoat tinh sinh hoc cia curcumin Cấu trúc phân từ của curcumin tạo ra hoạt tính sinh học mạnh của curcumin: nhém para hydroxyl- hoạt tính kháng oxy hóa, nhóm Keto- hoạt tính kháng viêm, ung thư, kháng sinh, liên kết C=C hoạt tính kháng viêm. Dựa trên cấu trúc phân tử, củ nghệ bắt đầu được sử dụng trong y học Ayurveda tại Án Độ từ khoảng năm 1900 TCN để chữa trị một loạt các loại bệnh tật[7]. Nghiên cứu của các nhà khoa học vào cuối thế kỷ XX đã xác định curcumin đóng vai trò quan trọng trong các hoạt tính sinh học của củ nghệ[7).

Năm 2008, rất nhiều thử nghiệm lâm sàng ở người đang được thử nghiệm để nghiên cứu về tác dụng của curcumin trong việc điều trị các bệnh như: viêm tủy, ung thư tụy, hội chứng loạn sản tủy, ung thư ruột kết, bénh vay nến, bệnh Alzheimer[8, 9].Theo nghiên cứu cũng cho thấy curcumin có tính chất chống ung thư{10, 11], chống oxy hóa, chỗng viêm khớp, chỗng thoái hỏa, chống thiếu máu cục bộ[12]và kháng viêm[12]. Khả năng kháng viêm có thẻ là do sự ngan chan tong hgp sinh học cia eicosanoit, curcumin lam vô hiệu hóa té bảo ung thư và ngăn chặn hình thành các tế bảo ung thư mới|[ I2]. Curcuuun giúp cơ thẻ phòng ngừa và chống ung thư. Đây cùng là một chất có triển vong lon trong điều trị viềm gan B,C và nhiễm HIV[12].1 Hoạt tính kháng oxy húa Curcuminoid là hợp chất thiên nhiên, có tính khang oxy hóa mạnh, có khả năng ngăn chặn sự hình thành các góc tu do nhu superoxide, hydroxyl,.

nhóm -OH trên vòng benzen giữ vai trò quan trọng tron kha ning chống oxy hóa, ngăn chặn sự peroxide hóa các lipid trong cơ thẻ{ 13].2 Hoạt tính kháng viêm Nghiên cứu về mối quan hệ giữa cấu trúc hóa học của curcumin và hoạt tính sinh học cho thấy sự hiện diện của liên kết đôi ở vị trí Cạ4 và Cy;s, và nhóm -OH ở vị tri Cy trên vòng benzen tạo ra hoạt tính kháng viêm cho curcumin [14]. Mặt khác, nêu khóa nhóm -OH cũng không làm giảm hoạt tính kháng viêmtrong vai trò ngăn cản mô sinh sản histamine- chất gây viêm quan trọng Ngoài ra sự có mặt của nhóm keto trên dây carbon của curcumin cũng góp phần ngăn cản hoạt động của histamine [15]. Chất kháng viêm co kha nang ngan can enzyme cyclooxygenase va lipooxygenase — nhóm enzyme kết hợp với phản ứng chuyển hóa của acid arachidonic để tạo ra các nhóm gây viêm trong cơ thể.4 Cấu trúc liên kết trong curcumin mang hoạt tính kháng viêm 1. Ngăn ngừavà điều trị ung thư Tác nhân gây ung thư là các chất hóa học trong thực phẩm, mỹ phẩm, ô nhiễm môi trường, khí thải, hóa chất tổng hợp, thuốc.

Sự phát triển của ung thư gồm nhiều giai đoạn mà bắt đầu là sự phát hiện khỏi uú và phát triển khối u. Chống ung thư là ngăn cản sự phát triển của khỏi ú và các bước phát triển của khối u. Curcumin là được xem một hoạt chất điều trị ung thư vào loại mạnh theo cơ chế tự hủy điệt từng phần các tế bao ac tinh [10]. No vo hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn không cho hình thành các té bao ung thư mới mà không ảnh hưởng đến các tế bào lành tính bên cạnh, nó loại bỏ các goc tự đo và các loại men gây ung thư có trong thức ăn, nước uống hằng ngày.

Vì vậy, Curcunun được xem là hoạt chất hỗ trợ, phòng chống và chữa trị ung thư một cách có hiệu quả. Ngoài ra, Curcumin còn có khả năng ức chế sự hình thành khối u, tác động đến hầu hết các giai đoạn của quá trình hình thành và phát triển của khối u như: biến đôi, phát triển, lan rộng của tế bào ung thư.4 Hoạt tính kháng đồng mau Sự kết tụ của các tiểu cầu trong máu sẽ gây ra hiện tượng đông máu làm cản trở dòng Mặt khác, nêu khóa nhóm -OH cũng không làm giảm hoạt tính kháng viêmtrong vai trò ngăn cản mô sinh sản histamine- chất gây viêm quan trọng Ngoài ra sự có mặt của nhóm keto trên dây carbon của curcumin cũng góp phần ngăn cản hoạt động của histamine [15]. Chất kháng viêm có khả năng ngăn cản enzyme cyclooxygenase và lipooxygenase — nhóm enzyme kết hợp với phản ứng chuyển hóa của acid arachidonic để tạo ra các nhóm gây viêm trong cơ thẻ. [15] 9 9 | | pa a IY Yy RE si ON Py, ae OCH, Hình 1.4 Cấu trúc liên kết trong curcumin mang hoat tinh khang viém 1.

Ngăn ngừavà điều trị ung thư ‘Tac nhân gây ung thư là các chất hóa học trong thực phẩm, mỹ phẩm, ô nhiễm môi trường, khí thải, hóa chất tổng hợp, thuốc. Sự phát triển của ung thư gồm nhiều giai đoạn mà bắt đầu là sự phát hiện khỏi ú và phát triển khối u. Chống ung thư là ngăn cản sự phát triển của khỏi u và các bước phát triển của khối u. Curcumin là được xem một hoạt chất điều trị ung thư vào loại mạnh theo cơ chế tự hủy diệt từng phần các tế bảo ác tính [10|.

Nó vô hiệu hóa tẾ bào ung thư và ngăn chặn không cho hình thành các tế bảo ung thư mới mà không ảnh hưởng đến các tế bào lành tính bên cạnh, nó loại bỏ các góc tự do và các loại men gây ung thư có trong thức ăn, nước uống hằng ngày. Vì vậy, Curcumin được xem là hoạt chất hỗ trợ, phòng chống và chữa trị ung thư một cách có hiệu quả. Ngoài ra, Curcumin còn có khả năng ức chế sự hình thành khói u, tác động đẻn hau hét các giai đoạn của quá trình hình thành và phát triển của khối u như: biến đổi, phát triển, lan rộng của tế bảo ung thư. Hoạt tính kháng đông máu Sự kết tụ của các tiểu cầu trong máu sẽ gây ra hiện tượng đông máu làm cản trở dòng máu mang năng lượng đến tế bào.

Curcumin ngăn cản hoạt động của cnzyme clyclooxygenase tạo thêm tiểu huyết cầu nên curcumin có tác dụng chống đông máu và liều dùng có thể lên đến 200 mg/kg qua đường uống [16]. Tính chất kháng vi rút, vi sinh vật và ký sinh trùng Dung dịch cồn trong nghệ còn có tác dụng kháng khuẩn chỉ với hàm lượng 50mg/mL. Curcumin với nồng độ 2,5-50 mg/100mL cồn ngăn cản được sự phát triển của Staphyclocorusaureus [17]. Nguyên nhân vì trong nghệ có nhóm hydroxyl -OH kết hợp với -OH từ aleol sẽ nâng cao tính kháng khuẩn.

Curcumin có tính kháng giun, Curcumin an toàn, không độc hại với cơ thể, không có tác dụng phụ khi dùng thời gian dài [I7]. Docking phân tử các dẫn xuất của curcumin 1.1 Giới thiệu về phương pháp docking Docking 1a phuong pháp dự đoán định hướng tương tác giữa ligand và mục tiêu tác động (receptor) khi chúng kết hợp với nhau dé hình thành một phức chất dn định. [18] Docking phán tử mô tả các cấu dạng gắn kết của phối tử vào khoang gân kết của receptor. Quy trinh docking gồm 3 bước chính: gin kết các phối tử vào khoang gắn kết, xuất điểm số gắn kết vả xếp hạng.

Điểm số của một cầu dạng là năng lượng liên kết giữa phối tử với khoang gắn kết của receptor. Mòt phỏi từ có nhiều cấu dạng, cấu dạng có năng lượng liên kết tốt nhất sẽ được xếp hạng đầu tiên, lần lượt đến các cấu dạng có năng lượng liên kết thấp hon [19].2 Ýnghĩa Phương pháp docking thường được sử dụng dé thiết kết thuốc, có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực y học và được học 1.4 — Cyclin - dependent kinase 2 (CDK2)- (PDB-2R31) 1.1 Một số định nghĩa, khdi niệm Receptor: Trong sinh học và được học, receptor là một enzyme, protein của tế bào và Ầ ‘a ^ , a £ + là nơi nhận và truyền tin higu vao cac hệ thông sinh học [20]. Enzyme kinase:là một enzyme tham gia vào việc thay đổi cấu trúc hóa học của các phân tử khác (chủ yếu là protein) bằng cách thêm vào các nhóm phosphate (còn gọi lả sự phosphoryl hóa). Chính vì sự thay đổi của cấu trúc sẽ dẫn đến chức năng của protein cũng sẽ bị thay đổi [21].

Phtphôrylatad Pretein + rh ` Aor Hình 1.5 Hình ảnh về cơ chế hoạt động của protein kinase Cơ chế hoạt động của enzyme kinase: Enzyme kinase sẽ chuyển một nhém phosphate tir mét nucleoside triphosphate (thường là ATP) vả gắn nó vào các axitamin cụ thể với một nhóm hydroxyl tự do. Hầu hết các enzyme kinase hoạt động trên ca hai serine va threonine (serine/threonine kinase) [21].