Σχεδιασμός, σύνθεση και ενζυμικές μελέτες αναστολέων ουρεάσης

Abstract

In Chapter 1 of the present thesis the urease enzyme is analyzed. Its structure and its catalytic mechanism are examined, followed by ureases’ role in Αgriculture and Μedicine, along with certain groups of inhibitors. Afterwards, in Chapter 2, a literature review of phosphorus chemistry and the most significant reactions leading to P-C bond formation are presented. In the final Chapter, the synthesis of novel organophosphorus compounds as inhibitors of urease is outlined, together with a study of their inhibitory action. The aim of this study was the synthesis of phosphonic acids as potential covalent inhibitors of bacterial ureases. Phosphonomethyl-cinnamic acid 157 excibited the highest potency, with Ki=0.594 μΜ for Sporosarcina pasteurii urease and Ki=0.485 μΜ for Proteus mirabilis urease. However, compound 157 appeared reversible and competitive. Phosphonopropyl-cinnamic acid 194 was also found to be the most potent inhibitor, with Ki=0.509 μΜ for Sporosarcina pasteurii urease. The observed inhibition kinetics suggest a mixed mechanism, where covalent and noncovalent inhibition may occur. All compounds were also assayed against Proteus mirabilis urease. Compound 194 remained the most potent derivative, with IC50=11.0 μΜ, whilst phosphonobutyl-cinnamic acid 209 displayed the highest antimicrobial activity against Proteus mirabilis, with LC50=28.6 μΜ.

Στο Κεφάλαιο 1 της παρούσας εργασίας αναλύεται η δομή του ενζύμου της ουρεάσης, ο μηχανισμός της καταλυτικής δράσης της, ο ρόλος που διαδραματίζει στη Γεωργία και την Ιατρική και μελετώνται ορισμένες ομάδες αναστολέων της. Στη συνέχεια, στο Κεφάλαιο 2, πραγματοποιείται μία βιβλιογραφική επισκόπηση αντιδράσεων σχηματισμού δεσμού P-C για τη σύνθεση φωσφινικών και φωσφονικών οξέων και εστέρων. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας περιγράφεται η σύνθεση νέων οργανοφωσφορικών αναστολέων της ουρεάσης και παρουσιάζεται η μελέτη της ανασταλτικής τους δράσης. Σκοπός της εργασίας ήταν η σύνθεση φωσφονικών οξέων ως υποψήφιων ομοιοπολικών αναστολέων βακτηριακών ουρεασών. Την ισχυρότερη ανασταλτική δράση επέδειξε το φωσφονομεθυλο-κινναμωμικό οξύ 157, με σταθερά αναστολής Ki=0.594 μΜ ως προς την ουρεάση του βακτηρίου Sporosarcina pasteurii και Ki=0.485 μΜ ως προς την ουρεάση του βακτηρίου Proteus mirabilis, χωρίς ωστόσο να παρατηρηθεί ο σχηματισμός ομοιοπολικού δεσμού. Το φωσφονοπροπυλο-κινναμωμικό οξύ 194 επέδειξε την ισχυρότερη ανασταλτική δράση έναντι της ουρεάσης του βακτηρίου Sporosarcina pasteurii, με σταθερά αναστολής Ki=0.509 μΜ και με μικτό μηχανισμό που πιθανόν περιλαμβάνει τόσο την ομοιοπολική όσο και τη μη ομοιοπολική αναστολή. Η ένωση 194 αποτέλεσε επίσης τον ισχυρότερο αναστολέα σε σχέση με ανάλογές της ενώσεις, ως προς την ουρεάση του βακτηρίου Proteus mirabilis με IC50=11.0 μΜ, ενώ το φωσφονοβουτυλο-κινναμωμικό οξύ 209 επέδειξε την ισχυρότερη αντιμικροβιακή δράση έναντι του βακτηρίου Proteus mirabilis με LC50=28.6 μΜ.