Instructions
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Année Universitaire 2010-2011 UE: SDM, bioinformatique du médicament (E. Kellenberger) Construction et manipulation de molécules Lancer le programme MOE. 1. Construction de l’atropine à partir du code smiles L’atropine, alcaloïde présent dans la belladone, est un mélange racémique de d- et l-hyoscyamine, dont seule la forme l- est pharmacologiquement active. L'atropine est un antagoniste cholinergique qui agit en se fixant aux récepteurs muscariniques de l'acétylcholine dans le système nerveux central et périphérique. Elle a servi en tant qu'antidote de certains gaz de combats neurotoxiques, mais est surtout utilisée pour accélérer la fréquence cardiaque en cas de bradycardie. Le code smiles canonique de l’atropine est le suivant : CN1C2CCC1CC(C2)OC(=O)C(CO)C3=CC=CC=C3 La structure chimique de l’isomère actif est indiquée cicontre. Le carbone chiral (non cyclique) est de configuration R Construire la molécule. MOE | Edit | Build | Molecule... Copier/coller le code smiles dans la fenêtre « Molecule Builder ». Créer la molécule en cliquant sur la figure souriante. Vérifier la stéréochimie du carbone chiral : cliquer directement du l’atome, qui devient rose si sélectionné, puis observer quelle configuration a été créée, et modifier si nécessaire. Fermer la fenêtre « Molecule Builder ». Afin de nous allons maintenant générer une structure tridimensionnelle de l’atropine. MOE | Compute | Energy minimize... Dans la fenêtre « Energy minimize », désactiver le calcul des charges partielles. Appuyer sur « Forcefield.. » pour ouvrir la fenêtre « Potential setup ». Fermer la fenêtre « Potential setup » et lancer le calcul à partir de la fenêtre « Energy Minimize ». Questions 5.1.1. Qu’est-ce qu’un champ de force? Quelle est son utilité pour le calcul de structure tridimensionnelle ? 1 Année Universitaire 2010-2011 UE: SDM, bioinformatique du médicament (E. Kellenberger) 5.1.2. Quel est le champ de force utilisé par défaut ? Est-il adapté à prédire une conformation raisonnable de l’atropine ? 2. Préparation de l’atropine pour des applications en drug design Calculer les charges partielles de la molécule, puis afficher le potentiel électrostatique de la molécule. MOE | Compute | Partial charges... OK puis fermer la fenêtre MOE | Compute | Surfaces and Maps Dans la fenêtre “Surfaces and Maps », choisir Electrostatic Map comme type de surface et cliquer sur apply pour lancer le calcul. Cette application utilise l’équation de Poisson-Boltzmann, qui prédit le potentiel électrostatique créé par une charge électrique placée dans la solution en tenant compte des forces électrostatiques entre la charge et les ions de la solution ainsi que de l'agitation thermique des ions. Dans MOE, le potentiel est calculé pour l’ion oxygène, l’ion hydrogène et l’atome de carbone, afin de prédire respectivement les régions favorables pour le placement d’un accepteur de liaison H (rouge), d’un donneur de liaison H (bleu) et d’un groupement hydrophobe (blanc). Jouer avec les curseurs pour l’affichage des lignes iso-potentielles. Question 5.2.1. Combien de groupements donneur/accepteur de liaison hydrogène pourrait interagir avec l’atropine ? Nous allons maintenant réfléchir à l’état d’ionisation de l’atropine en un milieu physiologique, c'est-àdire à pH7. Question 5.2.2. L’atropine possède-t-elle un groupement ionisable. Lequel ? Quel est son état d’ionisation le plus probable à pH7 ? Quel est son état d’ionisation dans la molécule représentée à l’écran ? Afin de répondre à cette dernière question, double-cliquer sur l’atome qui vous intéresse afin d’ouvrir la fenêtre « Atom Manager », qui vous renseigne sur la géométrie, l’ionisation et la charge de cet atomes. MOE dispose d’un outil de “préparation des ligands”, qui fixe l’état d’ionisation le plus probable de la molécule. Il utilise une liste de règles (descriptions des groupements et de leurs pKa) et évalue les modifications de charge dues à la proximité de plusieurs groupements ionisables. MOE | Compute | Protonate 3D...OK 2 Année Universitaire 2010-2011 UE: SDM, bioinformatique du médicament (E. Kellenberger) Questions 5.2.3. Est-ce que la modification de l’option « flip » peut avoir une incidence sur le calcul dans le cas de l’atropine ? 5.2.4. Le calcul a modifié votre atropine : quels changements observez-vous ? Réitérer le calcul du potentiel électrostatique, en ayant au préalable recalculé les charges partielles. Question 3.2.3. Décrire les modifications du potentiel. Effacer les lignes iso-potentielles (clear) et fermer la fenêtre « Surfaces and Maps ». 3. Echantillonage conformationnel systématique L’atropine n’est pas une molécule rigide. Question 5.3.1. Dresser la liste des modifications conformationnelles possibles de l’atropine. 5.3.2. Chercher dans l’aide de MOE les règles qui prédéfinissent les incréments d’angle fixés par défaut, noter le nombre de valeurs d’angle testées pour chacun des angles à rotation libre. En déduire le nombre total de conformères générés par une recherche conformationelle systématique. . Réaliser l’analyse conformationnelle systématique de l’atropine à l’aide de MOE. MOE | Compute | Conformations | Conformational search La base de conformères contient les conformations de l’atropine. 5.3.3. Combien d’entrées la base de conformères contient-elle ? Comment expliquez-vous la différence entre le nombre d’entrées de la base et le nombre total de conformères générés ? Nous allons maintenant évaluer leur diversité structurale. MOE DBV | Compute Molecule | Conformations Geometry Superposition, align: All atoms Superposition, Molecule Field Overwrite Current Field Superposition, RMSD field: RMSD appuyez sur Superpose 3 Année Universitaire 2010-2011 UE: SDM, bioinformatique du médicament (E. Kellenberger) Calculer maintenant la distance entre l’amine et le phényl. Sélectionner dans la fenêtre graphique l’atome d’azote et le carbone en para du phényl et lancer le calcul de distance. MOE DBV | Compute Molecule | Conformations Geometry Measurement, Distance Field: N-C appuyez sur Measure MOE DBV | Compute | Sort MOE DBV |Display | Plot 5.3.4. Quel est le RMSD maximum calculé? Quelles sont les distances minimale/maximale entre l’azote et le phényl (C-para) ? Est-ce que le RMSD est corrélé à la distance entre l’azote et le phényl (C-para) ? Nous allons maintenant évaluer la corrélation entre les valeurs d’angles de torsion et l’énergie potentielle calculée pour chaque conformère. MOE DBV | Compute Molecule | Conformations Geometry Measurement, torsion Field: nommer chaque angle, après sélection des 4 atomes dans le GUI appuyer sur Measure MOE DBV | Compute Molecule | Descriptors Class, i3D Descriptors Selected: E i3D Potential Energy appuyer sur OK 5.3.5. Il n’y a aucun conformère de haute énergie. Expliquez pourquoi. Représenter l’énergie E en fonction de deux angles de torsion. MOE DBV | Compute Molecule | Analysis | 3D Plot Don’t decorrelate axis 5.3.6. Regarder le graphique (X,Y,Z), avec X=angle Ctropane-C-O-(CO), Y=angle C-O-(CO)-C et Z=E. Est-ce que toute les combinaisons (X,Y) possibles sont observées ? Est-ce que certaines combinaisons (X,Y) observées correspondent à des conformations de basse énergie ? 4
