酮醇酸还原异构酶抑制剂的设计、合成及除草活性

酮醇酸还原异构酶(KARI)是一个有前景的除草剂靶标酶,有关其抑制剂的设计研究鲜有报道。在文献报道的菠菜KARI酶复合物0.165nm高分辨率晶体结构基础上,利用分子对接DOCK4.0方法进行MDL/ACD三维数据库搜寻,得到了279个与KARI酶结合能较低的小分子结构信息,并从中选取部分小分子进行化学合成,进而测试了其除草活性。在合成的17个化合物中,发现个别化合物对油菜(抑制率70.8%)和稗草(抑制率48.8%)具有较好的生长抑制活性。

除草剂靶标酮醇酸还原异构酶(KARI)研究进展

酮醇酸还原异构酶(KARI)是植物和微生物体内支链氨基酸生物合成的关键酶之一,可以作为设计除草剂的靶标,通过抑制酶的活性中断支链氨基酸的合成使植物死亡,达到除草目的。文章综述了KARI的催化性质、晶体结构以及作为除草剂靶标的研究现状。

酮醇酸还原异构酶(KARI)与其抑制剂间相互作用的分子模拟研究

采用MCCE,Autodock及密度泛函方法对酮醇酸还原异构酶(KARI)与其抑制剂间相互作用进行了研究.计算结果表明,KARI活性位点中的Mg2+在活性位点残基的离子化状态、活性位点的静电性质以及与抑制剂结合等方面起重要的作用;同时,抑制剂在结合方式、前线轨道布居及静电势等方面与酶促反应中间体(HOIV)具有一定程度的相似性;可电离的羧基是当前发现的靶向KARI抑制剂一个重要的结构特征,进一步推广可认为潜在的抑制剂应该拥有可电离成负电荷的功能团.在药物设计中考虑到以上结论,将有利于发现和改造靶向KARI的抑制剂.

丙酯草醚胁迫下靶标基因在油菜子叶胚状体中的表达特征

以甘蓝型油菜品种浙双758为材料,利用小孢子离体培养和实时荧光定量PCR技术,研究了油菜子叶胚状体中ALS酶和KARI酶在不同浓度(0、1、10 mg/L)油菜田新型除草剂丙酯草醚(ZJ0273)处理下的生理活性、基因相对表达量差异及其动态变化特征。结果表明,ZJ0273处理后,ALS酶和KARI酶的活性发生了变化,均显著低于对照。说明其在支链氨基酸合成过程具有相应的作用。荧光定量PCR结果显示,随着胚状体分化时间的延长,ALS和KARI基因在子叶胚状体中的表达量在低浓度(1mg/L)ZJ0273处理下无显著影响,而在高浓度(10mg/L)下的相对表达量则明显降低,无论分化时间延长与否,2个基因均表现为下调表达。研究初步表明,ALS基因和KARI基因参与了除草剂ZJ0273处理下油菜胚状体分化发育过程中的表达调控,可用来作为ZJ0273的靶标基因。

含4-正庚／正辛氧基苯基杂环化合物的设计、合成及生物活性

通过研究苯甲脒类抑制剂与酮醇酸还原异构酶(KARI)对接的结合模式,设计合成了一系列含正庚氧基及正辛氧基苯基的杂环化合物。用核磁共振氢谱、红外光谱、质谱及元素分析对26个目标产物(其中22个是新化合物)的结构进行了表征和确认。初步生物活性测试结果表明,目标化合物大多具有不同程度的水稻KARI酶抑制活性和除草活性,其中化合物9a和9b在200μg/mL浓度下对KARI酶的抑制率分别为65.7%和71.1%,在100μg/mL浓度下对双子叶植物油菜Brassica campestris的抑制率分别达78.6%和89.0%。

KARI酶抑制剂的虚拟筛选、合成及生物活性研究

在菠菜KARI酶复合物0.165 nm高分辨率晶体结构基础上,利用分子对接方法对ZINC/drug-like小分子三维数据库进行虚拟筛选,得到了1 000个与KARI酶结合能较低的小分子结构信息,并从中选取部分小分子化合物进行合成或购买,进而测试其除草生物活性。结果表明,17个化合物中,化合物2,3,14和15在100μg/mL浓度下对油菜胚根的生长抑制率可达72.1%～93.9%,而化合物2和3对双子叶植物油菜和单子叶植物稗草均具有较好的生长抑制活性。初步离体测试表明化合物在100μg/mL浓度下大多具有一定程度的KARI酶抑制活性。

基于Ugi反应的含芳氨基甲酰基1-氰基-1-环丙烷甲酰胺类新化合物的合成、结构和生物活性研究

酮醇酸还原异构酶(KARI;EC 1.1.1.86)是植物和微生物(细菌、真菌)体内支链氨基酸生物合成过程中起催化作用的关键酶之一,可作为设计除草剂或杀菌剂的靶标.本工作在前期工作基础上,以1-氰基-1-环丙烷甲酸,芳基异腈,醛和胺为反应物,通过Ugi反应设计合成了一系列含芳氨基甲酰基1-氰基-1-环丙烷甲酰胺类新化合物8a^8p,经1H NMR,13C NMR,IR和元素分析或HRMS确证了结构,并解析了化合物8m的晶体结构.初步生物活性测试结果表明,这些环丙烷双酰胺类衍生物是结构新颖的KARI酶抑制剂,其中8a^8c,8m,8n和8j在200 mg/L浓度下对水稻KARI酶具有94%~98%的抑制活性,8m的Ki为(77.91±30.15)μmol/L.化合物在50 mg/L浓度下对黄瓜枯萎病菌、花生褐斑病菌、苹果轮纹病菌、番茄早疫病菌和小麦赤霉病菌等5种植物病菌表现出显著抑制活性,整体来看8e和8p具有相对宽泛的抑菌谱,可作为新型抑菌剂苗头化合物进行深入研究.