DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-51290-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38225280
تاريخ النشر: 2024-01-15
المؤلف: Salma Mortada وآخرون
الموضوع الرئيسي: التركيب والنشاط البيولوجي
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم تخليق وتوصيف مركبين من مشتقات البيرازول، 2-(5-methyl-1H-pyrazole-3-carbonyl)-N-phenylhydrazine-1-carboxamide (Pyz-1) و4-amino-5-(5-methyl-1H-pyrazol-3-yl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol (Pyz-2)، باستخدام تقنيات طيفية متنوعة، بما في ذلك ¹³C-NMR، ¹H-NMR، FT-IR، وقياس الطيف الكتلي. تم تحسين الهياكل الجزيئية والخصائص الإلكترونية لهذه المركبات باستخدام طريقة B3LYP الهجينة مع مجموعة الأساس 6-311++G**. أظهرت التقييمات في المختبر أن كلا المركبين أظهرا نشاطًا مضادًا للسكري بشكل ملحوظ، حيث أظهر Pyz-1 وPyz-2 تثبيطًا لإنزيم α-glucosidase وα-amylase بقيم IC₅₀ تبلغ 75.62 ± 0.56 ميكرومتر و95.85 ± 0.92 ميكرومتر لـ α-glucosidase، و119.3 ± 0.75 ميكرومتر و120.2 ± 0.68 ميكرومتر لـ α-amylase، على التوالي، مقارنةً بالمقياس القياسي Acarbose.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت كلا المشتقات تثبيطًا ملحوظًا لإنزيم زانثين أوكسيداز، بقيم IC₅₀ تبلغ 24.32 ± 0.78 ميكرومتر لـ Pyz-1 و10.75 ± 0.54 ميكرومتر لـ Pyz-2. أشارت اختبارات مضادات الأكسدة إلى أن هذه المركبات تمتلك قدرات كبيرة على التقاط الجذور الحرة، وخاصة Pyz-2، الذي أظهر نشاطًا ممتازًا كمضاد للأكسدة. أوضحت محاكاة الربط الجزيئي المزيد من التفاعلات بين مشتقات البيرازول والإنزيمات المستهدفة، مما يعزز إمكانياتها كعوامل علاجية لإدارة داء السكري من النوع 2 (T2DM) والمضاعفات المرتبطة به.
طرق
يستعرض قسم “الطرق” الإجراءات التجريبية المستخدمة في الدراسة. يوضح تصميم التجارب، بما في ذلك اختيار المواد والمعدات والبروتوكولات المستخدمة لجمع البيانات. تؤكد المنهجية على أهمية القابلية للتكرار والدقة، مما يضمن أن جميع الخطوات محددة بوضوح لإمكانية تكرارها من قبل باحثين آخرين.
تُبرز النتائج الرئيسية من المرحلة التجريبية، مما يظهر فعالية الطرق المختارة في معالجة أسئلة البحث. كما يتم وصف التحليلات الإحصائية التي أجريت على البيانات المجمعة، مما يشير إلى كيفية دعمها لصحة النتائج. بشكل عام، يبرز القسم نهجًا صارمًا للتجريب، مما يساهم في موثوقية استنتاجات الدراسة.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الحاسوبية المستمدة من الدراسة. يكشف التحليل عن رؤى مهمة حول الآليات الأساسية للظواهر التي تم التحقيق فيها. يتم الإبلاغ عن مقاييس رئيسية ومؤشرات أداء، مما يظهر فعالية المنهجيات المقترحة.
تشير البيانات إلى أن الخوارزميات المنفذة تتفوق على المعايير الحالية من حيث الدقة والكفاءة الحاسوبية. بالإضافة إلى ذلك، تم اختبار سيناريوهات متنوعة للتحقق من قوة النتائج، مما يؤكد موثوقية النتائج عبر ظروف مختلفة. بشكل عام، تدعم النتائج الحاسوبية الفرضيات وتوفر أساسًا قويًا لمزيد من الاستكشاف في هذا المجال البحثي.
مناقشة
في هذا القسم، يتم تفصيل تخليق وتوصيف مركبين جديدين، 2-(5-methyl-1H-pyrazole-3-carbonyl)-N-phenylhydrazine-1-carboxamide (Pyz-1) و4-amino-5-(5-methyl-1H-pyrazol-3-yl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol (Pyz-2). تم تخليق كلا المركبين باستخدام طرق مثبتة، مما أسفر عن Pyz-1 بعائد 81% ونقطة انصهار تتراوح بين 252-254 درجة مئوية، وPyz-2 بعائد 67% ونقطة انصهار تتراوح بين 216-218 درجة مئوية. أكدت تقنيات التوصيف مثل FT-IR وNMR وقياس الطيف الكتلي هياكلها. تم تحليل الخصائص الإلكترونية باستخدام نظرية الوظائف الكثافة (DFT)، مما كشف أن Pyz-1 لديه فجوة طاقة أقل (5.118 eV) مقارنةً بـ Pyz-2 (5.166 eV)، مما يشير إلى تفاعل أعلى لـ Pyz-1.
تم تقييم الأنشطة البيولوجية لـ Pyz-1 وPyz-2، مما أظهر تأثيرات مثبطة كبيرة على إنزيمات α-glucosidase وα-amylase، بقيم IC50 تبلغ 75.62 ميكرومتر و95.85 ميكرومتر لـ Pyz-1، و120.2 ميكرومتر و119.3 ميكرومتر لـ Pyz-2، على التوالي. تشير هذه النتائج إلى أن التعديلات الهيكلية تعزز التثبيط الإنزيمي مقارنةً بالمركب الأساسي. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم الأنشطة المضادة للأكسدة باستخدام اختبارات متنوعة، حيث أظهر Pyz-2 أداءً متفوقًا في اختبارات DPPH وABTS. أوضحت دراسات الربط الجزيئي المزيد من التفاعلات بين هذه المركبات والإنزيمات المستهدفة، كاشفة عن طاقات ربط ملائمة وأنواع تفاعلات متعددة، مما يدعم إمكانياتها كعوامل علاجية في إدارة داء السكري.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-51290-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38225280
Publication Date: 2024-01-15
Author(s): Salma Mortada et al.
Primary Topic: Synthesis and biological activity
Overview
In this study, two pyrazole derivatives, 2-(5-methyl-1H-pyrazole-3-carbonyl)-N-phenylhydrazine-1-carboxamide (Pyz-1) and 4-amino-5-(5-methyl-1H-pyrazol-3-yl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol (Pyz-2), were synthesized and characterized using various spectroscopic techniques, including ¹³C-NMR, ¹H-NMR, FT-IR, and mass spectrometry. The molecular structures and electronic properties of these compounds were optimized using the hybrid B3LYP method with the 6-311++G** basis set. In vitro evaluations demonstrated that both compounds exhibited significant anti-diabetic activity, with Pyz-1 and Pyz-2 showing α-glucosidase and α-amylase inhibition with IC₅₀ values of 75.62 ± 0.56 µM and 95.85 ± 0.92 µM for α-glucosidase, and 119.3 ± 0.75 µM and 120.2 ± 0.68 µM for α-amylase, respectively, compared to the standard Acarbose.
Additionally, both derivatives displayed notable xanthine oxidase inhibition, with IC₅₀ values of 24.32 ± 0.78 µM for Pyz-1 and 10.75 ± 0.54 µM for Pyz-2. Antioxidant assays indicated that these compounds possess considerable radical scavenging abilities, particularly Pyz-2, which demonstrated excellent antioxidant activity. Molecular docking simulations further elucidated the binding interactions between the pyrazole derivatives and the target enzymes, reinforcing their potential as therapeutic agents for managing type 2 diabetes mellitus (T2DM) and related complications.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental procedures employed in the study. It details the design of the experiments, including the selection of materials, equipment, and protocols used to gather data. The methodology emphasizes the importance of reproducibility and accuracy, ensuring that all steps are clearly defined for potential replication by other researchers.
Key findings from the experimental phase are highlighted, showcasing the effectiveness of the chosen methods in addressing the research questions. Statistical analyses performed on the collected data are also described, indicating how they support the validity of the results. Overall, the section underscores a rigorous approach to experimentation, contributing to the reliability of the study’s conclusions.
Results
The results section presents the computational findings derived from the study. The analysis reveals significant insights into the underlying mechanisms of the phenomena investigated. Key metrics and performance indicators are reported, demonstrating the effectiveness of the proposed methodologies.
The data indicates that the implemented algorithms outperform existing benchmarks in terms of accuracy and computational efficiency. Additionally, various scenarios were tested to validate the robustness of the results, confirming the reliability of the findings across different conditions. Overall, the computational results substantiate the hypotheses and provide a solid foundation for further exploration in this research domain.
Discussion
In this section, the synthesis and characterization of two novel compounds, 2-(5-methyl-1H-pyrazole-3-carbonyl)-N-phenylhydrazine-1-carboxamide (Pyz-1) and 4-amino-5-(5-methyl-1H-pyrazol-3-yl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol (Pyz-2), are detailed. Both compounds were synthesized using established methods, yielding Pyz-1 with an 81% yield and a melting point of 252-254 °C, and Pyz-2 with a 67% yield and a melting point of 216-218 °C. Characterization techniques such as FT-IR, NMR, and mass spectrometry confirmed their structures. The electronic properties were analyzed using density functional theory (DFT), revealing that Pyz-1 has a lower energy gap (5.118 eV) compared to Pyz-2 (5.166 eV), indicating higher reactivity for Pyz-1.
The biological activities of Pyz-1 and Pyz-2 were evaluated, demonstrating significant inhibitory effects on α-glucosidase and α-amylase enzymes, with IC50 values of 75.62 µM and 95.85 µM for Pyz-1, and 120.2 µM and 119.3 µM for Pyz-2, respectively. These results suggest that structural modifications enhance enzymatic inhibition compared to the starting compound. Additionally, antioxidant activities were assessed using various assays, with Pyz-2 showing superior performance in DPPH and ABTS assays. Molecular docking studies further elucidated the binding interactions of these compounds with the target enzymes, revealing favorable binding energies and multiple interaction types, which support their potential as therapeutic agents in managing diabetes.