Farmacodinamia. Interacción Fármaco-Receptor TEMA 1.PDF

Tema 1 - Farmacodinamia. Interacción fármaco‐receptor, agonismo, antagonismo y tipos de dianas farmacológicas 1. Farmacodinámica y tipos de fármacos Fármaco: sustancia química capaz de modificar las funciones fisiológicas de manera específica. Son empleados pa...

Tema 1 - Farmacodinamia. Interacción fármaco‐receptor, agonismo, antagonismo y tipos de dianas farmacológicas 1. Farmacodinámica y tipos de fármacos Fármaco: sustancia química capaz de modificar las funciones fisiológicas de manera específica. Son empleados para el tratamiento, prevención o diagnóstico de una enfermedad. La farmacodinamia es el estudio de los efectos de los fármacos y de su mecanismo de acción, esto es, el estudio de lo que el fármaco hace a un sistema biológico y cómo lo hace. Existen fundamentalmente dos tipos de fármacos según cómo funcionan: - Fármacos de acción inespecífica: - Acción exclusivamente por mecanismos fisicoquímicos. No se tienen que unir a un sitio específico para que funcionen. - No presentan afinidad particular para ciertos sitios celulares - Uso de dosis elevadas - Las variaciones estructurales no suelen ocasionar cambios en la acción, ni siquiera variaciones muy grandes. Por ejemplo, lubricantes como la vaselina, parafina y glicerina no pierden su función aunque se alteren mucho - Fármacos de acción específica: - Interacción con estructuras celulares específicas (receptores farmacológicos). - Uso de dosis pequeñas - Pequeñas variaciones estructurales se asocian con importantes cambios en la acción Podríamos resumir la farmacodinámica a un esquema muy simple a partir del cual nos surgen abundantes preguntas: ¿Qué es un receptor farmacológico? ¿Cómo interaccionan los fármacos con sus receptores? ¿Cómo se mide la unión fármaco‐receptor? ¿Cuáles son los tipos de fármacos (ligandos) dependiendo de su actividad sobre el receptor? ¿Cuáles son las principales dianas y mecanismos efectores? ¿Cómo ocurre la regulación de los receptores en respuesta a fármacos? 2. Receptores farmacológicos 2.1. ¿Qué es un receptor farmacológico? - Siglo XIX. Langley: “Los fármacos debían tener afinidad por lo que denominó sustancia receptiva”. - Ehrlich (premio Nobel 1908): “Las toxinas debían actuar en sitios específicos a los que denominó cadenas laterales”. - A principios del siglo XX, en el ámbito farmacológico la nomenclatura se cambió a RECEPTOR. Sin embargo, de trata es un concepto independiente de su naturaleza molecular, ya que estos “receptores” no son los que conocemos en Bioquímica, sino cualquier macromolécula del organismo con la que el fármaco interacciona para producir su efecto biológico característico (los fármacos son modificadores de la fisiología). Por ello es más apropiado llamarlos DIANAS FARMACOLÓGICAS. Los receptores o dianas farmacológicas generalmente son proteínas, entre ellas enzimas (p. ej., paracetamol e ibuprofeno son inhibidores enzimáticos), transportadores, canales iónicos, proteínas estructurales, proteínas solubles extracelulares (citoquina), etc. En ocasiones también pueden ser otras moléculas como DNA o lípidos de membrana. 2.2. ¿Cómo interaccionan los fármacos con sus receptores? ¿Por qué un fármaco actúa sobre su receptor y no sobre otras moléculas? Esto se debe a una interacción específica entre el ligando y su receptor. ¿Por qué la unión fármaco-receptor produce un efecto? Esta asociación causa modificaciones celulares y moleculares (cambios conformacionales según el modelo de los dos estados, pero veremos que no es así). ¿Cómo interaccionan los fármacos con sus receptores? El fármaco interacciona con su receptor químicamente (especificidad química). Esta interacción puede ser: Reversible (más comunes) ○ Puentes de H+ ○ Fuerzas de van der Waals ○ Enlaces iónicos Irreversible (se unen fuertemente, como la aspirina o fármacos para el Párkinson). ○ Enlaces covalentes La unión del fármaco a un receptor depende de la topología del fármaco y de cómo se acopla, por lo que isómeros (e incluso estereoisómeros) pueden tener distinta afinidad y capacidad de adaptación (que uno sea activo y otro inactivo, que posean actividades distintas, etc.). Antiguamente, los fármacos eran mezclas racémicas, pero esto podía ser peligroso por la distinta función de cada estereoisómero (p.ej., talidomida). Hoy en día, los fármacos que se comercializan contienen al estereoisómero activo puro.  - Estereoselectividad absoluta: un isómero se une pero otro no y lo hace a otro sitio, provocando efectos adversos. - Omeprazol y esomeprazol son isómeros. El fármaco a menudo mimetiza la topología del ligando natural o al menos alguna de sus características. Esto se debe a que el fármaco tiene que poder adaptarse al sitio de unión al receptor. Por ello, los fármacos se diseñan generalmente para que sean más selectivos que el ligando endógeno (p.ej., la benzodiacepina o el baclofeno solo se dirigen a la diana sin interaccionar con otras moléculas). Los ligandos endógenos carecen de selectividad (activación de múltiples receptores). En MUCHAS ocasiones, para un mismo mediador endógeno hay receptores de distintas clases. Un ejemplo son los receptores de ácido γ-aminobutírico (GABA), que pueden ser ionotrópicos (GABAA, como las benzodiazepinas) o metabotrópicos, unidos a la proteína G (GABAB). Otro ejemplo son la adrenalina y noradrenalina, ligandos endógenos capaces de activar los receptores adrenérgicos, acoplados a proteínas G. Cada receptor se rige por un mecanismo de transducción distinto y posee un efecto distinto, por lo que se diseñan fármacos selectivos para el receptor de interés: HEAT para el receptor α1, Rauwolscina para el receptor α2, ICYP para el receptor β, etc.  2.3. ¿Cómo se mide la unión fármaco‐receptor? Langley/Clark (1937), Teoría de la ocupación de receptores: “La respuesta (o efecto farmacológico) surge únicamente cuando el receptor es ocupado por una molécula apropiada de fármaco, que sea capaz de inducir unos cambios en la estructura molecular del receptor”. Si representamos el efecto frente a la concentración de fármaco, surge una gráfica con una meseta ya que es saturable, no lineal. Esto se debe a que existe un número limitado de receptores, de modo que se ocupan. a. Ley de acción de masas Cuando un fármaco interacciona con su receptor lo hace dependiendo de la concentración del fármaco y del receptor. Va a seguir la ley de acción de masas. La interacción depende de la constante de asociación (k1) y la constante de disociación (k-1). La constante de disociación en el equilibrio (KD) indica la afinidad: cuanto menor sea, mayor es la afinidad (hay más asociación que desasociación). b. Ensayo de fijación de radioligando i. Ensayos de saturación Los ensayos de saturación sirven para determinar la afinidad y el número de sitios de fijación de un radioligando. ¿Cómo podemos detectar el fármaco unido a su receptor en el laboratorio? La técnica que se usa es el ensayo de fijación de radioligando. En esta técnica se toma un ligando radiactivo (lo más selectivo posible), marcado generalmente con 125I o 3H y se incuba con una muestra biológica (generalmente en solución, pero puede ser incluso un organismo completo) añadiendo dosis crecientes. Tras un tiempo se alcanza el equilibrio. Si está en solución, podemos filtrar la muestra. Realizamos la cuantificación del radioligando unido al receptor (en el filtro) por la señal radiactiva. Se puede realizar incluso en tejido u organismo completo para comprobar dónde es más abundante el fármaco, lo que se denomina autorradiografía. La siguiente imagen es un ejemplo con un ligando dopaminérgico en el tejido nervioso y organismo completo. La gráfica de un ensayo de saturación es: Si nos fijamos, se trata de una gráfica y una ecuación muy parecidas a las de Michaelis-Menten: Esto nos lleva a dos preguntas: ¿En qué se parecen un receptor y una enzima? ¿En qué se diferencian? Tanto los receptores como las enzimas son macromoléculas que unen un ligando (o sustrato, respectivamente): [L] + [R] ↔ [LR] [E] + [S] ↔ [ES] Sin embargo, la enzima transforma su ligando (sustrato), mientras que un receptor NO (en estos ensayos se asume que ni el radioligando ni el receptor cambian). [L] + [R] ↔ [LR] [E] + [S] ↔ [ES] → [E] + [P] ii. Ensayos de competición Los ensayos de saturación sirven para determinar la afinidad y el número de sitios de fijación de un radioligando. Sin embargo, generalmente no disponemos de la molécula objeto de estudio en forma radiactiva (p.ej. desarrollo de un fármaco), por lo que recurrimos a ensayos de competición. Los ensayos de competición sirven para calcular la afinidad de un ligando no marcado radiactivamente por uno o varios receptores. Se emplea para estudiar la afinidad de fármacos en desarrollo por diversas dianas, para ver su perfil de selectividad. En estos ensayos se emplea una concentración fija de radioligando (no necesariamente nuestro ligando de interés) y receptores en solución. Es un equilibrio. Añadimos concentraciones crecientes del fármaco sin marcar. Al aumentar la concentración de fármaco frío se va reduciendo la cantidad de radioligando y se obtiene una curva de inhibición. Concentración inhibitoria 50 (IC50): concentración de fármaco frío que inhibe el 50 % de la unión del radioligando. Cuanto menor es este número, mayor será la afinidad del ligando frío por el sitio de fijación del radioligando. En la siguiente imagen, el fármaco cuya gráfica es rosa es el de mayor afinidad ya que es la que tiene menor concentración inhibitoria. Podemos diseñar fármacos selectivos para un subtipo de receptor partiendo de una estructura inicial conocida. A la hora de diseñar un compuesto selectivo, podemos imaginar un esqueleto carbonado al que añadimos radicales, generando moléculas con distinta afinidad tanto para el receptor de interés como para los demás. La mejor elección es aquel compuesto con elevada afinidad para el receptor de interés y baja afinidad para otros receptores, esto es, con gran selectividad. Por ejemplo, en el siguiente caso la mejor elección es el último (buena afinidad por el que queremos y mala para la que no queremos). No vale la segunda porque no es muy selectiva. 25 veces más afín por mi diana que por la que no queremos (variable). A modo de resumen: 3. Tipos de fármacos (ligandos) dependiendo de su actividad sobre el receptor 3.1. Conceptos clave Afinidad: capacidad de un ligando de unirse al receptor. Condiciona la unión del ligando (fármaco) y el receptor. Modelo ocupacional Para que el receptor se active tiene que estar ocupado por su ligando. El fármaco modifica al receptor al unirse para producir un efecto (INDUCE un cambio conformacional). Es responsable de la respuesta biológica. Actividad intrínseca: capacidad de un ligando de activar un receptor. Condiciona la activación del receptor. No tiene relación con la afinidad. ¡No todos los fármacos son capaces de activar su receptor! Clasificación de los fármacos en función de su actividad Agonista: se une al receptor y produce un efecto (actv intrínseca +) Antagonista: se une al receptor sin producir un efecto (no es capaz de causar un cambio conformacional según el modelo ocupacional; actividad intrínseca -). Efecto y ocupación Efecto máximo (Emáx): máximo efecto que es capaz de producir un agonista = fármaco. Dosis eficaz 50 (DE50): dosis que produce la mitad del efecto máximo que produce ese fármaco. La respuesta es proporcional a la fracción de receptores ocupada y a la actividad intrínseca del agonista. Al aumentar la dosis de agonista, generalmente aumenta el efecto hasta llegar a una meseta por la ocupación de receptores. No hay necesariamente una relación tan directa. Actividad intrínseca No todos los agonistas tienen la misma capacidad de activar a su receptor. Los agonistas puros tienen una actividad intrínseca de 1 (son capaces de producir la máxima respuesta del sistema, activarlos al máximo); los agonistas parciales tienen una actividad intrínseca superior a 0, pero inferior a 1; los antagonistas tienen una actividad intrínseca de 0. La escala semilogarítmica facilita visualizar la DE50 para comparar visualmente entre fármacos (es poco común usar la escala lineal para ver la curva dosis respuesta). Si consideramos 4 moléculas emparentadas pero con distintos radicales, podemos comprobar que todos poseen cierta afinidad por el receptor, pero su efecto es muy variado (distinta actividad intrínseca y, por tanto, distinta capacidad de activación). En el siguiente ejemplo, tres de las moléculas son agonistas parciales y una de ellas, antagonista. Pequeños cambios de estructura pueden condicionar la afinidad?. Eficacia y Potencia no están relacionadas Eficacia: máxima respuesta que puede inducir el fármaco. Es función de la actividad intrínseca. Potencia: la dosis de fármaco necesaria para producir una cierta respuesta. Se relaciona con la DE50: cuanto más pequeña sea la DE50, más potente es el fármaco. Significa que con poca dosis eres capaz de producir un gran efecto. A continuación vemos una gráfica en escala semilogarítmica donde el fármaco más eficaz es el rojo (mayor eficiencia máxima). Es un agonista puro, mientras que el resto son parciales (la eficacia es menor que la del puro). Siguiendo la definición anterior de potencia, la línea azul en la gráfica es más potente, pero menos eficaz que el rojo. La dosis necesaria para producir la mitad del efecto máximo es baja, se dice entonces que es un fármaco potente. El menos potente es el negro. La potencia no es determinante, esto es, nos interesa más la eficacia que la potencia (a no ser que la otra opción sea tomar una caja entera de fármaco).  Concepto de receptores de reserva Receptores de reserva: receptores no requeridos para lograr el efecto máximo. Depende del agonista (actividad intrínseca) y del sistema experimental. Para que se note el efecto (respuesta biológica) máximo, deben activarse “x” receptores (umbral de efecto). Tener todos los receptores ocupados no implica tener el efecto máximo del fármaco. Hay una serie de receptores cuya activación no es necesaria para lograr el máximo efecto (de reserva). La célula invierte muchos recursos para generar receptores, por lo que no tendría sentido activarlos si no son necesarios, pero se generan para tener más velocidad de activación (genera muchos para que funcione muy rápido, pero no hacen falta todos). Los fármacos por lo general son más selectivos, pero quizá tienen menos actividad intrínseca que los agonistas endógenos. Concepto de receptores de reserva: Agonista puro y agonista parcial Depende de la actividad intrínseca del agonista y del sistema experimental, porque en el efecto de un agonista puro la ocupación no se superpone con el efecto, es decir, activa también a los receptores que le sobran. Si disminuyes la actividad intrínseca del agonista, se requiere más cantidad. Si es un agonista parcial lo mismo ni con 3 millones (ni ocupando el 100 % de los receptores) llegas a una eficacia alta (al máximo efecto del sistema). En el caso del agonista puro, activa mucho el sistema y no se activan/necesitan los receptores de reserva. Los agonistas parciales pueden tener receptores de reserva (siempre menos que el puro) si tienen una buena actividad intrínseca.  3.2. Tipos de antagonista Los antagonistas no pueden activar al receptor. Se clasifican dependiendo de cómo interfieren en la acción del agonista. Antagonista competitivo: ○ Se une al mismo sitio que el agonista (sitio ortostérico). Lo puede desplazar. Si la concentración relativa del antagonista supera a la del agonista, lo ocupa y no hay efecto. Si entonces se aumenta la de agonista se establecería de nuevo su dominancia y produciría un mayor efecto. ○ La potencia disminuye (mayor DE50), sin alterar el efecto. En la curva dosis respuesta vemos que la presencia de antagonista disminuye el efecto, pero que luego puede aumentar al mismo tiempo que lo hace la concentración de agonista e incluso llegar al máximo efecto. La potencia disminuye si aumentamos la dosis de antagonista aunque la de agonista siga siendo lo suficientemente mayor como para alcanzar el efecto máximo. Aquí vemos distintas dosis del mismo antagonista. Son curvas hechas con una dosis creciente de antagonista competitivo. Disminuye la potencia porque la DE50 aumenta pero el techo no se modifica (el efecto máximo). En todo esto no tienen necesariamente que tener la misma afinidad el agonista y antagonista, prima más la cantidad. Si el agonista tiene más afinidad, simplemente en vez de tener que añadir cierta cantidad para contrarrestar al antagonista, pues adicionamos menos. Antagonista NO competitivo Inhibición alostérica, irreversible en el sitio ortostérico (sitio de unión del agonista), o inhibe la acción del agonista en su ruta de señalización. Disminuye la Emáx e incrementa la DE50. - Inhibidor irreversible: encaja en el mismo sitio que el agonista, por lo que va a bloquearle el acceso. Ni aumentando la dosis de agonista va a poder unirse al sitio porque es un inhibidor irreversible. - Inhibidor alostérico: se une a otro sitio diferente al del agonista y modifica la topología del sitio de unión normal del agonista. - Inhibidor de la señalización: Si incrementamos la dosis de agonista, el techo (la meseta) cae. Utilidad clínica Los antagonistas se usan como antídoto específico del agonista, no tienen ningún efecto pero bloquean el efecto del agonista. Una sobredosis de opioides o analgésicos causa depresión respiratoria, coma y muerte. Naloxona es un antagonista para el receptor de opioides, por lo que despierta al paciente del coma de manera instantánea. ¡Un fármaco puede tener VARIOS EFECTOS! (incluso actuando en el mismo receptor ‐en varios tejidos‐) - Muerte por fentanilo (familia de las morfinas). Utilidad básica Estudiar mecanismos de acción de nuevos fármacos (o sustancias/procesos fisiológicos). Aproximación farmacológica: estudio de fármacos naturales, mecanismos de acción… Si no se le administra un fármaco agonista (ACTIVA AL RECEPTOR)… ¿Puede un antagonista tener un efecto en un organismo? Sí, porque bloquea a los agonistas endógenos (p.ej. Antipsicótico que es antagonista para los receptores de dopamina). Hay que pensar como organismo completo. Los antagonistas tienen afinidad por el receptor pero no tienen actividad. Por tanto, sí que puede tener efecto ya que se uniría al receptor, no lo activa pero no deja que se una un agonista endógeno (antagonismo competitivo). Y SI… ¿ADMINISTRAMOS JUNTOS a los agonistas puros y parciales? Aquí tenemos un ejemplo con un agonista puro y un agonista parcial cuya eficacia máxima es 50 %. Imaginemos que administramos una dosis del agonista parcial que consigue ese  máximo efecto del 50 % y ahora imaginemos que también administramos agonista puro que llega al 100% del efecto. Si dejamos una dosis fija de agonista parcial y crecientes de agonista puro, ¿Qué pasaría? Opción 1: se suman 150 % Opción 2: al agonista puro le suda 3 cojones el parcial Opción 3: el agonista parcial va a hacer que el puro funcione peor porque ocupa los receptores y no los activa de manera máxima. Van a tener una relación competitiva: el parcial se une al receptor pero no realiza una función máxima y lo bloquea, no dejando que se una el puro. Todo esto dependerá de la cantidad de agonista puro y parcial que haya. El puro va a tener que desplazar al agonista parcial para que exista un efecto del 100% (Si añadimos una dosis fija de agonista parcial y crecientes de puro, al final alcanzaremos el 100 % de efecto pero con menos potencia que con el puro solo.) Podría parecer que los fármacos parciales no sirven para nada, pero un ejemplo es el CHAMPIX para dejar de fumar. Es un agonista parcial de receptores nicotínicos (acetilcolina). Ocupa los receptores pero no los activa de la misma forma que lo hace la nicotina (puro), disminuyendo la abstinencia. Cuando dejas de fumar tienes abstinencia, si te tomas un agonista puro desaparecen los síntomas. Con un agonista puro (parches y chicles de nicotina), cuando dejas la terapia probablemente recaigas. El CHAMPIX es agonista parcial nicotínico, no te quita los síntomas, pero los alivia. Si en medio del tratamiento fumas, no sientes esa recompensa porque todos los receptores están ocupados por el CHAMPIX. Entonces ya no se refuerza el efecto y la adicción en el cerebro. ¿Puede haber activación de un receptor en ausencia de agonista? El modelo ocupacional asume que no puede funcionar el receptor si no está ocupado, pero es excesivamente simple y no refleja la realidad de los sistemas. Se ha demostrado que los receptores son capaces de tener una respuesta basal en ausencia de ligando. 3.3. Modelo de los dos estados de activación de receptores Este modelo es el real y se basa en que existe un equilibrio entre el estado de reposo y el estado activo. Normalmente los receptores están más cerca del estado de reposo pero de manera espontánea algunos pueden estar más cerca al estado activo. Cuando nos imaginamos un receptor acoplado a una proteína G, nos lo imaginamos muy estático, pero no lo son. Se están moviendo y, aleatoriamente, se desplazarán al estado activo. Esto no ocurre con mucha frecuencia porque entonces los receptores estarían desregulados (los ligandos sirven de reguladores para decirles al receptor cuando dispararse). Dan una respuesta baja. Un ligando agonista se une preferentemente al estado activo (mayor afinidad). Los agonistas no inducen un cambio conformacional, sino que seleccionan la conformación activa. Los antagonistas se unen al receptor con la misma afinidad independientemente de si está en estado de reposo o estado activo. Como no distingue entre estados, no afecta de ninguna manera al equilibrio (es inactivo). No debería modificar la respuesta basal del sistema. ¿Qué ocurriría si un ligando en vez de unirse al estado activo se une al inactivo? Disminuye la respuesta basal del sistema. Se trata de un agonista inverso. Esto fue lo que hizo que el otro modelo dejara de tener sentido. En resumen, la respuesta basal aumenta por agonistas, no se altera por los antagonistas y disminuye por los agonistas inversos. 3.3.1. Agonista La primera imagen corresponde al estado basal. Cuando los receptores que están en equilibrio pasan a estado activo, el agonista los fija e incrementa por tanto el flujo de iones. 3.3.2. Antagonista Hay pocos antagonistas endógenos, al contrario que agonistas. Aquí vemos el ejemplo de un antagonista competitivo en concreto. El antagonista disminuye el efecto de los agonistas. Se une con la misma afinidad al receptor en ambos estados y no modifica el equilibrio ni la actividad basal del sistema. Ocupa el receptor y el agonista no puede acceder a él.  3.3.3. Agonista inverso El agonista inverso (tiene mayor afinidad por los inactivos) desplaza el equilibrio al estado inactivo y disminuye la respuesta basal. Pasa los receptores rojos a morados, disminuyendo la respuesta del sistema. Y SI… ¿ADMINISTRAMOS JUNTOS AGONISTA INVERSO Y ANTAGONISTA? No partiríamos de cero, habría una activación constitutiva (basal) del receptor en ausencia de agonista, por ejemplo digamos 100. La respuesta basal aumenta por agonistas, no se altera por los antagonistas y disminuye por los agonistas inversos. Si mezclamos un agonista inverso con una dosis fija de antagonista competitivo, se desplaza (como vimos). Ocurrá lo mismo que la línea azul pero debajo de la verde. Conceptos importantes Concepto de actividad intrínseca (agonista y antagonista) La unión fármaco‐receptor no necesariamente correlaciona con el efecto al 100 % (actividad intrínseca y reserva de receptores, muy relacionado) Modelo ocupacional: inducción conformacional Modelo de dos estados: selección conformacional Curvas dosis‐respuesta: ○ Potencia y DE50 ○ Eficacia y Emáx Antagonista competitivo y no competitivo 4. Principales dianas y mecanismos efectores Proteínas Receptores fisiológicos Enzimas Transportadores Canales iónicos Proteínas estructurales Proteínas solubles extracelulares En ocasiones no son proteínas: p.ej. DNA 4.1. Receptores fisiológicos Se tratan de los receptores propiamente dichos. Sitio de reconocimiento de neurotransmisores, hormonas y otros mediadores celulares, sensores en el sistema de comunicación química intercelular… (P.ej. el receptor muscarínico para acetilcolina; el receptor beta adrenérgico). Los receptores para moléculas fisiológicas se dividen en unas pocas (super)familias que comparten estructuras homólogas y mecanismos de acción común.  A) Canales iónicos activados por ligando (receptores ionotrópicos) En general, estos son los receptores sobre los que actúan los neurotransmisores rápidos como la acetilcolina. Tardan milisegundos y tienen cierta selectividad. Se trata de los que cuando un ligando agonista se une causa la apertura del canal y, por tanto, un incremento en el flujo de iones que puede causar la hiperpolarización o despolarización de la célula. Los fármacos que usan estos receptores tienen una acción muy rápida. B) Receptores acoplados a proteínas G (receptores metabotrópicos) - Metabotropos. - MUY abundantes - 7 dominios transmembrana Agonistas endógenos - Aminas biógenas: adrenalina, noradrenalina, serotonina, histamina - Aminoácidos: glutamato, GABA - Lípidos: prostaglandinas, leucotrienos - Péptidos y proteínas: angiotensina, bradiquinina, POEs - Otros: luz, feromonas… Fármacos: muchos más (agonistas y antagonistas). La mayoría modulan este tipo de receptores. En la siguiente imagen vemos el receptor acoplado a la proteína G con las subunidades alfa, beta y gamma. Gα está en reposo uniendo GDP. Cuando un agonista se une al receptor se dispara el intercambio entre GDP y GTP en la Gα. Luego esta se queda activa en el citosol unida a GTP. La betagamma (βγ) en cambio está libre y se desplaza también por la membrana. La betagamma se une a numerosos canales iónicos para modularlos, son muy activas biológicamente (efecto directo). De hecho, no es una sola proteína sino una familia de proteínas. De las Gα, de las que tampoco hay solo una, sino familias. Cada receptor interacciona con Gα concretas. Lo que dicta lo que hace la activación de receptor es el tipo de Gα que se una. Cada tipo de receptor activa una Ga diferente. Las Gq activan a la fosfolipasa C/proteína quinasa C → típicamente activadora. Activan quinasas que fosforilan proteínas. Las Gs (estimuladoras) activan a la adenilato ciclasa produciendo AMPc para activar a la PKA → típicamente activadora Las Gi/o son inhibitorias y son como opuestas a las Gs. Disminuyen actividad AC. Como dijimos, lo que haga el receptor depende de la G que activa. Cuando activamos la Gα se acaba activando a la molécula efectora en cuestión. ¿Cómo se amplifica la señal de la activación de este tipo de receptores? Por cada molécula de agonista y receptor activo se activan en torno a 100 moléculas de Gα, que activan a 100 adenilato ciclasa (contando que sean Gs). Luego no ciclan una sola molécula de ATP en AMPc sino que cada una cicla 100. Entonces, cuando activas 1 receptor con 1 agonista acabas produciendo un cambio muy grande a nivel del receptor último sobre el que repercute la ruta, en este caso se generan 100.000.000 (G1P) por agonista. No es un proceso tan rápido porque lleva a cabo muchos otros procesos, pero gracias a la amplificación se sitúa en la segunda posición en cuanto a rapidez. Tardan segundos. C) Receptores acoplados a actividad enzimática Guanilil-ciclasa: Serían los más sencillos porque el receptor en sí tiene una actividad enzimática. Tirosin-kinasa: ○ con actividad enzimática intrínseca (p.ej. Factores de crecimiento e insulina). En el receptor hay un dominio con actividad catalítica tirosin quinasa. Cuando el receptor se activa, dimeriza y se estimula la actividad tirosin quinasa que hace que se fosforilen entre sí. Esto a su vez hace que este receptor esté en forma activa. Este tipo de procesos no tiene la misma amplificación ni de lejos que el que se da con un receptor acoplado a proteínas G  ○ sin actividad enzimática intrínseca (p.ej., Receptores de citoquinas) Se parecen mucho, también dimerizan. La actividad no la tiene en sí en el receptor, sino que la recluta de la célula: cuando se activa coge una tirosín quinasa celular y la activa, no hay amplificación de la señal, solo activa una. En términos de efecto esto es muy importante porque la amplificación es poca. Este efecto se hace notar en forma de minutos y a veces de horas, no es una respuesta celular rápida. D) Receptores intracelulares - Solubles - Localizados en el citoplasma (hormonas esteroideas) o en el núcleo (hormonas tiroideas) - Capaces de unirse directamente al DNA: el complejo fármaco-receptor se comporta como un factor de transcripción, modificando la expresión génica. Son factores de transcripción modulados por ligando. Existen unas estructuras denominadas dedos de Zinc. Son capaces de reconocer ciertas regiones muy conservadas de ADN de manera que cuando un agonista activa el receptor, este va a las secuencias concretas del ADN y las transcribe, como puede hacer por ejemplo el cortisol. Existen las denominadas secuencias GRE (elemento de respuesta a glucocorticoides). Puede llevar a cabo transactivación o transrepresión (los activa o reprime). Es un proceso muy lento de horas a días. El tiempo que tarda un fármaco en actuar guarda mucha relación con el tiempo de acción (no solo importa que llegue a su sitio muy rápido). Los que actúan sobre ionotrópicos (nicotínicos) tienen un efecto en milisegundos; en cambio los glucocorticoides horas/días ; los que activan a prot G segundos; y los factores de crecimientos minutos/horas.  4.2. Enzimas Proteínas que interaccionan con un sustrato al que modifican químicamente. Los fármacos actúan como: - Inhibidores: reducen la formación de producto (reversibles o irreversibles. P.ej. AINEs) (muchos como ibuprofeno, paracetamol,...) - Falsos sustratos: Capaz de ser metabolizado por la enzima, pero produce un producto diferente al de la ruta metabólica normal Ruta biosintética de dopamina o noradrenalina La dopa descarboxilasa produce dopamina a partir de L-DOPA. Cuando se suministra la Alfa-Metil-Dopa ocupa el lugar de la L-dopa saturando la dopa descarboxilasa y no va a metabolizar a la L-dopa normal: falso sustrato. No es un inhibidor enzimático en sí porque se deja metabolizar. Produce menos dopa y NE de la que deberían producir. Hay muy pocos falsos sustratos en farmacología. 4.3. Transportadores Proteínas que permiten el paso de una sustancia química (polar) de un lado a otro de una membrana celular. Tienen sitios de reconocimiento específicos para la sustancia concreta (p.ej., Neurotransmisor) → bloqueable por fármacos Siempre son para sustancias polares porque si fueran apolares pasarían por difusión simple. En la terminal presináptica hay muchos transportadores para que al liberar muchos neurotransmisores luego se re-capten. Al inhibir la recaptación se acumulan en la hendidura y hacen un efecto mucho más robusto y prolongado. Ej. antidepresivos y cocaína. Inhibidores de transportadores de NT (serotonina y adrenalina). 4.4. Canales iónicos Los canales dependientes de voltaje tienen estructuras muy parecidas a esta. Tienen sensores de voltaje, no tienen un sitio normal de unión a ligando. Tienen un montón de alfa hélices. Cuando hay un cambio de voltaje la hélice se mueve hacia arriba y tira de las demás, abriendo el poro. Independientemente de cómo se produce exactamente la apertura, lo relevante es que este tipo de canales iónicos no responden de manera normal a una molécula pequeña, pero sí que hay fármacos que están hechos para modular su actividad. Uno es la tetradotoxina (TTX) para tratamiento de algunos tipos de dolor (canales de Na+ dependientes de voltaje) y anestésicos locales: ambos bloquean el poro del canal. Aunque de manera natural no están pensados para que respondan a un ligando, se pueden bloquear. Cuando comemos algo picante, notamos un cambio en la percepción de la temperatura, sentimos que la boca nos arde porque el principio activo del picante (capsaicina) estimula canales que de manera normal estimulan el calor. Los que toleran mejor el picante es que los receptores les funcionan un poco peor. A los pelirrojos les funciona peor el receptor, así que aguantan mejor el picante y el dolor por calor. Los anestésicos locales, la lidocaina se mete en el canal de sodio. 4.5. Proteínas estructurales Las proteínas estructurales se alejan mucho de la idea de receptor. Pueden ser microtúbulos como la tubulina, es diana de un antineoplásico. El Paclitaxel es la quimio que se da para muchos tumores sólidos (cáncer de mama). Se une a la tubulina y hace que el movimiento de los microtúbulos esté entorpecido. De manera que si tenemos una célula con un movimiento muy agresivo (que se esté dividiendo mucho, es decir, las células tumorales) van a sentir mucho la toxicidad del Paclitaxel. Diana: proteínas del citoesqueleto.  4.6. Proteínas solubles extracelulares También son muy diferentes a los receptores fisiológicos. Las citoquinas son las más conocidas y pueden ser receptores farmacológicos. Son moléculas muy importantes en la comunicación intercelular de la respuesta inflamatoria. Existen receptores de TNF que al unirse, se activan. Hay anticuerpos monoclonales que se unen de manera selectiva a proteínas solubles extracelulares, en concreto citoquinas. Gran parte de la terapia biológica ha ido dirigida a citoquinas pero no son los únicos. También hay algunos hechos para neurotransmisores para la migraña, aprobado hace un par de años. El Infliximab se usa en artritis reumatoide: Neurotransmisor (foto) 4.7. En ocasiones no son proteínas: p.ej. DNA Otro grupo de antineoplásicos son los antineoplásicos alquilantes que funcionan cuando las hebras de DNA se separan. Estos fármacos son especies muy reactivas que se meten entre las hebras y producen enlaces que provocan su separación o entre la misma hebra, es decir, toxicidad (la quimioterapia de por sí es tóxica, pero causa más toxicidad cuanto mayor es la tasa de replicación celular; por eso afecta al pelo, células del epitelio gastrointestinal causando diarrea y, por supuesto, celulares tumorales). Hay casos incluso más raros como la Anfotericina B. Es un fármaco que está pensado como antifúngico y es curioso porque su diana farmacológica es la membrana celular; tiene una afinidad increíble por el ergosterol de los hongos. Tiene una parte hidrofílica y otra hidrofóbica. Esa parte hidrofóbica tiene afinidad por el ergosterol y cuando entra en contacto se dispone espacialmente de tal forma que autoensambla un poro. El hongo muere por lisis osmótica (le entra agua). Moraleja: los receptores farmacológicos por definición es dónde actúa el fármaco para hacer un efecto, así que casi cualquier parte que se te ocurra de la biología puede ser una diana. 5. Regulación de los receptores en respuesta a fármacos Se trata del mismo ciclo biológico de casi cualquier proteína. Una vez se sintetiza no suelen ser funcionales hasta que sufren un postprocesamiento (como glicosilaciones), que suceden en el AG. Luego mediante transporte vesicular los manda a los sitios de la célula donde hacen falta, como la membrana plasmática. Los procesos de reciclaje a veces son clásticos, de manera que responden un poco a la necesidad de la célula en cada momento.  5.1. Influencia de los fármacos en la regulación de los receptores Esto quiere decir que si se estimula un receptor con un agonista de manera continua, la célula percibe que el efecto de esa ruta es excesivo respecto a la normalidad y es posible (en algunos sistema solo) que se produzcan cambios adaptativos para que la activación de la ruta sea menor, entonces son posibles dos actividades: - Tolerancia aguda o taquifilaxia: ocurre con estimulaciones breves en farmacología. - Tolerancia crónica: si la administración del agonista es muy muy prolongada. Taquifilaxia Está más estudiado en receptores acoplados a proteínas G. Los primeros en los que se estudia son en los adrenérgicos. Vemos a la izquierda la respuesta de una dosis de adrenalina (1). Entre la primera respuesta y la segunda pasa muy poco tiempo, entonces la segunda respuesta es más pequeña. Ha habido como un proceso de desensibilización a la respuesta (2, el sistema se ha hecho un poco tolerante en un periodo muy breve de tiempo y con una sola administración). Si dejamos un periodo de descanso mayor y volvemos a estimular, la respuesta vuelve a un valor normal (3). Esto se debe a que cuando estimulamos un receptor acoplado a proteína G, se activa la Gα y betagamma. Están unidas al extremo C que es intracelular. Al activarlo, se suelta del receptor y el C terminal se queda desnudo, libre, y algunas enzimas concretas (quinasa relacionada con receptores asociados a proteínas G: GRKs), fosforilan el C terminal libre. Esto impide la reasociación de las Gα. Es una de las vías para evitar una respuesta excesivamente mantenida del sistema. La arrestina tiene afinidad por el C terminal fosforilado. Es una de las señales para causar la internalización mediante vesículas de los receptores. Entonces se genera una señal para internalizar al receptor. Si en ese momento se vuelve a estimular con otro agonista, hay menos respuesta por la disminución transitoria de los receptores de membrana. Tras un rato se libera la arrestina, se desfosforila el C terminal y se recupera la respuesta. El problema está cuando de manera muy sostenida se está estimulando este sistema con un agonista. Se produce mucha arrestina y aumenta mucho su afinidad debido a la acción de las GRKs. Esto sí produce problemas porque ocurre este mecanismo, pero maximizado. El receptor al internalizarse se degradaría en vez de usarse de nuevo, además se inhibe la síntesis de nuevos receptores. Al final tenemos un agonista endógeno y un fármaco exógeno que activa al receptor. Percibe este efecto excesivamente incrementado y acaba con muchos menos receptores en membrana. Es uno de los motivos que origina tolerancia crónica. Antes tenías muchos receptores y mucho efecto, pero ahora te hace menos porque tienes pocos receptores. Te haces tolerante al fármaco. Como los fármacos son moduladores de la fisiología, se ha modificado el equilibrio fisiológico y ahora está acostumbrado a tener una activación exógena continuada (hay muy poco agonista endógeno). ¿Qué ocurre si en esa circunstancia retiras de manera brusca el fármaco? El síndrome de abstinencia. Esto ocurre con la morfina. Va asociado en muchas ocasiones a los fenómenos de tolerancia. ¿Un fármaco antagonista puede tener actividad biológica? Sí, lo que hacen es bloquear la unión del agonista endógeno con su receptor. Tiene cierta equivalencia con la administración crónica de agonista. Si se administra de manera continua el antagonista, se bloquea de manera continuada la ruta endógena (no se puede unir el agonista endógeno) y la célula percibe que la ruta funciona a niveles bajos y puede generar cambios: produce más receptores o degrada menos. También que los receptores de membrana lleguen a su destino pronto. Al menos eso es lo que ocurre de manera canónica y simplificada. Conceptos importantes  Gran variedad en las dianas farmacológicas (modificadores de la fisiología). Importancia del mecanismo en la latencia del efecto de un fármaco. Cambios plásticos en respuesta al fármaco (tanto de antagonistas como de agonistas).