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Chimica farmaceutica Target di farmaci: Recettori  Chimica farmaceutica Struttura e funzione dei Recettori Proteine globulari che agiscono come "cassette delle lettere" di una cellula...

Chimica farmaceutica Target di farmaci: Recettori  Chimica farmaceutica Struttura e funzione dei Recettori Proteine globulari che agiscono come "cassette delle lettere" di una cellula Presenti essenzialmente sulla membrana cellulare Ricevono messaggi da messaggeri chimici provenienti da altre cellule Trasmettono un messaggio alla cellula, inducendo un effetto cellulare Diverso recettori specifici per diversi messaggeri chimici Ogni cellula ha una gamma di recettori sulla membrana cellulare che rende sensibile la cellula stessa a diversi messaggeri chimici Nerve Nerve Receptor Nucleus Cell Cell Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Struttura e funzione dei Recettori Messaggeri chimici Neurotrasmettitori: sostanze rilasciate dalle terminazioni nervose, che attraversano le sinapsi per legare i recettori delle cellule bersaglio, ad esempio muscolari o neuronali. Generalmente hanno breve “sopravvivenza” e sono responsabili del messaggio tra cellule individuali Ormoni: sostanze, rilasciate da cellule o ghiandole, che interagiscono con recettori delle cellule target che non sono fisicamente vicine a quelle che hanno rilasciato l’ormone. Nerve 1 I messaggeri chimici attivano i recettori senza che avvenga una reazione Nerve 2 Blood supply Hormone Neurotransmitters Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Struttura e funzione dei Recettori Meccanismo Recettori: presentano un sito di binding (cavità o fessura sulla superficie recettoriale) che viene riconosciuto dal messaggero chimico Il legame del messaggero coinvolge legami intermolecolari Il binding porta a un induced fit della proteina Il cambio di arrangiamento strutturale della proteina porta a un effetto ‘domino’ Trasduzione del segnale: porta a un segnale chimico all’interno della cellula I messaggeri chimici, di solito, non entrano nella cellula. Si staccano dal recettore mantengono la loro struttura inalterata (NO REAZIONI!) Induced fit Messenger Receptor Cell Message Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Sito di binding Cavità o fessura idrofobica sulla superficie del recettore - equivalente al sito attivo di un enzima Accetta e lega un messaggero chimico Contiene aminoacidi che formano i legami con il messaggero Nessuna reazione, nessuna catalisi Binding site Binding site Il sito di binding ha una forma adatta all’alloggiamento del messaggero Il legame altera la struttura terziaria del recettore (induced fit) L’alterazione della struttura porta a ulteriori effetti: trasduzione del segnale Messenger M Induced fit Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Legame con il messaggero vdw interaction Ionico H-bond legami H Binding site van der Waals O H Phe Ser CO2 ionic Asp bond Receptor Phe Phe H O H O Ser Ser CO2 CO2 Induced Asp Fit Asp Intermolecular bonds not optimum length for Intermolecular bond lengths optimised maximum binding strength Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Legame con il messaggero M M M RE RE R Trasduzione del segnale I legami devono essere abbastanza forti da tenere il messaggero legato al recettore sufficientemente lungo per la trasduzione del segnale Le interazioni devono essere abbastanza deboli da consentire al messaggero di staccarsi Delicato equilibrio Molecole con interazioni forti sono in genere composti che bloccano il sito di legame - antagonisti Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Superfamiglie recettoriali Tempo di risposta Recettori accoppiati a canali ionici msecs Recettori accoppiati a proteine G secondi Recettori accoppiati a chinasi minuti Recettori intracellulari Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con canali ionici Tunnel idrofilico Membrana cellulare Recettore: parte del complesso proteico del canale ionico Legame recettore-messaggero: variazione di conformazione (induced fit) Canale ionico: apertura o chiusura Canali ionici specifici per specifici ioni (Na+, Ca2+, Cl-, K+) Polarizzazione o depolarizzazione delle membrane neuronali Attivazione o disattivazione di enzimi che catalizzano reazioni intracellulari Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con canali ionici Messaggero Sito di Canale ionico binding del Canale ionico (chiuso) recettore (aperto) Messaggero Induced fit e apertura del canale Lock Gate ionico Membrana Canale Canale Membrana Membrana Canale Canale Membrana cellulare ionico ionico cellulare cellulare ionico ionico cellulare Cellula Cellula Risposta veloce: msec Ideale per la trasmissione nervosa Binding del messaggero = flusso ionico attraverso la membrana Flusso ionico = effetti secondari (trasduzione del segnale) Alterazione della concentrazione ionica intracellulare Variazioni nella chimica della cellula Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con canali ionici Recettore nicotinico Canale ionico 2x a, b, g, d subunità a g Siti di binding b a d b a g Due siti di binding per il substrato Membrana d a presenti principalmente sulle cellulare subunità a Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con canali ionici Recettore glicinico Canale ionico Siti di binding a b a a a a b b Membrana a b cellulare Tre siti di binding per il substrato presenti sulle 3x a, 2x b subunità subunità a Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con canali ionici Struttura delle subunità proteiche (Subunità recettoriali a 4-TM) Regione di binding del neurotrasmettitore H2N Loop extracellulare CO2H Membrana TM1 TM2 TM3 TM4 cellulare Loop intracellulare Loop variabile 4 Regioni transmembrana (TM) idrofobiche Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con canali ionici Struttura del canale ionico Subunità TM4 proteiche TM1 TM3 TM3 TM2 TM1 TM4 TM2 TM2 TM4 Regioni TM1 TM3 transmembranarie TM3 TM2 TM2 TM1 TM4 TM1 TM3 TM4 La porzione TM2 di ciascuna subunità proteica è rivolta verso il poro centrale Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con canali ionici Gating Sito di Binding Recettore Messaggero Induced Membrana fit Membrana cellulare cellulare ‘Gating’ (apertura del canale ionico) Cinque subunità glicoproteiche transmembranarie Canali “Cationici” per K+, Na+, Ca2+ (e.g. nicotinico) = Eccitatori Canali “Anionici” per Cl- (e.g. GABAA) = Inibitori Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con canali ionici Gating Flusso ionico TM2 TM2 Membrana cellulare TM2 TM2 TM2 TM2 TM2 TM2 TM2 TM2 TM2 TM2 Chiuso Aperto Legame del messaggero chimico al sito di binding Induced fit con conseguenti ulteriori variazioni conformazionali Spostamento del segmento TM2 con apertura del poro Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con Proteine G Legame recettore-messaggero à induced fit Apertura del sito di binding per la proteina segnale (proteina G) Messaggero Legame della proteina G, destabilizzazione e dissociazione induced fit Chiuso Aperto Dissociazione della proteina G Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con Proteine G Subunità della proteina G: Attivazione di un enzima legato alla membrana Legame a un sito allosterico Induced fit con apertura del sito attivo Catalisi di una reazione intracellulare Enzima Enzima Sito attivo inacessibe Sito attivo (chiuso) (aperto) Reazione intracellulare Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con Proteine G Loops extracellulari NH2 Struttura Catena N-terminale Elica Membrane VII VI V IV III II I transmembrana Regione di binding della proteina G HO2C Catena C-terminale Loop intracellulare Loops intracellulari variabile Singola proteina con 7 regioni transmembrana Ligandi Monoammine: dopamina, istamina, noradrenalina, acetilcolina (rec. muscarinico) Nucleotidi Lipidi Ormoni Glutammato… Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con Proteine G Sito di legame: dipende dal tipo di ligando Ligando A B C D A - Monoammine: tasca nelle eliche TM B - Ormoni peptidici: sommità delle eliche TM + loops extracellulari + catena N- terminale C - Ormoni: loops extracellulari + catena N-terminale D - Glutammato: catena N-terminale Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori accoppiati con Proteine G Tipi e sottotipi recettoriali Differenze strutturali tra recettori che riconoscono lo stesso ligando Recettore Tipo Sottotipo Alfa (a) a1, a2A, a2B, a2C Adrenergico Beta (b) b 1, b 2, b 3 Nicotinico Colinergico Muscarinico M1-M5 Tipi e sottotipi non ugualmente distribuiti nei tessuti Selettività del target à Selettività del tessuto Muscolo cardiaco Recettori b1 adrenergici Adipociti Recettori b3 adrenergici Muscolatura bronchiale Recettori a1 & b2 adrenergici Tratto gastrointestinale Recettori a1, a2 & b2 adrenergici Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori legati alle tirosine chinasi Sistemi bifunzionali: recettore / enzima Attivati da ormoni Possibile sovraespressione in cellule tumorali Legame recettore-messaggero à induced fit Apertura del sito attivo Reazione catalizzata nella cellula messaggero messaggero induced fit Sito attivo chiuso chiuso aperto Reazione intracellulare Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori legati alle tirosine chinasi Porzione NH2 Regione di binding del N-terminale messaggero extracellulare Regione transmembranaria Membrana cellulare idrofilica (a-elica) Porzione Porzione catalitica C-terminale (chiusa nello stato di riposo) intracellulare COOH O O NH Tirosina chinasi NH C Proteina C Proteina Proteina Mg++ Proteina OH ATP ADP O P Residuo tirosinico Residuo tirosinico fosforilato Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori legati alle tirosine chinasi EGF Recettore del fattore di crescita epidermico EGF-R Binding del ligando e dimerizzazione Fosforilazione Membrana cellulare HO OH PO OP OH OH ATP OP OP ADP Monomero inattivo Sito attivo della chinasi aperto per Sito di binding per EGF induced fit EGF – ormone proteico – ligando bivalente Sito attivo della tirosina chinasi Il sito attivo di una porzione catalitica del dimero fosforila la tirosina dell’altra porzione Dimerizzazione cruciale Regione fosforilata: sito di legame di altre proteine ed enzimi Attivazione di proteine ed enzimi di signalling Messaggio intracellulare Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori legati alle tirosine chinasi Recettore dell’insulina Complesso tetramerico Insulina Fosforilazione Membrana cellulare HO OH PO OP ATP ADP OP OH OH OP Sito attivo della chinasi aperto per induced fit Sito di binding dell’insulina Sito attivo della chinasi Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori legati alle tirosine chinasi Recettore dell’ormone della crescita GH Formazione di un complesso tetramerico GH binding & Binding Attivazione e dimerizzazione della chinasi fosforilazione Recettore GH ATP ADP (no attività chinasica) HO OH PO OP Chinasi OH OH OP OP HO Sito attivo della OH OH OH chinasi aperto per induced fit Sito di legame dell’ormone della crescita Sito attivo della chinasi Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori intracellulari Messaggero chimico DEVE attraversare CO2H la membrana cellulare Messaggero chimico: deve essere idrofobico Esempio: recettori degli steroidi Regione di binding degli Zinco steroidi Regione di legame con il DNA (‘zinc fingers’) H2N La porzione “Zinc fingers” presenta residui di Cys (SH) Interazioni S-Zn Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori intracellulari Proteina coattivatrice Recettore DNA Messaggero Complesso Dimerizzazione recettore-ligando Membrana cellulare 1. Attraversamento della membrana 2. Legame al recettore 5. Legame del complesso al DNA 3. Dimerizzazione recettoriale 6. Attivazione o spegnimento della trascrizione 4. Legame della proteina coattivatrice 7. Sintesi proteica attivata o inibita Recettori dal Patrick  Chimica farmaceutica Recettori intracellulari Recettori degli estrogeni Binding site AF-2 regions H12 Coactivator Coactivator Estradiolo DNA Recettore estrogenico Dimerizzazione ed esposizione Fattore di delle regioni AF-2 trascrizione nucleare Trascrizione Recettori dal Patrick  Chimica Farmaceutica Agonisti e antagonisti M M M RE RE R Trasduzione del segnale Agonisti: farmaci progettati per simulare il messaggero naturale Equilibrio fra forma legata al recettore e forma libera – il numero di legami tra farmaco e recettore è importante Antagonisti: farmaci progettati per bloccare il messaggero naturale Tendono ad avere interazioni forti e / o più vincolanti, con conseguente diverso induced fit, con cui il recettore non è attivato. Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Agonisti Agonista Agonista Agonista Induced fit RE RE R Trasduzione del segnale Agonisti: mimano il messaggero naturale del recettore Legano reversibilmente il sito di binding e inducono lo stesso induced fit indotto dal messaggero naturale – il recettore è attivato Si legano al sito con legami intermolecolari simili a quelli che si formano con il messaggero naturale Agonisti: hanno spesso struttura simile al messaggero naturale Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Design di AGONISTI L’agonista deve avere i giusti gruppi funzionali per il binding Questi devono essere posizionati correttamente per interagire in modo complementare alle regioni di binding Il farmaco deve avere forma adatta al sito di binding Regione di interazioni di Regione di legame idrogeno van der Waals Regione di legame ionico Gruppi di binding H O O2C H OH NH2Me Sito di binding Neurotrasmettitore Recettore H H H H O 2C O O O O2C O NH2Me NH2Me H H Induced fit: INDUCED Interazioni di Sito di binding FIT Sito di binding binding più forti Recettore Recettore Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Design di AGONISTI L’agonista deve avere i giusti gruppi funzionali per il binding Questi devono essere posizionati correttamente per interagire in modo complementare alle regioni di binding Il farmaco deve avere forma adatta al sito di binding H H O 2C O O NH2Me H Sito di binding Recettore Possibile legame H Possibile legame ionico HO H2N HO HO NH2Me NH2Me NH2Me NHMe H Possibili H H H interazioni di van der Waals Me H Ipotetico Possibili agonisti con gruppi di binding simili neurotrasmettitore Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Design di AGONISTI H O NH2Me H OH H H CH2Me NH2Me H NH2Me H H H II II No interaction H H OH O O H H H O 2C H NH2Me O 2C O CH 2Me NH 2M e O2C H H H Binding site Binding site Binding site Receptor Receptor 2 Interactions only Un gruppo con debole 2 interazioni su 3 3 gruppi di binding, 2 in interazione buona posizione Attività pressoché nulla Attività debole Attività debole Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Design di AGONISTI Mirror H H O O Enantiomers of a chiral NH2Me MeH2N molecule H H H H H Enantiomeri: O O NH2Me O 2C O H NH2Me O 2C proprietà H OH biologiche diverse Binding site Binding site 3 interactions 2 interactions H Steric block O CH3 N No Fit H2 H H O Me Me OC 2 Steric block Binding site Agonista: deve avere le dimensioni e la forma corrette per entrare nel sito Gruppi che impediscono l’accesso sono detti blocchi sterici Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Antagonisti reversibili M An An RE R L’antagonista lega reversibilmente il sito di binding Coinvolgimento di legami intermolecolari Un diverso induced fit implica che il recettore non venga attivato L’antagonista non reagisce con il recettore Il livello di antagonismo dipende dalla forza di binding dell’antagonista e dalla concentrazione Il messaggero naturale non può legarsi al sito di binding L’aumento della concentrazione di messaggero naturale blocca/diminuisce l’azione di antagonismo Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Design di ANTAGONISTI Agonista H H H H O 2C O O O O 2C O NH2Me NH2Me H H INDUCED Sito di binding FIT Sito di binding Recettore Recettore Antagonista H H H O O N O C 2 Perfetto adattamento Me H (Nessun H cambiamento di conformazione) Sito di binding Recettore Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Design di ANTAGONISTI OH O2C Gli antagonisti possono dare interazioni con regioni di binding che Receptor binding site del sito di binding che non sono coinvolte nell’interazione con il substrato naturale Hydrophobic binding region Hydrophobic Hydrophobic Extra binding regions Extra hydrophobic binding region region region HO HO HO HO H-bond HO HO H binding region H - NH2Me NH2Me H Ionic binding O - O - region -O NH2Me O O O Asp Asp Asp Ipotetico neurotrasmettitore Induced fit indotto dal legame con il normale messangero Hydrophobic Hydrophobic region region Hydrophobic Hydrophobic region region HO HO HO HO HO HO H NHMe H NHMe - O H O Asp NHMe - O O Asp Ipotetico antagonista Diverso induced fit indotto dall’interazioni con ulteriori siti di binding Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Antagonisti irreversibili X Legame covalente X OH OH O Recettore Antagonismo irreversibile L’antagonista lega irreversibilmente il sito di binding Un diverso induced fit porta a una mancata attivazione del recettore Si forma un LEGAME COVALENTE tra farmaco e recettore Al substrato naturale è impedito l’accesso nel sito di binding L’aumento della concentrazione di substrato naturale non blocca l’antagonismo Spesso usati per il labelling dei recettori Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Antagonisti allosterici Sito di binding Sito di binding “irriconoscibile” Induced fit ACTIVE SITE (open) Recettore ENZYME (open) Recettore ENZYME Sito di binding allosterico Antagonist L’antagonista lega reversibilmente un sito allosterico Formazione di legami intermolecolari tra antagonista e sito allosterico L’induced fit altera la struttura (conformazione) del recettore Il sito di binding è distorto e non viene riconosciuto dal substrato naturale L’aumento della concentrazione di messaggero non blocca l’antagonismo Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Antagonisti con effetto a ombrello Messaggero Sito di binding dell’antagonista Sito di binding del messaggero Antagonista Recettore Recettore L’antagonista lega reversibilmente un sito vicino al sito di binding del substrato naturale Formazione di legami intermolecolari tra antagonista e suo sito L’antagonista copre il sito di binding del messaggero Il substrato naturale non può legarsi al suo sito di binding Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Agonisti parziali Agonista parziale 1 2 Piccolo spostamento Apertura parziale H H H NHM e H NHM e O C 2 del canale ionico O O O O 2C O H H Recettore Recettore Possibili spiegazioni Il composto lega il recettore ma non porta a un induced fit ideale (no effetto massimo) Il composto si lega al sito di binding in due diversi modi, uno in cui agisce quale agonista e l’altro quale antagonista Il composti si lega a un sottotipo recettoriale agendo come agonista e a un altro sottotipo recettoriale agendo come antagonista Il composto agisce come agonista ma con effetto più debole del substrato Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Agonisti inversi Proprietà condivise con gli antagonisti Legame al recettore in siti di legame diversi da quelli del substrato naturale con diverso induced fit Recettore non attivato Inibizione del legame del messaggero naturale Altre proprietà non condivise con gli antagonisti Blocco di qualsiasi attività del recettore Attività intrinseca = livello di attività presente in assenza di un messaggero chimico Recettori in un equilibrio tra forme costituzionalmente attive e inattive Inattivazione della forma costituzionalmente attiva Passaggio di ioni Passaggio di ioni H H X O O O 2C O 2C Recettore Recettore Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Variazioni d’equilibrio dovute a farmaci A) Stato di riposo Conformazione inattiva Conformazione attiva Sito di binding dell’agonista B) Aggiunta di agonista C) Aggiunta di antagonista D) Aggiunta di agonista inverso E) Aggiunta di agonista parziale Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Studi recettoriali Approccio biochimico Quantità di farmaco (agonista o antagonista) che lega una certa “quantità” di recettori Il recettore è “solubilizzato” e deriva da tessuti omogenizzati o da cellule in cui i recettori sono stati espressi mediante ingegneria genetica. – Recettori trattati con dosi crescenti di un ligando radiomarcato (3H, 127I, 35S, 14C) – Lavaggio (desorbimento del ligando che interagisce in modo aspecifico) – Misure della radiattività Spiazzamento Ligando “freddo” Metodologie di studio dell’AFFINITÀ del ligando, indipendentemente dalla risposta biologica “SEMPLICE” studio dell’interazione MOLECOLA/RECETTORE Recettori  Chimica Farmaceutica Studi recettoriali Approccio biochimico 100 100 Radioactivity (%) 50 50 [L] (M) Log [L] (M) Recettori  Chimica Farmaceutica Studi recettoriali Approccio biochimico Complesso recettore-ligando [A] + [R] ! [AR] Kd = [A] [R]/ [AR] Costante di dissociazione (Kd) Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Studi recettoriali Approccio biochimico Plot di Scatchard Kd = [A] [R]/[AR] Rt = [R] + [AR] [R] = Rt – [AR] [AR]/[A] = Rt - [AR] = Rt - 1 [AR] KD KD KD [AR]/[A] A: radioligando X: radioligando + ligando competitivo Y: radioligando + ligando non competitivo [AR] Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Studi recettoriali Approccio farmacologico Metodi di valutazione delle caratteristiche biologiche dei composti Studi farmacologici: in VITRO, ex VIVO, in VIVO (modelli). In vitro: esperimenti effettuati in “provetta”, generalmente non su organismi viventi ma su organi, tessuti, cellule, componenti cellulari, proteine, biomolecole. Ex vivo: tecnica in cui l’esperimento è fatto in vivo e gli effetti sono studiati in vitro o in cui si rimuove parte del soggetto. In vivo: ricerca biologica sull’intero organismo. (Clinical trials: una sorta di ricerca in vivo, sugli uomini.) In silico: simulazioni computazionali aper esempio di interazioni tra proteina e ligando Recettori  Chimica Farmaceutica Studi recettoriali Approccio farmacologico 100 100 Effetto massimo (%) 50 50 [Neurotrasmittitore] (M) Log [Neurotrasmettitore] (M) Studi della relazione tra ATTIVITÀ BIOLOGICA e STRUTTURA CHIMICA Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Analisi quantitativa delle curve dose-risposta Clark Analogia con l’assorbimento di un gas su una superficie metallica Interazione Farmaco/Recettore assimilabile all’isoterma di adsorbimento di Langmuir, governata dalla legge dell’azione di massa [A] + [R] ! [RA] Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Clark [A] + [R] ! [RA] KD = costante di dissociazione del complesso Farmaco-Recettore ed esprime l’affinità di un farmaco per un particolare recettore KD = [R] [A] [RA] EA = Emax [RA] A: AGONISTA [RT] ! EA = Effetto alla concentrazione [A] Emax = effetto massimo ottenibile [RA] = concentrazione complesso agonista-recettore RT = concentrazione totale dei recettori Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica KD = [R] [A] Clark [RA] KD [RA] KD KD EA = Emax [RT] ! KD KD KD KD KD Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica EA [RA] [A] Clark = = EMAX [RT] [A] + KD Quando tutti i recettori sono occupati [RA] = [RT] [RA]/[RT] = 1 à EFFETTO MASSIMO [RA] = 1/2 [RT], [RA]/[RT] = 0.5 à 50% dell’effetto massimo (EC50) 0.5 = EC50, à [A] = EC50 à EC50 = KD KD = costante di dissociazione del complesso Farmaco-Recettore Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica EA [RA] [A] Clark = = EMAX [RT] [A] + KD Risposta Risposta [A] Log [A] [RA] = 1/2 [RT] [RA]/[RT] = 0.5 à 50% dell’effetto massimo (EC50) 0.5 = EC50, à [A] = EC50 à EC50 = KD Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Potenza di un agonista espressa come concentrazione necessaria Clark per indurre un effetto pari al 50% dell’effetto massimo (Effective Concentration 50%: EC50) 100 Effetto massimo (%) A B 50 Log [agonista] (M) Log EC50 (B) Log EC50 (A) (secondo Clark equivale all’occupazione del 50% dei recettori) Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Clark EA [RA] [A] = = EMAX [RT] [A] + KA ??? Risposta [Farmaco] Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Clark Risposta 100% ??? 100% 50% 50% Log [farmaco] Log KD (A) Log KD (B) AGONISTA Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Clark Risposta 100% ??? 100% 50% 50% Log [farmaco] Log KD (A) Log KD (B) AGONISTA AGONISTA PARZIALE AGONISTA Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Ariëns Risposta biologica dipendente da due parametri diversi: Affinità e Attività intrinseca AFFINITÀ: descrive la forza con cui il farmaco si lega al recettore. Viene espressa con la costante di dissociazione KD (o KA a seconda del libro…) ATTIVITÀ INTRINSECA: misura della capacità del farmaco di indurre una risposta biologica a seguito dell’interazione con il recettore. Viene indicata da a. EFFETTO BIOLOGICO = Attività intrinseca×Numero di recettori occupati Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Clark Ariëns EA [RA] EA ![RA] = = Emax [RT] Emax [RT] EA [A] EA ![A] = = Emax [A] + KA Emax [A] + KA ! Farmaci ad alta affinità e attività intrinseca pari a 1 AGONISTI PIENI Farmaci ad alta affinità e attività intrinseca < 1 AGONISTI PARZIALI Farmaci ad alta affinità e attività intrinseca pari a 0 ANTAGONISTI COMPETITIVI Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica 100 Emax (A) = 100% Effetto massimo (%) A Emax (B) = 70% 50 B αB = 70% = 0.7 100% log [Agonista] (M) EC50 (B) Emax (B) B = agonista α= A = agonista pieno EC50 (A) Emax (A) Recettori  Chimica Farmaceutica Potenza di un antagonista Misurata sull’effetto ottenuto con le curve dose-risposta di un agonista di riferimento Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Potenza di un antagonista [F]’: Concentrazione dell’Agonista di riferimento che [F]’ [A]’ produce l’effetto E in presenza di una concentrazione di -1= antagonista [A]’ [F] KD [F]: Concentrazione dell’Agonista di riferimento che produce l’effetto E KD: Costante di dissociazione del complesso Antagonista/Recettore [F]’ - 1 = log[A]’ – logK log D [F] When [F]’ = 2[F] A log[A]’ – logKD = 0 -log[A]’ = -logKD =pA2 Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale classica Clark & Ariëns ??? 100 Effetto massimo (%) 50 log [drug] (M) Recettori  Chimica Farmaceutica Teoria occupazionale modificata Furchgott & Nickerson dimostrarono che in alcuni tessuti gli antagonisti irreversibili, prima di determinare una riduzione della risposta massima dell’agonista causano un notevole spostamento parallelo verso destra delle curve concentrazione- risposta. Idea dei RECETTORI DI RISERVA Risposa massima con una concentrazione di composto di molto inferiore a quella necessaria per l’occupazione di tutti i recettori. KD concentrazione di farmaco necessaria per occupare metà dei siti recettoriali. EC50 concentrazione di farmaco necessaria per avere il 50% della risposta massima. EC50 assorbimento FA Risposta Efinale > EA POTENZIAMENTO FB Potenziamento: si ha nel momento in cui la somministrazione di due farmaci che presentano effetti farmacologici completamente differenti porta al potenziamento di uno dei due per alterazioni dei processi farmacodinamici o farmacocinetici associati. FA FB Risposta terapeutica Efinale > EA + EB SINERGISMO Sinergismo: si ha quando due farmaci che presentano un effetto farmacologico identico, ma attraverso meccanismi differenti, interagiscono in modo tale che ognuno potenzia l’azione dell’altro attraverso interazioni che possono essere di tipo farmacodinamico o farmacocinetico. Il risultato: un effetto farmacologico complessivo superiore alla somma algebrica dei singoli effetti. Recettori  Chimica Farmaceutica Interazioni fra farmaci (“negative”) FA Risposta A ANTAGONISMO RA & RB effetti opposti FISIOLOGICO/ FB Risposta B FUNZIONALE Efinale < EA FA FA agonista ANTAGONISMO Risposta FB FB antagonista RECETTORIALE Efinale < EA > eliminazione, < assorbimento FA Risposta Efinale < EA DEGRADAZIONE FB FA Inattivazione chimico-fisica Efinale = 0 NEUTRALIZZAZIONE FB (Antagonismo chimico) Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Risposta al farmaco RECETTORE EFFETTORE RISPOSTA F+R FR X Tossica Terapeutica X Tossica F+R FR Y Terapeutica + R1 FR1 X Tossica F + R2 FR2 Y Terapeutica Recettori  Chimica Farmaceutica Relazione Dose/Effetto Risposta del farmaco in vivo, dipendente da farmacodinamica e farmacocinetica DOSE: mg di farmaco/kg trattato Indice terapeutico (Therapeutic Index) TI = LD50/ED50 Farmaci “maneggevoli”: TI > 100 TI < 10 Elevata tossicità in caso di sovradosaggio Log D (mg/kg) Tossicità Acuta/Cronica Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Relazione Dose/Effetto TI = LD50/ED50 Margine di sicurezza TD1/ED99 Log D (mg/kg) Recettori  Chimica Farmaceutica Desensibilizzazione e Sensibilizzazione Desensibilizzazione Recettori: desensibilizzati dopo espozione prolungata all’agonista Binding prolungato dell’agonista porta a fosforilazione del recettore Cambio conformazionale e conseguente inattivazione Defosforilazione dopo rimozione dell’agonista 1 H Ion channel H O2C H O2C O O2C (closed) O O NH3 NH3 NH3 Agonist Agonist Agonist P Receptor Receptor Receptor Induced fit Fosforilazione Apertura del canale ionico Chiusura del canale ionico Desensibilizzazione Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Desensibilizzazione e Sensibilizzazione Sensibilizzazione A seguito di prolungata esposizione ad antagonisti Sintesi di nuovi Recettori per compensare il blocco di quelli occupati Cellule più sensibili al messaggero naturale Si può avere tolleranza e dependenza Necessità di aumentare la dose di antagonista per ottenere lo stesso effetto (tolleranza) Cellule iper-sensibili al normale neurotrasmettitore Sintomi di astinenza quando non viene più somministrato l’antagonista Porta a dipendenza Neurotransmitter Normal response Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Desensibilizzazione e Sensibilizzazione Sensibilizzazione Antagonist No response No response Receptor Receptor Response synthesis synthesis Sensitization Increase Tolerance antagonist X Stop Excess response No response antagonist No response Dependence Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Up-regulation e down-regulation Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Up-regulation e down-regulation Degradazione proteolitica del recettore – Diminuzione del numero di recettori totali Coinvolgimento delle PKC nel corso dell’endocitosi Endosomi e lisosomi Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Up-regulation e down-regulation Recettori From Psicofarmacologia essenziale by S.M. Stahl  Chimica Farmaceutica Tolleranza Il corpo si adatta alla presenza del farmaco L’intensità della risposta dell’organismo a un farmaco dipende da due fattori: Concentrazione del farmaco al sito d’azione Sensibilità del target al farmaco La sensibilità della cellula target è governata da fattori genetici e da fenomeni di adattamento dell’organismo. L’adattamento ha luogo quale risposta all’esposizione ripetuta a un particolare farmaco. Il risultato in genere è la perdita di sensibilità verso il farmaco. Questa diminuzione della risposta è detta tolleranza. Tolleranza: stato di progressiva diminuzione di risposta a un farmaco che comporta la necessità di somministrare dosi crescenti di farmaco per ottenere l’effetto iniziale ottenuto da una dose minore del farmaco stesso. Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Dipendenza Fisica e Psicologica Dipendenza fisica: condizione in cui il corpo si è adattato alla presenza di un farmaco, con evidenti sintomi di astinenza quando il suo utilizzo viene interrotto. In casi estremi, l’interruzione repentina della somministrazione può essere letale perché il corpo è diventato così dipendente dal farmaco da interferire con i normali processi fisiologici. Un individuo fisicamente dipendente da un farmaco necessita dello stesso per farmaco per “funzionare normalmente”. La dipendenza fisica è spesso associata con tolleranza. I sintomi di astinenza cessano con la ri-somministrazione del farmaco. I sintomi di astinenza tendono a essere l'opposto degli effetti del farmaco. Se l'effetto del farmaco è sedazione, si avrà probabilmente ipereccitabilità quale sintomo di astinenza. Farmaci ad azione prolungata tendono a produrre sintomi di astinenza meno intensi perché il corpo ha più tempo per adattarsi alla diminuzione della concentrazione del farmaco. Recettori From Patrick  Chimica Farmaceutica Dipendenza Fisica e Psicologica Dipendenza psicologica Caratterizzata da uno stato mentale ed emozionale di preoccupazione e desiderio persistente del farmaco Sintomatologia non fisica Sintomo di astinenza maggiore: sensazione di necessità del farmaco Si manifesta solitamente con un’assunzione del farmaco compulsiva, ma frequenza e modalità d’impiego possono essere molto diversi da individuo a individuo. Recettori From Patrick