Ácidos Nucléicos como Alvos · 3 BioLab – Introdução a Química Medicinal Prof. Gustavo Pozza Silveira 3 Blocos de construção - Nucleotídeos Deoxiadenosina fosfato N

1

BioLab – www.iq.ufrgs.br/biolab/

Prof. Gustavo Pozza Silveira Introdução a Química Medicinal

1

INTRODUÇÃO A QUÍMICA

MEDICINAL

Prof. Gustavo Pozza Silveira [email protected]

Sala K209

Ácidos Nucléicos como Alvos

mailto:[email protected]

2



2

OP

OH

O

O

P

OH

O

O O

OP

OH

O

O Base

O

Base

O

O

Base

PO

OH

O

Base

O

O

5' end

3' End

Ácido Deoxiribonucléico (DNA)

5' terminal

1'

3'

5'

3' terminal

3'

Esquelelo deoxiribose-fosfato

N

NH

N

N

N

H

OH H

OH

H

CH2

CH2

HH

HH

O

OP

OH

O

O

N

O

H H

H

H

CH2

CH2

HH

HH

O

O

PO

OH

O

N

N

N

N

N

NH

NH2

OPO

O

OH

PO

OH

O

NH2

O

O

NH2

O

O

Me

H

H

H

Estrutura Primária

3



3

Blocos de construção - Nucleotídeos

Deoxiadenosina

fosfato

N

N N

N

NH2

H

O

H H

HO H

H

HO3PO

Deoxiguanosina

fosfato

H

HHO

HH

O

N

H

O

NN

NH2N

HO3PO

Deoxitimidina

fosfato

O

HN

N

H

CH3

O

O

H H

HO H

H

HO3PO

Deoxicitidina

fosfato

H

HHO

HH

O

NH2

H

N

N

O

HO3PO

Estrutura Primária


4



4

Nucleotídeo = fosfato + carboidrato + base

Deoxiadenosina

fosfato

N

N N

N

NH2

H

O

H H

HO H

H

HO3PO

Base N

N N

N

NH2

H

O

H H

HO H

H

HO3PO

fosfato

N

N N

N

NH2

H

O

H H

HO H

H

HO3PO

Carboidrato

N

N N

N

NH2

H

O

H H

HO H

H

HO3PO

Estrutura Primária


5



5

Nucleosídeos = carboidrato + Base

Deoxiadenosina

N

N N

N

NH2

H

O

H H

HO H

H

HO

Deoxiguanosina

H

HHO

HH

O

N

H

O

NN

NH2N

HO

Deoxitimidina

O

HN

N

H

CH3

O

O

H H

HO H

H

HO

Deoxicitidina

H

HHO

HH

O

NH2

H

N

N

O

HO

Estrutura Primária


6



6

Bases nitrogenadas

Purinas Pirimidinas

Carboidrato OOH

HHH

HOH

HOCH2

H

Adenina

NH2

N

NH

N

N

1

23

4

56 78

9

Guanina

H2N

HN

N NH

N

O

1

23

4

56

78

9

Citosina

NH2

N

NH

O1

23

4 5

6

Timina

O

HN

NH

CH3

O

12

34

5

6

Deoxiribose

Estrutura Primária


7



7

• O esqueleto do carboidrato+fosfato é constante

• Bases são ligadas numa forma aparentemente randômica, mas na verdade

seguem uma lógica que veremos a seguir.

N

NH

N

N

N

H

OH H

OH

H

CH2

CH2

HH

HH

O

OP

OH

O

O

N

O

H H

H

H

CH2

CH2

H

H

HH

O

O

PO

OH

O

N

N

N

N

N

NH

NH2

OPO

O

OH

PO

OH

O

NH2

O

O

NH2

O

O

Me

H

H

H

Adenina (A)

Citosina (C)

Guanina (G)

Timina (T)

Estrutura Primária


8



8

Exercício: Os seguintes compostos são fármacos antivirais que mimetizam

nucleosídeos naturais. Quais nucleosídeos eles mimetizam?

9



9

• O esqueleto fosfato+carboidrato ioniza-se

orientando-se para fora da dupla hélice (interações

favoráveis com a água)

• Bases nitrogenadas orientam-se para dentro da

hélice formando pares A-T ou G-C • Purina emparelha-se com pirimidina – diâmetro

constante da hélice

• Ligações entre as bases ficam empilhadas

(interações de vdw entre os pares)

• Cadeias são complementares

T

o 34A

o 10A

DNA DOUBLE HELIX

T A

G C

A T

C

G C T A

A T C G

A

T A T A

T A

T A T A

G C

C

T A T A

A

G C

T

C G C G

A T A T

G

G

Estrutura Secundária – A dupla hélice


Maior

sulco

Menor

sulco

10



10

Emparelhamento de bases

G-C emparelhamento 3 ligações-H (mais forte)

A-T emparelhamento 2 ligações-H (mais fraco)

T

o 34A

o 10A

DNA DUPLA HÉLICE

T A

G C

A T

C

G C T A

A T C G

A

T A T A

T A

T A T A

G C

C

T A T A

A

G C

T

C G C G

A T A T

Maior

sulco

Menor

G

G

N

N

N

NH2N

N

NH

O

O

Me

O

O

P

O

O

OO

P

O

O

O

HN

N

N

NO

H2N

O

P

O

OO

N

N

NH2

OO

O

P

O

O

OO

P

O

O

O

O

P

O

OO

3'

3'

5'

5'

5'

5'

3'

3'

Thymine Adenine

Cytosine Guanine

N

N

N

NH2N

N

NH

O

O

Me

O

O

P

O

O

OO

P

O

O

O

HN

N

N

NO

H2N

O

P

O

OO

N

N

NH2

OO

O

P

O

O

OO

P

O

O

O

O

P

O

OO

3'

3'

5'

5'

5'

5'

3'

3'

Thymine Adenine

Cytosine Guanine

N

N

N

NH2N

N

NH

O

O

Me

O

O

P

O

O

OO

P

O

O

O

HN

N

N

NO

H2N

O

P

O

OO

N

N

NH2

OO

O

P

O

O

OO

P

O

O

O

O

P

O

OO

3'

3'

5'

5'

5'

5'

3'

3'

Thymine Adenine

Cytosine Guanine



sulco

11



11

DNA

Hélice dupla

Replicação

Novas cadeias de

DNA

Template Template

New DNA chains

DNA

Hélices filhas



Replicação

12



12

A

X

Trinucleotídeo

Aproximação do

trinucleotídeo

5'

3'

Template

cadeia

A

C

T

C

G

5'

3'

Crescimento

da cadeia

G

C

5'

3'

A

5'

X

Emparelhamento

das bases

A

C

T

C

G

G

C

3'

5'

3' 5'

Enzima catalisa 'splicing'

X - A

C

T

C

G

G

C

A 3'

Replicação



Template

cadeia

Template

cadeia

Crescimento

da cadeia

Crescimento

da cadeia

13



13

O

N

N

N

NH2N OH

O

P O

O

PO O

PO O

O

O

O

PO O

O

N

O N

HN

N O

H2N

NH

N

N

N

O

O

Me

O

O

NH2

O

O

P OO

O

P OO

O

O

P OO

OH

TemplateGrowing chain

O

N

N

N

NH2N OH

O

P O

O

PO O

PO O

O

O

O



Em termos de estruturas químicas:

14



14

O

N

N

N

NH2N OH

O

PO O

O

N

O N

HN

N O

H2N

NH

N

N

N

O

O

Me

O

O

NH2

O

O

P OO

O

P OO

O

O

P OO

O

P O

O

PO O

PO O

O

O

O

TemplateGrowing chain

Replicação




15



15

• Dupla hélice enrola-se em um formato 3D - superenrolamento

• Dupla hélice precisa se desdobrar durante a replicação

• Desdobramento resulta em tensionamento

• Tensionamento é aliviado pela enzima responsável por catalizar o corte da fita e

reparos na cadeia do DNA

• Agentes antibacterianos quinolona e fluoroquinolona inibem essa enzima

Uma molécula de DNA humano possui aproximadamente 2 m de comprimento

encapsulada em um núcleo celular de 6 µm. Isto é equivalente a acomodar uma

linha de 40 km de comprimento em uma bola de tênis.

Estrutura Terciária


16



16

Ação da topoisomerase II

• Alivia a tensão na hélice de DNA através da clivagem temporária da cadeia de

DNA, além de permitir a passagem de uma fita intacta através da parte clivada.

DNA

5'

3' 5'

3'

Tyr

Topo II

• Residos de tirosina na enzima estão envolvidos no processo de quebra

• Os residos formam ligações covalentes com o residos do DNA

• A enzima empurra a cadeia para criar uma região vazia

• A fita intacta do DNA passa através do espaço vazio criado

• A parte que foi clivada é reconectada com saida da enzima


Tyr

Tyr

5'

3' 5'

3'

Topo II

Topo II

3

Tyr

5'

3' 5'

3'

Topo II

4

17



17

Mecanismo de corte de cadeia

BaseO

HO

HHHH

O

PO

O

O

5'

3'

BaseO

H

HHHH

HO Tyr

TopoII

BaseO

HO

HHHH

O

PO

HO

O

5'

3'

O

BaseO

H

HHHH

Tyr

TopoII

Obs 1.:Topoisomerase I é similar a II. Responsável por aliviar tensão torcional

do DNA. A diferença é que a I cliva apenas uma das tiras.

Obs 2.: Topoisomerase IV é a versão bacteriana da topo II mamária.

Importante alvo de drogas como fluoroquinolonas.

Ação da topoisomerase II



18



18

Ácido Ribonucléico (RNA) Estrutura Primária

Similar ao DNA, porém com as seguintes excessões:

• Ribose é utilizada ao invés de deoxiribose

• Uracil é empregado ao invés de timina

Uracil

HN

NH

O

O

Ribose

O OH

HHH

OHOH

HOCH2

H

Ribose

O OH

HHH

OHOH

HOCH2

H

• É formado por uma fita simples

• Algumas regiões da estrutura secundária helicoidal existem devido ao

emparelhamento com a mesma fita (ver t-RNA)

• Adenina emparelha-se com uracil; guanina emparelha-se com citosina

19



19

• três tipos de RNA estão envolvidos na síntese de proteínas:

• RNA menssageiro (mRNA)

Está relacionado com a etapa de transcrição (síntese de RNA). Fita é formada a

partir da interação com a fita simples de DNA (genes). Trincas de mRNA formam códons que definem um aminoácido a ser sintetizado na proteína.

• RNA transportador (tRNA)

Responsável pelo anticódon. São sintetizados por segmentos de DNA. É

responsável pelo transporte de moléculas de aminoácidos até o RNA ribossômico onde os aminoácidos se unem para formar proteínas (translação).

• RNA Ribossômico (rRNA)

Presente nos ribossomos (sítio de produção de proteínas). Importante

estruturalmente e cataliticamente no processo de produção de proteínas.


Ácido Ribonucléico (RNA)

20



20

mI Methylinosine

I Inosine UH2 Dihydrouridine T Ribothymidine

Ps Pseudouridine mG Methylguanosine

m2G Dimethylguanosine

Anticódon contém 3 bases que são específicas para um aminoácido. Bases se

emparelham conforme a complementaridade com o triplete presente no mRNA

(códon)

Yeast alanine-tRNA

AMINOACID

C

G

G

C

C

G

G

C

C

G

C

G

G

C

G

C

A

U

G C

G

C G

G U

G

G C

G

Ps

C

U

mIUCI

G

UH2G

G

A

G

GC

C

U

C

m2G

UH2

CG

G

G

A

UH2

U

A

G

C

G

A

Ps

U

T

U

mGU

A

C

C

A

C

A

U

C

C

U

3'p

end

5'p

end

ANTICODON

Base Pairing

ACG

Aminoacid

t-RNA

Anticodonbinding regionfor m-RNA



21



21

Transcrição

A cópia do segmento de DNA que codifica uma proteína específica

DNA dupla hélice DNA desispiraliza

para revelar o gene

A G A T A C

C A G G G A A T

T C T A T G

G T C C C T T A

Transcrição

mRNA

A G A T A C

C A G G G A A T

U C U A U G

G U C C C U U A

T C T A T G

G T C C C T T A

mRNA

U C U A U G

G U C C C U U A


22



22

Ribosome

60S

40S

A-site P-site

mRNA CGA CAU GUC

Translação – síntese protéica

Cadeia protéica

crscendo

GCU GUA

His


23



23

Ribosome

60S

40S

A-site P-site

mRNA CGA CAU GUC

Protein chain

transferred

GCU GUA

His OH



24



24

Ribosome

60S

40S

A-site P-site

mRNA CGA CAU GUC

Protein chain

transferred

GUA

His

GCU

OH



25



25

Ribosome

60S

40S

A-site P-site

mRNA CGA CAU GUC

Protein chain

transferred

GUA

His



26



26

Ribosome

60S

40S

A-site P-site

mRNA CGA CAU GUC

Protein chain

transferred

GUA

His

CAG

Val

tRNA

Translocation



27



27

O

H H

HO O

Adenine

H

O P

O

t RNA

OH

O

H

CO

C HR'

NH2

C

NH

R H

CO

O

H

P O

OH

O

t RNA

O

H

Adenine

HO

HH

O

PEPTIDE

Transfer of

growing peptide chain to next amino acid

O

H H

HO OH

Adenine

H

O P

O

t RNA

OH

O

H

NH

PEPTIDE

NH

CO

C HR

CR' H

CO

O

H

P O

OH

O

t RNA

O

H

Adenine

HO

HH

O



28



28

mRNA CGA CAU GUC GCU GUA

His GCA

His

Ribosome

60S

40S

mRNA CGACAUGUC GCU GUA

His OH

Peptide

transfer

A-site P-site

mRNA CGA CAU GUC

Growing

protein chain

GCU



29



29

mRNA CGA CAU GUC

GCU

GUA

His

OH

P-site

CAG

Val

tRNA

mRNA CGA CAU GUC

GUA

His

A-site

Translocation

mRNA CGACAUGUC GCU GUA

His OH



30



30

DNA

Nucleus

Transcription

mRNA

mRNA

tRNA

Amino acid

Translation

Overview Ribosome

Protein



31



31

Exercício: o código genético envolve três bases nitrogenadas que codificam um

único aminoácido (o código triplete). Portanto, uma mutação de um triplete em

particular deveria resultar em diferentes aminoácidos. Porém, nem sempre isto é

o que ocorre. Para qualquer triplete representado por XYZ, que mutação é a

menos provável em resultar numa mudança de aminoácido X, Y ou Z?

32



32

Doenças Genéticas

Anomalias genéticas podem ser causadas pela não expressão de uma proteína

particular ou expressão de proteínas defeituosas. Por exemplo:

Albinismo: (deficiência na tirosina quinase – enzima responsável pela síntese

do pigmento melanina) é a condição onde cabelo, pele e olhos perdem a pigmentação.

Fenilcetonúrea: (ausência ou deficiência fenilalanina hidroxilase – enzima que

converte fenilalanina em tirosina): níveis de fenilalanina e fenil piruvato

(metabólito) levam a retardo mental severo.

Hemofilia: (genética hereditária – cromossomo X) dificuldade de coagulação

sanguinea. Hemorragias.

Distrofia muscular: (ausência na proteína distrofina) deteriorização muscular causada pela ausência desta proteína estrutural nas células.

Câncer: várias formas estão associadas em problemas de sinalização nas

células.

33



33

Engenharia Genética Tecnologia recombinante de DNA

Enzimas de restrição clivam as fitas de DNA em regiões específicas das bases

nitrogenadas.

As fitas de DNA são clivadas de forma a permitirem o re-anelamento do DNA.

Assim, o DNA de diferentes espécies podem ser combinados.

Enzimas ligases são responsáveis por reparar as cadeias clivadas nas bases específicas.

Restricão enzima

Restrição enzima

T T A A G C A A T A C G


'Sticky' ends

Anelação T T A A

G

C

A A T A C

G G

A A T A C

T T A A C G

+

DNA ligase enzima

T T A A

G

C

A A T A C

G G

A A T A C

T T A A C G

+


D N A

T T A A G C A A T A G

D N A

34



34

DNA fragment ou vetor

C C G A A T T C G G C C G A A T T C C G

Linker Sintético

Ligase DNA fragment ou vetor



Restrição enzima

DNA fragment ou vetor

A A T T C G G C C G

C C G A A T T C C G

Caso uma sequência de DNA que deseja ser adionada não possua a combinação

necessária para clivagem pela enzima de restrição, o fragmento de DNA pode ser

adicionado a um linker sintético que contenha as bases corretas para futura

clivagem. A enzima ligase então é utilizada para unir o fragmento de DNA à parte

sintética contendo as bases a serem reconhecidas pela enzima de restrição.

Engenharia Genética Tecnologia recombinante de DNA

35



35

Vector DNA

= plasmid

Plasmídeos são segmentos circulares de DNA capazes de se reproduzir

independentemente do DNA cromossômico que são transferidos entre células

bacterianas.

Um gene pode ser inserido num plasmídeo.

Plasmídeos são então introduzidos em células bacterianas. Assim, inúmeras cópias podem ser criadas a partir da rápida divisão celular de bactérias. Por

exemplo, pode-se inserir uma determinada informação genética para produção de

uma proteína humana (ex. Insulina, hormônio do crescimento).

Plasmídeo clivado

a) Humano

DNA

b) Ligase

Enzima de

restrição

ENGENHARIA GENÉTICA

Amplificação de um gene

36



36

E. coli E. coli

fago

E. coli

• Gene pode ser inserido dentro de um bacteriófago

• Bacteriófagos são virus que infectam células bacterianas

• Múltiplas copias de bacteriófagos são produzidos jutamente com o gene.

Assim, proteínas humanas ou modificadas podem ser criadas numa velocidae

gigantesca.

Gene

Gene

ENGENHARIA GENÉTICA

Amplificação de um gene

37



37

Proflavina é um antibacteriano tópico que foi largamente utilizado na

segunda guerra para tratamento de soldados feridos. Qual o papel que

seria esperado para o sistema tricíclico e dos grupos aminos na

molécula? Essa droga não pode ser utilizada por longos períodos.

Sugira um motivo.

38



38

Agentes Intercalantes

Envenenadores de Topoisomerase

Agentes Alquilantes

Agentes Metalantes

Cortadores de Cadeia

Terminadores de Cadeia

Controle de Trascrição do Gene

FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA

39



39


Mecanismo de ação

• Possuem sistemas anelares aromáticos ou heteroaromáticos

planares

• Sistema planar “desliza” entre as camadas dos pares de ácidos nucléicos danificando o formato da hélice.

• Preferência geralmente pelo sulcos maior e sulco menor.

• Intercalação impede replicação e transcrição.

• Intercalação pode inibir topoisomerases.

T

o 34A

o 10A

DNA DOUPLA HÉLICE

T A

G C

A T

C

G C T A

A T C G

A

T A T A

T A

T A T A

G C

C

T A T A

A

G C

T

C G C G

A T A T

Maior sulco

Menor sulco

G

G


40



40

Exemplo - Proflavina

Proflavina

NH2N NH2

• Sistema tricíclico planar

• Grupos aminos são protonados e carregados

• Usado como agente antibacteriano tópico na segunda guera

• Seu alvo é o DNA bacteriano

• Muito tóxico para uso contínuo



41



41

T A

G C

H3N NH3

O O

proflavine

sugar phosphatebackbone

NH3N NH3

Proflavina

Interações de van der Waals

Interações iônicas

T

DNA DUPLA HÉLICE

T A

G C

A T

C

G C T A

A T C G

A

T A

T A

T A

T A T A

G C

C

T A

T A

A

G C

T

C G C G

A T A T

G

G

Exemplo - Proflavina



42



42

Examplos – agentes antimalária

Cloroquina

Cl N

NH CH

CH3

(CH2)3 N

CH2CH3

CH2CH3

Quinina

N

MeO

NHO

H

H



43



43

Envenenadores de Topoisomerase – não intercalantes

Examplos - Quinolonas e fluoroquinolonas

• Produtos sintéticos utilizados como agentes antibacterianos.

• Estabilizam o complexo formado entre o DNA bacteriano e topoisomerases.

• Sítios ligantes são revelados quando as fitas de DNA são pinçadas pela

topoisomerase.

N N

O

CH2CH3

CO2H

Me

Nalidixic acid

N

CO2H

N

O

HN

F

Ciprofloxacin


Envenenadores distinguem-se de inibidores, pois a enzima continua

funcionando. Porém, de forma alterada.

44



44

Fluoroquinolones

Topoisomerase

enzima

• Quatro moléculas do fármaco ligam-se por interação do tipo stack no complexo

ligante

• Ligação ao DNA e a enzima ocorre por ligações de hidrogênio e iônica.

X8 N

R6

R7

R5 O

O

O

R1

Região que liga-se ao DNA

Stacking domínio

X8 N

R6

R7

R5 O

O

O

R1

Região

que liga-se

a enzima

Região

que liga-

se a

enzima X8 N

R6

R7

R5 O

O

O

R1

X8 N

R6

R7

R5 O

O

O

R1

X8 N

R6

R7

R5 O

O

O

R1

FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Envenenadores de Topoisomerase – não intercalantes

Exemplos - Quinolonas e fluoroquinolonas

45



45

Agentes alquilantes

Apresentam grupos altamente eletrofílicos

• Formam ligações covalentes com grupos nucleofílicos no DNA (ex.: 7-N da

guanina)

• Impedem replicação e transcrição

• Utilizados como agentes antineoplásicos • Efeitos colaterais tóxicos (ex. : alquilação de proteínas)

• Quando dois grupos eletrofílicos estão presentes na molécula, estes podem

formar ligações cruzadas do tipo inter-fitas e intra-fita

• Alquilação de bases nitrogenadas podem resultar em alteração na

condificação de proteínas a serem formadas


Guanina

H2N

HN

N NH

N

O

1

23

4

56

78

9

46



46

Ligação cruzada inter-fitas Ligação cruzada Intra-fita

Ligação cruzada

NuNu

X X

Nu

Nu Nu

Nu

X X

Nu

Nu

Agentes alquilantes


47



47

Grupos nucleofílicos presentes em bases nitrogenadas

nucleophilicgroups

nucleophilicgroups

NH2

N

N

N

N

1

3

R

H2N

HN

N N

N

O

7

R

NH2

N

NR

O

3

Citosina Guanina Adenina

Agentes Alquilantes


48



48

citosina Guanina

N

N

NH2

OR

HN

N

N

NO

H2N

R

Pareamento Normal

Thymine Alkylated guanine

N

NH

O

O

Me

R

N

N

N

NHO

R

H2N

DRUG

Pareamento anormal

resultante da alquilação

das bases nitrogenadas

Guanina prefere a

forma teutomérica ceto Parealmento anormal das bases.

Guanina alquilada prefere sua forma

tautomérica enol


Agentes Alquilantes

49



49

Exercício: A estrutura abaixo corresponde a um importante agente antiviral.

Sugira o modo de ação dessa droga e o mecanismo.

50



50

Exemplo

Clormetina (mostarda de nitrogênio). Obs.: seu análogo contendo enxofre foi

utilizado como gás invenenador na I guerra mundial.

CH3 N

Cl

Cl

• Começou a ser utilzado clinicamente a partir de 1942

• Causa ligações cruzadas intra-fita e inter-fitas

• Previne replicação

• Mono-alquilação da guanina também é possível

• Análogos apresentando melhores propriedades farmacocinéticas ainda vem sendo preparados

FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Agentes Alquilantes

51



51

CH3 N

Cl

Cl

Meclorotamina

+

Cl

NCH3

Aziridina íon

G = Guanine

DNA

G

N

HN

N

N

N

NNH

N

O

O

NH2

NH2

G

DNA

N

N

N

NN

HN

NH

N

O

NH2

O NH2

CH3 N

Cl

+

DNA

N

N

N

NNH

N

O

NH2

N

HNO NH2

NCH3

DNA

CH3

N

N

N

N

N

N

HN

NH

N

O NH2

O

NH2

Ligação cruzado

no DNA

Mecanismo

FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Agentes Alquilantes

52



52

Cl

N2 + HO

Alkylatingagent

ClN N

N

O

O

R

H

Agentes alquilantes

Exemplo - Nitrosoureas

Decompõem no corpo para formar o agente alquilante e um agente carbamoilante.

O

N NH

NO

Cl Cl

Carmustine

O

N NH

NO

Cl

Lomustine

O C N R

ClN

NOH

+

Isocyanate(carbamoylating agent)

H O


53



53

ClDNA

X Y

Cl

X Y

Cross-linking

DNA DNA

AlkylationAlkylatingagent

• Agentes alquilantes causam ligação cruzada inter-fitas

• Ligação cruzada ocorre entre G-G or G-C

• Agente carbamoilante reagem com resídos de lisina nas proteínas

• Podem interagir com enzimas de reparação inativando o DNA que possuem lisina

O C N R

Isocyanate

Protein-Lys-NH2

Protein-Lys-NH

O

HN RCarbamoylation

FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Agentes alquilantes

Exemplo - Nitrosoureas

54



54

Molécula sintética utilizada como agente anti-cancer

Causa ligação cruzada entre-fitas

Busulfan

O

OS

Me

OO

SMe

OO

OO

SMe

OO

SMe

OO

HN

N N

N

O

H2N

Guanine

DNA

N

N

DNA

-MeSO3-

OSO2Me

N

N

DNA

-MeSO3-

N

N

DNA

N

N

DNA

Mecanismo


55



55

• Pró-fármaco ativado por demetilação no

fígado (citocromo P450)

• Decompõem-se para forma um íon

metildiazônio com perda de formaldeído

• Alquila grupos guanina

HN N

CONH2NN

NH3C

CH3

Cyt P-450

liver

HN N

CONH2NN

N

CH3OHH

HN N

CONH2NHN

N

CH3

-CH2O

H

HN N

CONH2H2N

N N CH3

AIC

Methyldiazonium ion

N2 + CH3

HN N

CONH2NN

NH3C

CH3

Dacarbazina


Mecanísmo

56



56

O

O

N

H2N

Me

CH2OCONH2

NH

OMe

Exemplo - Mitomicina C

Pró-fármaco é ativado no corpo formando um agente alquilante.

Um dos fármacos anti-câncer mais tóxicos ainda em uso clínico.

Primeira etapa do mecanismo de ação envolve uma redução. Assim, foi postulado que esse fármaco seria mais efetivo frente a tumores em ambientes

deficientes em oxigênio como o centro de massas tumorais sólidas.


57



57

-MeOH

O

OH

N

H2N

Me

CH2OCONH2

NH

H

H

Ring

opening

-H +

O

OH

N

H2N

Me

CH2OCONH2

NH2

Alkylating agent

H2N-DNA

OH

OH

N

H2N

Me

CH2

NH2

NH-DNA

O

C

O

NH2

H2N-DNA

H

-CO2

-NH3

OH

OH

N

H2N

Me

CH2

NH2

NH-DNA

NH-DNA

Crosslinked DNA

O

O

N

H2N

Me

CH2OCONH2

NH

OMe

Reduction

OH

OH

N

H2N

Me

CH2OCONH2

NH

OMe

OH

OH

N

H2N

Me

CH2

NH2

NH

NH

HN

N N

N

O

HN

N N

N

O Guanine

Guanine

H

H2N-DNA

Mecanismo

58



58

Molécula neutra inativa age como pró-fármaco

• Platina liga-se covalentemente aos cloro substituintes (complexação)

• Moléculas de amônia agem como ligantes

• É ativada em células com baixa concentração de íon cloro

• Substituintes cloro são trocados por moléculas neutras de água • Produção de espécies carregadas positivamente

Agentes metalantes Pt

NH3Cl

NH3Cl

Cisplatina

PtNH3Cl

NH3Cl

H2O

Pt

NH3H2O

NH3Cl

Pt

NH3H2O

NH3H2O

+ 2+

+

DNAPt

NH3DNA

NH3DNA

Cisplatin


59



59

Pt

NH3Cl

NH3Cl

Cisplatina

• Ligam-se ao DNA em regiôes ricas em unidades guanina

• Ligações do tipo intra-fita são formadas preferencialmente as ligações do tipo

inter-fitas

• Desenrolando a dupla hélice do DNA

• Inibe a etapa de transcrição


Agentes metalantes

60



60

• Gera DNA diradicalar

• DNA diradicalar reage com oxigênio

• Resulta no corte de cadeia

enediynesystem

Calicheamicin g1I

Agente antitumoral O

OMe

I

CH3

O

OHMeO

HOH3C

OMe

S

O

OH3C

OH

O NH

OH3C

HOO

O

MeO

HN

H3C

H

SS

SH3C

HOO

NHCO2Me

Clivadores de Cadeia


61



61

R

S

HO O

NHCO2Me

S

MeS

Nu

R

S

HO

O

NHCO2Me

Cicloaromatização

R

S

HOO

NHCO2Me

O2

Clivagem

oxidativa

DNA DNA(Diradical)

R

S

HO

O

H

H

NHCO2Me

Adição

de

Michael

R

S

HOO

NHCO2Me

Mecanismo

H

Ciclização

de

Bergman

FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Clivadores de Cadeia

62



62

Azidotimidina (AZT) é um pró-fármaco utilizada no tretamento de HIV

AZT é fosforilado para o respectivo trifosfato no corpo

Trifosfato possui dois mecanismos de ação:

- inibição de uma enzima viral (transcriptase reversa)

- adiciona-se ao DNA que está sendo formado interrompendo o processo

Azidotimidina (AZT)

(Zidovudina;Retrovir) HN

N

O

CH3

O

OHO

N3

HN

N

O

CH3

O

OO

N3

P

O

OH

OP

O

OH

OP

O

OH

HO

Finalizadores de Cadeia

Grupo terminador

de cadeia

HN

N

O

CH3

O

OO

N3

P

O

OH

OP

O

OH

OP

O

OH

HO


63



63

HN

N

O

H2N N

N

O

HO

Aciclovir

(Zovirax)

Pró-fármaco utilizado como agente antiviral

Apresenta o mesmo mecanismo de ação do AZT

Utilizado também para herpes humando (simplex e shingles)

Famciclovir

(Famvir)

N

NN

N NH2

AcO

OAc Grupo

terminador

de cadeia

Grupo

terminador

de cadeia

HN

N

O

H2N N

N

O

HO

N

NN

N NH2

AcO

OAc



64



64

a) Replicação Normal

A

T

C

G

A

A

C

C

T

A OH3'

DNA template

Growingchain

PG

P P

A

T

C

G

A

A

C

C

T

A

G OH3'

DNA template

Growingchain



65



65

PDrug

P P

b) Terminador de cadeia

A

T

C

G

A

A

C

C

T

A OH3'

DNA template

Growingchain

A

T

C

G

A

A

C

C

T

A

Drug

Chain termination

DNA template

Growingchain

FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Finalizadores de Cadeia

Qual o mecanismo de ação do AZT?

HN

N

O

CH3

O

OHO

N3

66



66

Controle de Transcrição do gene

Planejamento sintético de moléculas capazes de controlar a transcrição

genética

Moléculas capazes de reconhecerem e ligarem-se a pares de bases específicas

Poliamidas de Hairpin apresentam heterocíclos nitrogenados que são capazes

de se ligar ao sulco menor do DNA Ligações ocorrem entre ligações amida e heterociclos

O padrão utilzado nos heterociclos permite o reconhecimento de pareamentos

específicos de bases nitrogenadas

Impede a etapa de transcrição genética (cópias das fitas de DNA)

Planejado para ligar-se a algum elemento regulatório de um gene


67



67

Controle de Transcrição do gene


Poliamida sintética capaz de reconhecer e ligar-se a sequências específicas de

pares de ácidos nucléicos.

68



68

Antibióticos: impedem a formação da parede celular impedindo

a etapa de translação.

Cloramfenicol

(vs typhoid)

O2N

CH2OH

HO

HN

H

H

CO CHCl2

Rifamicinas

R

Me

O

HNMe

Me

OH

O

OHOH

OH

O

Me

O

O

C

Me Me

OMe O MeMe

OH

H

H

H

H

H

H

H

H

Streptomicina

H2N C

NH

NH

O

HN C

NH

NH2

O

OO

H

OHH HO

HH

OHH

H

CHO

OH

H

Me

CH2OH

H

HO

H

OH

H

H

MeHN

H

H

Clortetraciclina

(Aureomycin)

OOHOOH

Cl

OH

NMe2

O

HO

NH2

Me H

OH

Eritromicina

HO

O

O

O

H3C

CH3

CH3

O

CH3

CH3

HO

H3C

O

O

O

CH3

CH3

Me

NMe2

HO

OH

OMe

DROGAS QUE AGEM NO rRNA

69



69

Terapia Antisense

m-RNA

antisensemolecule

Síntese de Proteínas

U C A G A U G C A A

A G U C U A C G U U

AAUG A A G Um-RNA

antisensemolecule

DROGAS QUE AGEM NO mRNA

Oligonucleotídeos são sintetizados para ligaram-se a uma região específica do

nRNA. A seção que o oligonucleotídeo se liga no mRNA age como uma barreira

impedindo a etapa de translação para geração de proteínas.

70



70

Vantagens

• Possui o mesmo efeito que um inibidor enzimático e um antagonista de

um receptor.

• Altamente específico. Estatisticamente impossível encontrar duas seções de mRNA iguais contendo ao menos 17 nucleotídeos

• Necessita de baixas doses compado a inibidores ou antagonistas visto

que uma molécula de mRNA sintetiza várias cópias da mesma proteína

• Potencialmente menos efeitos colaterais

Desvantagens

• Seções do mRNa a serem utilizadas como alvo precisam ser

cuidadosamente identificadas

• Instabilidade e polaridade de oligonucleotídeos (farmacocinétic AMDE) • Tempo de meia vida curto para oligonucleotídeos e baixa absorção

devido a dificuldade de atravessar membranas celulares

Terapia Antisenso


71



71

Terapia Antisenso


Alguns fármacos que funcionam a partir de terapia antisenso já encontram-se

aprovadas no mercado.

Por exemplo: fomivirsen (Vitravene - 1998). 5'-GCG TTT GCT CTT CTT CTT

GCG-3‘. Tratamento de Citomegalovirus ritinitis em pacientes imuno suprimidos (AIDS). Injeção ocular.

Também são considerados para o tratamento de distrofia muscular e -

thalassaemia (formação anormal de hemoglobina)

72



72

Exercício: Piromicina é um antibiótico que inibe a criação de proteínas.

Quando a inibição ocorre, proteínas parcialmente construídas presentes no

citoplasma são covalentemente ligadas a droga. Sugira um mecanismo para a

inibição (ver Slide 27).

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Ácidos Nucléicos como Alvos · 3 BioLab – Introdução a Química Medicinal Prof. Gustavo Pozza Silveira 3 Blocos de construção - Nucleotídeos Deoxiadenosina fosfato N