Farma Codina Mica

FarmacodinmicaFarmacodinmica

ProfaProfa. . FabianeFabiane HiratsukaHiratsuka Veiga de SouzaVeiga de [email protected]@unb.br

FarmacodinmicaEstudo dos efeitos bioqumicos e fisiolgicos dos frmacos e

seus mecanismos de ao

Receptores farmacolgicos

A maioria dos frmaco produz suasaes por interagir comcomponentes do organismo.

Em 1909, Paul Ehrlich criou otermo receptor para descrever aespecificidade da ao das drogas.

Receptores

Molculas alvo por meio das quais mediadores

fisiolgicos solveis produzem seus efeitos.

Ex: receptor para acetilcolina, receptor para estrognio,

receptor para hormnio do crescimento, etc.

A identificao dos receptores para frmacos, hormnios eneurotransmissores iniciou-se na dcada de 60, com o uso decompostos marcados radioativamente (ligantes) que ligavam-se com alta afinidade aos stios alvos.

Tcnicas de biologia molecular e bioqumica tm levado purificao e clonagem molecular de centenas de genesespecficos para os receptores.


Stios de ao de frmacos

Proticos:

Receptores para hormnios, NTs, etc;

Canais inicos;

Enzimas;

Protenas transportadoras;

No-proticos:

cidos nuclicos;

Constituintes da parede celular, etc.


Independente de como so administrados, os frmacosinteragem com diferentes protenas, lipdios, carboidratos, eoutras substncias no organismo, entretanto, apenas algumasdessas interaes promovem efeito.

Um stio de ligao no-especfico definido como umcomponente no qual o frmaco se liga sem promover efeito.

Se a ligao ocorrer com um componente que promovaefeito na clula ou no organismo, esse componente chamadode receptor e a ligao dita especfica.

Especificidade

Os receptores asseguram fidelidade nacomunicao pretendida por s responderem molcula sinalizadora especfica ou a molculascom estrutura qumica muito relacionada (como osfrmacos com o formato necessrio).

A ligao das drogas aos seus receptores pode envolvertodos os tipos de interaes conhecidas: inica, ponte dehidrognio, hidrofbica, interao de Van der Waals e ligaocovalente.

A maioria das interaes droga-receptor envolve ligaesfracas mltiplas.

As ligaes covalentes necessitam de energia considervelpara se romper, sendo praticamente irreversveis eprolongando a durao da ao do frmaco.

As ligaes inicas tambm so fortes, mas podem serrevertidas por alteraes no pH.

Relao entre estrutura e atividade

Afinidade

Fora da interao entre o frmaco e o receptor determinadapela estrutura qumica da substncia;

Sendo assim, pequenas alteraes na molcula do frmacopodem provocar alteraes significativas em suas

propriedades farmacolgicas em decorrncia da alterao de afinidade por um ou mais receptores;

A afinidade pode ser medida por sua constante de dissociao(Kd).

A droga e o receptor precisam apresentarcomplementariedademolecular em seusgrupos de ligao.

Receptores interagem de modo seletivo com ismeros pticosde um frmaco. Por exemplo: a levo-norepinefrina 100 vezesmais potente do que a dextro-norepinefrina.

Em alguns casos, somente um ismero se ligar ao receptor(ex., dextrometorfano, ao contrrio do ismero L, no apresentapropriedades analgsicas e aditivas e no age atravs dosreceptores opiides).

Um enantimero de um par de frmacos com freqncia seliga mais avidamente (apresenta maior afinidade) ao receptordo que o outro enantimero. Como a nica diferena entreeles a estrutura estereoqumica, o formato tridimensional damolcula uma caracterstica crucial na afinidade de ligao.

Exemplos de estereosseletividade

d- e L-hiosciamina, das quais somente a forma L ativacomo bloqueador de receptor muscarnico;

Somente o ismero L da morfina tem atividade analgsica,embora ambos os ismeros atuem como antitussgenos;

Somente o ismero L da noradrenalina eleva a pressoarterial.

d-anfetamina estimulante do CNS mais efetivo que a L-anfetamina, mas so equipotentes para produziralucinaes.

Agonistas: frmacos que se ligam a receptoresfisiolgicos e simulam efeitos de compostosreguladores endgenos;

Agonista total: droga com eficcia suficiente parapromover a resposta mxima do tecido.

Interaes Frmaco-Receptor


Agonista Parcial: droga com nvelintermedirio de eficcia, deforma que mesmo quando 100%dos receptores esto ocupados,a resposta tecidual submxima;

A incapacidade de um agonistaparcial produzir a respostamxima no decorrente deafinidade reduzida pelo receptor,pois agonistas parciais inibemcompetitivamente respostasproduzidas por agonistas totais.

Afinidade: tendncia do frmaco de se ligar ao receptor

Eficcia: capacidade de uma vez ligado, ativar o receptor.

Agonistas apresentam alta eficcia e antagonistas, eficcia zero.

Eficcia

Potncia

A e B so agonistas totais, enquanto C um agonista parcial.

Notem a dissociao de potncia e eficcia: C mais potente que B, mas B mais eficaz que C.

Antagonistas: frmacos que se ligam ao receptor semcausar ativao, mas produzem efeito por inibirem a aodos agonistas.


Antagonista competitivo reversvel- liga-se no mesmo stio de ligao do agonista;- inibio pode ser superadapelo aumento naconcentrao do agonista(reversvel);- no se reduz a respostamxima;- utilizados clinicamente.

Exemplo: Prazosin nosreceptores adrenrgicos

Agonist Agonist + Antagonist

EC50A EC50B

Antagonismo competitivo reversvel

Caracteriza-se pelo desvioda curva de concentraopara a direita, sem alterar a inclinao ou o efeitomximo;

Em presena do antagonistacompetitivo reversvel a resposta mxima ocorre emconcentrao mais elevadado agonista (afeta a potnciado agonista).

Antagonismo competitivo irreversvel

- liga-se no mesmo stio de ligao do agonista;- o antagonista contm grupo reativo que forma ligaescovalentes com o receptor o antagonista se dissocia de forma lenta ou nem se dissocia;- a inibio no pode ser superada pelo aumento naconcentrao do agonista (irreversvel);- respostas mximas so reduzidas;- a curva dose-resposta do agonista ser deslocada para a direita;- ferramenta experimental.

Exemplo: fenoxibenzamina em receptores alpha-adrenrgicos

Antagonismo competitivo irreversvel

Antagonista no-competitivo

No se liga no mesmo stio do agonista;

Pode se ligar em um stio alostrico ou bloquear algumponto da seqncia de eventos desencadeada por umagonista;

A inibio no pode ser superada com o aumento naconcentrao do agonista (irreversvel);

A resposta mxima reduzida;

A curva dose-resposta do agonista ser deslocada para adireita (reduo do efeito).

Antagonista no-competitivoExemplo 1: agmatina em receptores nicotnicos;Exemplo 2: fenciclidina (PCP) bloqueia o fluxo de clcio atravs

do canal do receptor NMDA. Ela se liga em um stio dentro do canal aberto.

Agonist

Agonist + Antagonist

Antagonismo entre Frmacos

Qumico: quando 2 substncias se combinam em soluo ea atividade da droga perdida (ex: dimercaprol (agentequelante) x metais pesados) ;

Farmacocintico: uma substncia reduz a concentrao daoutra no stio de ao (ex: fenobarbital e varfarina) ;

Fisiolgico: ocorre quando a ao de 2 agonistas, atuandoem 2 receptores diferentes possuem aes opostas (ex:histamina em receptor H1 causa broncoconstrio eadrenalina em receptores beta2 causa broncodilatao) .


Agonistas Inversos (antagonistas negativos): frmacos queestabilizam o receptor em sua conformao inativa.Importante apenas em situaes nas quais os receptoresdemonstram atividade constitutiva.

Exemplos:

Tipo 1: Cimetidina (receptor H2)

Tipo 2: Galamina (receptor M1)

Tipo 3: beta-carbolinas(receptor GABAa)

Diferentes stios de interao dos agonistas inversos

Ligao frmaco-receptor

Receptores de reserva

Nem todos os receptoresprecisam ser ocupados parapromoverem o efeito mximo de um tecido, receptores de reservaexistem para fornecer umamargem de segurana.

Na juno neuromuscular hcerca de 20.000 receptores paraa acetilcolina, dos quais 1/4 a 1/2 podem ser bloqueados semafetar a resposta mxima do msculo.

Dessensibilizao e Taquifilaxia

Termos usados para descrever a reduo gradual do efeitode um frmaco quando ele administrado de maneiracontnua ou repetida.

Tolerncia: diminuio mais lenta, que leva dias ousemanas para se desenvolver.

Resistncia: usada para descrever a perda de eficcia defrmacos antimicrobianos ou antitumorais.

Mecanismos de Dessensibilizao e Taquifilaxia

Alterao nos receptores

Perda de receptores

Depleo de mediadores

Aumento na degradao metablica do frmaco

Adaptao fisiolgica

Extruso ativa do frmaco das clulas

Neurotransmissores (NTs) liberados pela clula pr-

sinptica difundem-se ~20-40 nm na fenda e ligam-se a receptores

especficos na clula ps-sinptica.

Receptores para NTs

Quando um frmaco se liga a um receptor na membranacelular, o sinal do frmaco extracelular precisa passar aosprocessos fisiolgicos intracelulares, isto precisa serconvertido (transduzido) a uma mensagem intracelular,processo denominado transduo de sinal, que ocorre pormeio de vrios mecanismos.

O efeito de um frmaco depende dos seus receptores, dasvias de transduo as quais est acoplado, do nvel deexpresso dos receptores nas clulas e da capacidade celularde resposta.

Acoplamento frmaco-receptor

O sinal extracelular transmitido do receptor para uma molcula sinalizadora intracelular. Ento, de uma molcula intracelular para outra em uma cascata sinalizadora.

Ocorre a amplificao do sinal.

Superfamlias de Receptores

Canais inicos regulados por ligantes

Receptores acoplados protena G (GPCRs)

Receptores enzimticos

Receptores nucleares

Canais inicos regulados por ligantes

Protenas com subunidades mltiplas, contendodomnios transmembranares Transmisso sinptica rpida (milissegundos) Seletividade inica (ex. ctions X nions)

Exemplos: nAChR, GABAA, glicina, 5-HT3 receptores do glutamato

Caractersticas gerais dos receptores ionotrpicos

Acetilcolina o agonista endgeno. A nicotina tambm seliga ao receptor e abre o canal inico.

O nAChR tem 5 subunidades.

O nAChR da juno neuromuscular tem quatro subunidadesdiferentes (2). O receptor do gnglio autnomo contmapenas duas subunidades diferentes (2, 3).

Cada subunidade forma parte do poro central de conduode ons.

Receptor nicotnico da acetilcolina (nAChR)

Representao em 3D do nAChR.

H dois stios de ligao para a ACh no domnio extracelular do receptor.

Ligao da acetilcolina ao receptor

Trs anis de aminocidos carregados negativamente formam o poro. Isto faz com que somente ctions atravessem o canal.

Estrutura tpica de uma subunidade do receptor da glicina, nAChR ou GABAA

Cada subunidade consiste de cerca de 450-500 aminocidos (40-65 kDa).

Domnio de ligao extracelular para o NT.

Quatro domnios transmembrares compostos predominantemente de aminocidos hidrofbicos.

Subunidades dos receptores GABA e Glicina

GABA Glicina

6 subunidades - 3 subunidades - 3 subunidades - 1 subunidade - 1 subunidade - 1 subunidade - 1 subunidade - 3 subunidades

- 4 subunidades - 1 subunidade

As composies de subunidades dos receptores determinam seus perfis farmacolgicos

Sensibilidades do receptor GABAA a

estes compostos so determinadas pela composio das

subunidades.

Moduladores da funo do receptor GABAA

GABAPicrotoxina

Zn e outros ons Anestsicos

volteis

Barbitricos

lcool

Neuroesterides

Benzodiazepnicos

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/

Enquanto voc est lendoeste slide, um nmeroenorme de canais inicosest se abrindo e fechandoem seu crebro, na ordem de 1,000,000,000,000,000 (1015). A quantidade de onsmovendo-se nos canaisneste momento correspondea uma pitada de sal.

Canais inicos

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/illpres/salt.html

Receptores acoplados protena G (GPCRS)

A ligao do neurotransmissor promove uma alteraoconformacional no receptor, resultando na aquisio de uma alta afinidade pela protena G e, na produo de

metablitos intracelulares. As respostas ocorrem na escala de segundos.

Receptores metabotrpicos

Grande famlia de receptores, produtos de genes diferentes.

Cada receptor contm 7 domnios transmembrana.

Neurotransmissores ligam-se no lado extracelular do receptor.

Protenas G ligam-se emregies intracelulares do GPCR.

A ligao do neurotransmissoraumenta a afinidade pelaprotena G.

GPCRs

Domnio de ligao ao agonista

Domnio de ligao Prot. G

GPCRs

Protena G mediando efeito de um agonista

Protenas G, 2 mensageiros e efeitos

Enzimas efetoras reguladas pelas protenas G

Adenilato ciclase

Fosfolipases C

Adenilato ciclases e AMPc como 2mensageiro

Adenilato ciclases, fixadas na membrana celular catalizam asntese de AMPc a partir do ATP.

H pelo menos 9 formas de adenilato ciclases. Todas soestimuladas pela Gsa, mas diferem nas sensibilidades ainibio pela Gia.

AMPc atua pela ativao da protena quinase dependentede AMPc (protein kinase A; PKA), que pode fosforilar outrasprotenas em resduos especficos de serina ou treonina.

Enzimas efetoras reguladas pelas protenas G

Adenilato ciclase

Fosfolipase C e fosfolipdeos como 2mensageiros

Membros da famlia Gq transduzem sinais entre os GPCRs eenzimas conhecidas como fosfolipases C.

Estas enzimas utilizam fosfolipdeos como substratos.

A ocupao do GPCR pelo ligante ativa a Gq. A subunidadeGq liga-se a fosfolipase na superfcie interna da membranacelular.

A fosfolipase ativada rapidamente quebra o constituinte damembrana celular fosfatidilinositol bifosfato (PIP2) em inositoltrifosfato (IP3) e diacilglicerol (DAG). IP3 e DAG atuam como2 mensageiros.

Evoluo do conhecimento sobre as vias de transduo de sinal

Algumas protenas G so alvos de toxinas

A subunidade Gsa modificada pela toxina da clera, queage inativando a atividade GTPsica da protena Gs. Istoresulta em ativao persistente da Gs. No intestino istoleva a elevaes nos nveis de AMPc, fazendo com que asclulas secretem grande quantidade de gua, resultando emdiarria.

A toxina pertussis age sobre as subunidades Gi e G0,prevenindo suas ativaes pelos GPCRs. Com a reduodas aes inibitrias da Gi sobre a adenilato ciclase, osnveis de AMPc se elevam, causando a tosse caracterstica.

http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1994/

Toxina da cleraA bactria descoberta por Robert Koch em 1884, pode ser atacada por antibiticos, mas a doena

causada por uma toxina bacteriana, que ativa irreversivelmente as

protenas G das clulas epiteliais do intestino. Isto resulta em perda

de gua e sais.

Dos achados de Koch em 1884, demorou cerca de 100 anos at

que os pesquisadores descobrissem a real causa da

doena, o efeito da toxina bacteriana sobre as protenas G.

http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1994/

A toxina atua como uma enzima que ativa a protena G, que no permite que ela se desative.

A protena G ativada altera a funo das clulas epiteliais do intestino, causando enorme perda de gua.

H dois mecanismos principais que limitam a ao dosagonistas sobre os GPCRs:

Dessensibilizao diminuio da interao entre oreceptor e a protena G. Ocorre por fosforilao dosresduos de serina e treonina nos GPCRs, por quinasesintracelulares especficas.

Infra-regulao (down-regulation) exposioprolongada ao agonista leva a internalizao dosreceptores da membrana celular, diminuindo o nmerode GPCRs que interagem com as protenas G.

Quando um GPCR estimulado por um agonista, o efeitogeralmente de durao limitada.

Receptores enzimticosMecanismo de ativao do receptor do fator de

crescimento epidrmico (EGF)

Receptores com atividade enzimtica intrnseca; Tambm chamados de receptores ligados a tirosinaquinase; Possuem domnio de unio ao ligante extracelular, um segmento transmembrana e um domnio tirosina-quinase intracelular; Efeitos lentos (horas) e decorrentes da fosforilao de vrias protenas efetoras

Exemplos:receptores da insulina, fatores de crescimento.

Caractersticas gerais dos receptores enzimticos

Muito semelhantes aos receptores ligados a tirosinaquinase;

Entretanto no possuem atividade enzimticaintrnseca, mas tm locais de ancoragem onde as enzimas tirosina-quinases se ligam.

Receptores de citocinas

Receptores intracelulares/nucleares

So encontrados no citosol, onde se acoplam ao seuligante e se translocam para o ncleo; Os ligantes precisam ser altamente hidrofbicos paraatravessarem a membrana facilmente; Estimulam a transcrio de genes selecionados, com consequente produo de protenas; Efeitos lentos (horas).

Exemplos:Receptores para esterides (progesterona, testosterona, glicocorticides...)

Receptores intracelulares/nucleares

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