1
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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
2
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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
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
4
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
5
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
6
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
7
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
8
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8
Exercício: Os seguintes compostos são fármacos antivirais que mimetizam
nucleosídeos naturais. Quais nucleosídeos eles mimetizam?
9
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
Maior
sulco
Menor
sulco
10
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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
Estrutura Secundária – A dupla hélice
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
sulco
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11
DNA
Hélice dupla
Replicação
Novas cadeias de
DNA
Template Template
New DNA chains
DNA
Hélices filhas
Estrutura Secundária – A dupla hélice
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
Replicação
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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
Estrutura Secundária – A dupla hélice
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
Template
cadeia
Template
cadeia
Crescimento
da cadeia
Crescimento
da cadeia
13
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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
Estrutura Secundária – A dupla hélice
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
Em termos de estruturas químicas:
14
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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
Estrutura Secundária – A dupla hélice
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
Em termos de estruturas químicas:
15
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
Tyr
Tyr
5'
3' 5'
3'
Topo II
Topo II
3
Tyr
5'
3' 5'
3'
Topo II
4
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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
Ácido Deoxiribonucléico (DNA)
Em termos de estruturas químicas:
18
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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
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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.
Estrutura Terciária
Ácido Ribonucléico (RNA)
20
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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
Estrutura Terciária
Ácido Ribonucléico (RNA)
21
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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
Ácido Ribonucléico (RNA)
22
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22
Ribosome
60S
40S
A-site P-site
mRNA CGA CAU GUC
Translação – síntese protéica
Cadeia protéica
crscendo
GCU GUA
His
Ácido Ribonucléico (RNA)
23
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23
Ribosome
60S
40S
A-site P-site
mRNA CGA CAU GUC
Protein chain
transferred
GCU GUA
His OH
Translação – síntese protéica
Ácido Ribonucléico (RNA)
24
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24
Ribosome
60S
40S
A-site P-site
mRNA CGA CAU GUC
Protein chain
transferred
GUA
His
GCU
OH
Translação – síntese protéica
Ácido Ribonucléico (RNA)
25
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25
Ribosome
60S
40S
A-site P-site
mRNA CGA CAU GUC
Protein chain
transferred
GUA
His
Translação – síntese protéica
Ácido Ribonucléico (RNA)
26
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Prof. Gustavo Pozza Silveira Introdução a Química Medicinal
26
Ribosome
60S
40S
A-site P-site
mRNA CGA CAU GUC
Protein chain
transferred
GUA
His
CAG
Val
tRNA
Translocation
Translação – síntese protéica
Ácido Ribonucléico (RNA)
27
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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
Translação – síntese protéica
Ácido Ribonucléico (RNA)
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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
Translação – síntese protéica
Ácido Ribonucléico (RNA)
29
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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
Translação – síntese protéica
Ácido Ribonucléico (RNA)
30
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30
DNA
Nucleus
Transcription
mRNA
mRNA
tRNA
Amino acid
Translation
Overview Ribosome
Protein
Translação – síntese protéica
Ácido Ribonucléico (RNA)
31
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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
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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
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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
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
+
T T A A G C A A T A C G
D N A
T T A A G C A A T A G
D N A
34
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Prof. Gustavo Pozza Silveira Introdução a Química Medicinal
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
C C G A A T T C G G C C G A A T T C C G
C C G A A T T C G G C C G A A T T C C G
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
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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
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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
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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
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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
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39
Agentes Intercalantes
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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
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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
Agentes Intercalantes
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
41
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Agentes Intercalantes
42
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42
Examplos – agentes antimalária
Cloroquina
Cl N
NH CH
CH3
(CH2)3 N
CH2CH3
CH2CH3
Quinina
N
MeO
NHO
H
H
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Agentes Intercalantes
43
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Envenenadores distinguem-se de inibidores, pois a enzima continua
funcionando. Porém, de forma alterada.
44
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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
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Guanina
H2N
HN
N NH
N
O
1
23
4
56
78
9
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46
Ligação cruzada inter-fitas Ligação cruzada Intra-fita
Ligação cruzada
NuNu
X X
Nu
Nu Nu
Nu
X X
Nu
Nu
Agentes alquilantes
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
47
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
48
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Agentes Alquilantes
49
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49
Exercício: A estrutura abaixo corresponde a um importante agente antiviral.
Sugira o modo de ação dessa droga e o mecanismo.
50
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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
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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
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
53
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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
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Agentes alquilantes
55
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Agentes alquilantes
Mecanísmo
56
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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.
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA Agentes alquilantes
57
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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
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
59
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Agentes metalantes
60
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
61
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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
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
63
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Finalizadores de Cadeia
64
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Finalizadores de Cadeia
65
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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
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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
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
67
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67
Controle de Transcrição do gene
FÁRMACOS QUE AGEM NO DNA
Poliamida sintética capaz de reconhecer e ligar-se a sequências específicas de
pares de ácidos nucléicos.
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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
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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
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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
DROGAS QUE AGEM NO mRNA
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71
Terapia Antisenso
DROGAS QUE AGEM NO mRNA
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
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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).