Apputi esame lezioni 24-28 su 33 di Chimica farmaceutica e tossicologica 2

Lezione 24 del 5/05/2025

La volta scorsa a lezione abbiamo parlato dei farmaci che agiscono sul sistema renina-

angiotensina-aldosterone, degli ACE inibitori e dei sartani, oggi vediamo l’unico farmaco che

inibisce la renina, cioè l’enzima che va ad idrolizzare l’angiotensinogeno prodotto a livello

epatico per formare l’angiotensina.

La renina è un’aspartato-proteasi, questi enzimi hanno una forma monomerica inattiva e

l’unione di due subunità porta alla forma attiva dell’enzima che va a idrolizzare

l’angiotensinogeno. L’enzima nello specifico va ad idrolizzare il legame tra l’amminoacido 10 e

11 presente nell’angiotensinogeno, cioè tra una leucina e una valina.

L’enzima in realtà va a riconoscere in una tasca lipofila molto ampia, i primi 4 amminoacidi

che stanno a sinistra del legame che viene idrolizzato, chiamata porzione pre-scissile e i 4

amminoacidi che stanno invece oltre questo legame, chiamata post-scissile.

I primi inibitori della renina sono stati degli inibitori peptidici che però non hanno

biodisponibilità per via orale, per cui dovevano essere somministrati per endovena e per

riuscire ad incrementare la biodisponibilità è stato modificato il legame peptidico ( il CO

peptidico) con degli analoghi del legame peptidico, ad esempio riducendo il gruppo

carbonilico ad alcol e contemporaneamente modificando l’azoto in carbonio oppure

introducendo un CH2 al posto del gruppo carbonilico, o altre modifiche di questo tipo che

però non hanno portato ugualmente a delle molecole che potessero essere sviluppate come

farmaci.

Un’altra possibilità è quella di andare a mimare l’intermedio tetraedrico che si forma per

attacco dell’acqua al gruppo carbonilico; questo ha portato altri inibitori della renina che

hanno struttura peptido-simile che comunque non sono stati sviluppati come farmaci.

L’unico farmaco che è arrivato in terapia è l’aliskiren :

È un farmaco che perde completamente la sua natura

peptidica in quanto nella parte che mima lo stato di

transizione non sono più presenti legami peptidici, ma

abbiamo un gruppo alcolico che è quello che va a mimare lo

stato di transizione nell’atomo di carbonio adiacente al gruppo

amminico primario mentre dall’altra parte della molecola abbiamo un gruppo isopropilico

che va a mimare il residuo di valina in posizione 11 (quello che sta a destra del legame

peptidico che viene idrolizzato).

Un altro raggruppamento isopropilico si trova in questa posizione e questo va a mimare il

residuo di leucina in posizione 10.

Visto che la tasca che occupa 8 amminoacidi è una tasca lipofila suUicientemente alta,

nell’aliskiren sono presenti delle altre funzioni lipofile, come l’anello aromatico che ha dei

sostituenti etereo- e polietereo- in modo da occupare la tasca lipofila.

Questo farmaco può essere somministrato per via orale anche se ha una biodisponibilità che

non supera il 5% e questo fa si che in realtà gli inibitori della renina rispetto agli altri farmaci

che agiscono sul sistema renina-angiotensina-aldosterone abbiano un utilizzo molto limitato

quindi sono sicuramente meno importanti.

DIURETICI

Possono essere usati nell’ipertensione ma in realtà hanno la capacità di andare a riportare

nella norma sia il volume del plasma e degli altri liquidi corporei, che la composizione.

L’utilizzo principale dei diuretici non è come ipertensivi ma sono farmaci di elezione per la

terapia degli edemi. Edemi di diversa natura, alcuni dei quali derivano proprio da alterata

funzionalità cardiaca. Ad esempio edemi che si possono generare o a livello polmonare per

mancata funzionalità della parte destra del cuore (sono quelli più gravi) oppure edemi

generalizzati che si possono creare nel resto dell’organismo per mancata o ridotta

funzionalità della parte sinistra del cuore.

I diuretici vengono usati in tutti i casi di edemi, anche quelli dovuti non sono ad insuUicienza

renale, come scompenso cardiaco (acuto e cronico) ma anche a insuUicienza renale o a

insuUicienza epatica come quella legata alla cirrosi epatica.

Naturalmente diminuendo la volemia possono essere utilizzati anche nell’ipertensione, per

cui hanno eUicacia in casi di ipotensione lieve in monoterapia, molto spesso vengono

associati ad altri farmaci antiipertensivi anche nella stessa specialità medicinale, oppure

alcuni dei diuretici più potenti vengono utilizzati per le crisi ipertensivi ma non per tenere a

bada l’ipertensione.

I diuretici hanno come sito d’azione il rene, in particolare il nefrone. A seconda della tipologia

di diuretico l’azione si esplica in diverse parti del nefrone. A prescindere dal sito e dal

meccanismo d’azione, i diuretici vanno ad aumentare l’escrezione di ioni sodio, che si

portano dietro i cloruri o altri anioni e per pressione osmotica anche l’acqua, per cui si ha un

aumento di volume delle urine, che è più ricca di diversi ioni, principalmente ioni sodio.

Questo porta ad una riduzione del volume plasmatico e a sua volta della gittata cardiaca e

quindi della pressione arteriosa.

La terapia cronica con diuretici a lungo andare porta anche a riduzione della contrattilità

liscia vasale all’aumentare della gittata cardiaca.

Ogni nefrone ha circa un milione di tubuli e sono costituiti da una parte tubulare e una parte

vascolare; quest’ultima è molto importante perché da questa si ha l’escrezione e poi il

riassorbimento dei soluti.

Nello scorrere all’interno dei tubuli renali il filtrato subisce una serie di riassorbimenti sia di

acqua che di soluti in quanto la maggior parte dei soluti escreti che sono ioni e piccole

molecole (es. glucosio o amminoacidi) in parte vengono riassorbiti e così la maggior parte

dell’acqua in quanto oltre il 90% di ciò che viene escreto viene poi riassorbito.

I diuretici possono agire in diverse parti dei tubuli, ad esempio possono agire a livello della

prima parte del tubolo renale come fanno ad esempio i diuretici osmotici oppure possono

agire a livello dell’ansa di Henle o nel tubulo contorto distale come fanno i diuretici tiazidici,

etc etc.

Queste parti del tubulo renale hanno diversa permeabilità all’acqua e soprattutto hanno

diversa capacità di riassorbire i soluti, che varia a seconda delle zone e a seconda del fatto

che ci siano dei meccanismi di trasporto attivo che consentono il passaggio di ioni contro

gradiente di concentrazione mentre altre zone del tubulo lavorano in escrezione e

riassorbimento solo tenendo conto dei diversi gradienti di concentrazione. Questo fa si che il

contenuto finale di urina sia regolato dalla diversa permeabilità all’acqua e agli ioni delle

diverse parti del nefrone, ma dipende anche da quanto plasma riesce ad essere filtrato e dalla

concentrazione di ioni sodio principalmente a livello midollare e anche dalla quantità di

ormoni che vengono prodotti, di aldosterone e ormone antidiuretico.

Nel tubulo contorto prossimale ( prima parte del tubulo che segue la capsula di Bowman) si

ha il maggiore riassorbimento sia di ioni sodio che di glucosio, di amminoacidi, di vitamine, di

urea, gli ioni sodio vengono riassorbiti contro gradiente di concentrazione utilizzando una

pompa di trasporto attivo che va a scambiare 3 ioni di sodio con 2 ioni di potassio.

Questa pompa è legata anche al riassorbimento del glucosio mentre l’acqua e gli anioni come

gli ioni cloruro seguono gli ioni sodio e il glucosio per avere elettro-neutralità o per pressione

osmotica.

Per quanto riguarda l’acqua ci sono in realtà anche in questo caso dei meccanismi di

trasporto attivo perché a livello del dotto collettore (ossia l’ultima parte del tubulo renale) si

hanno delle proteine che sono importanti per il riassorbimento dell’acqua.

Nel dotto collettore l’acqua non viene riassorbita per diUusione passiva ma ci sono le

cosiddette acquaporine che provvedono al riassorbimento dell’acqua, che è controllato

dall’ormone vasopressina che attivando i propri recettori (che sono recettori accoppiati a

proteine G) provoca la produzione di AMPc che attiva una protein-chinasi che fosforila le

acquaporine e fa si che passino dallo stato inattivo allo stato attivo.

Lo stesso AMPc non direttamente va ad attivare la trascrizione a livello nucleare delle

acquaporine in modo che si abbia una maggiore produzione di queste proteine.

Di diuretici ne esistono di diverse categorie, possono essere suddivisi a seconda di…

-meccanismo d’azione, ad esempio i diuretici che inibiscono l’enzima anidrasi carbonica

oppure i diuretici che agiscono come diuretici osmotici o ancora i diuretici risparmiatori di

potassio.

-a seconda delle regioni del tubulo renale dove agiscono, ad esempio i diuretici dell’ansia,

- a partire dalla loro struttura chimica ad esempio i diuretici tiazidici.

Un’altra distinzione che si può fare tra i diuretici è quella che li divide in

-diuretici blandi,

-con media intensità d’azione,

-i diuretici molto potenti che vengono chiamati anche diuretici drastici

Tra i diuretici dotati di debole attività ci sono i diuretici osmotici, i quali sono delle piccole

molecole, fondamentalmente dei poli-alcoli che vengono filtrati a livello del glomerulo renale

ma non possono essere riassorbiti o vengono riassorbiti nei tubuli in maniera molto scarsa.

Questo mancato riassorbimento fa si che si abbia un richiamo d’acqua per azione osmotica e

quindi un incremento del volume delle urine ma anche una diUerente composizione delle

urine perché l’aumento del riassorbimento d’acqua per eUetto osmotico provocato dai

diuretici osmotici porta ad una riduzione della concentrazione degli ioni sodio.

Questo meccanismo è quello responsabile dell’attività dei diuretici osmotici a livello del

tubulo contorto prossimale. In realtà i diuretici osmotici agiscono anche a livello dell’ansa di

Henle, dove sempre con lo stesso meccanismo, (ossia non vengono riassorbiti quindi

richiamano acqua) fanno si che si abbia un incremento del volume di liquidi extracellulari,

questo porta ad una diminuzione della viscosità del sangue, porta ad una riduzione

dell’attività dei barocettori a livello renale quindi diminuzione del rilascio di renina e un

aumento del flusso ematico renale. L’aumento del flusso ematico renale va a richiamare

ulteriori ioni sodio e di conseguenza ioni cloruro e urea, questo porta ad una riduzione del

richiamo di acqua, cioè incrementa la diluizione degli ioni sodio e quindi riduce il

riassorbimenti passivo sia degli ioni sodio che degli ioni potassio e cloruro. Quindi l’eUetto

finale che si ha sia a livello del tubulo contorto prossimale che a livello dell’ansa di Henle è un

aumento dell’escrezione di acqua, di ioni sodio ma anche di ioni potassio, calcio, magnesio,

cloruri, fosfati e in parte bicarbonati.

I diuretici osmotici sono dei poli-alcoli, ad esempio un diuretico osmotico è il mannitolo, che

non può essere somministrato per via orale ma può essere somministrato per

endovena e viene utilizzato per la riduzione degli edemi soprattutto di quelli

cerebrali, ma anche in casi di insuUicienza renale acuta, ad esempio quando

si hanno ischemie a livello renale o si hanno alterazioni a livello ematico che

possono portare a emoglobinemia o mioglobinemia (per cui l’emoglobina e la

mioglobina che precipitano a livello renale portano ad alterazioni della

funzionalità renale ) o in caso di assunzione di sostanze tra cui farmaci

nefrotossici, oppure quando si ha una riduzione della filtrazione renale per

traumi renali o legati a chirurgia sui reni.

Altro utilizzo della mannite è per avvelenamenti, perché in caso di veleni che come tali o

sottoforma dei loro metaboliti possono essere eliminati per escrezione renale oppure viene

utilizzato quando si hanno degli squilibri in seguito a dialisi perché si ha una diminuzione

dell’osmolarità dei liquidi intracellulari e un aumento dei liquidi all’interno della cellula. O

ancora per ridurre la pressione a livello dell’occhio prima degli interventi per il glaucoma.

Un analogo della mannite è l’urea, anch’essa deve essere somministrata per via

parenterale ma è meno usata del mannitolo perché ha maggiore

tossicità.

Un analogo del mannitolo è il sorbitolo, che ha più o meno gli stessi utilizzi del

mannitolo quindi farmaci che possono essere utilizzati solo per somministrazioni

endovena quindi in ambito ospedaliero .

Del sorbitolo esiste un analogo ciclico che il isosorbide in cui possiamo

andare ad identificare la struttura ciclica presente nel sorbitolo e questo può

essere somministrato anche per via orale perché non viene alterato a livello

gastrico e intestinale e viene comunemente utilizzato nella terapia del

glaucoma.

I diuretici osmotici sono molto eUicaci ma hanno anche degli eUetti collatterali

particolarmente importanti, ecco perché devono essere somministrati in ambito ospedaliero.

Nei pazienti che hanno insuUicienza cardiaca o congestione polmonare possono provocare

edema polmonare, in quanto vanno a diminuire l’acqua a livello intracellulare mentre

incrementano il volume di acqua extracellulare e il volume di liquidi circolanti. Possono dare

una eccessiva escrezione di ioni sodio e questo provoca sintomi come la cefalea, nausea e

vomito e non devono essere mai somministrati quando all’edema cerebrale sia assocciato

emorragie cerebrali perché causano un loro aggravamento.

Altra classe di diuretici blandi sono quelli che agiscono andando ad inibire l’anidrasi

carbonica.

INIBITORI ANIDRASI CARBONICA

L’anidrasi carbonica a livello renale si trova in due diUerenti isoforme, di isoforme di anidrasi

carboniche umane ne esistono 15, a livello renale esiste l’isoforma 4 che è un isoforma

espressa a livello della membrana e l’isoforma 2 che invece è espressa a livello intracellulare.

A prescindere dalle diverse isoforme, gli enzimi anidrasi carbonica vanno a catalizzare la

reazione di formazione di anidride carbonica e acqua dall’acido carbonico ma anche la

reazione opposta, cioè la formazione di acido carbonico a partire da acqua e anidride

carbonica.

In particolare l’anidrasi carbonica agisce a livello del tubulo contorto prossimale andando a

controllare i meccanismi di riassorbimento degli anioni bicarbonato. Un altro meccanismo

d’azione è quello che esplica a livello del dotto collettore, questo fa si che si abbia un

incremento dell’escrezione di ioni bicarbonato, ioni cloruro e ioni fosfato che si portano

indietro gli ioni sodio e l’acqua.

Gli ioni bicarbonato a livello del lume vanno a reagire con i protoni che derivano dalla

dissociazione dell’acido carbonico che si ha a livello intracellulare con formazione di acido

carbonico, il quale ad opera dell’anidrasi carbonica di tipo 4 viene convertito in anidride

carbonica e acqua. L’anidride carbonica è un gas che diUonde attraverso le membrane senza

meccanismi di trasporto e all’interno della cellula sempre l’anidrasi carbonica ma di tipo 2 va

a catalizzare la formazione di acido carbonico, che si dissoccia con i protoni che verranno

utilizzati per reaziione con il bicarbonato mentre il carbonato viene escreto.

Gli ioni sodio che servono

a neutralizzare gli ioni

bicarbonato vengono

secreti con un

meccanismo di trasporto

attivo, quindi una pompa

che richiede energia e

scambiati con uno ione

potassio.

Andando ad inibire questi

enzimi si ha un incremento

dell’escrezione di ioni

bicarbonato.

Le anidrasi carboniche sono dei metallo-enzimi, che hanno come gruppo prostettico uno ione

zinco che è fondamentale nel meccanismo di questi enzimi in quanto a prescindere

dall’isoforma (2 o 4) è coordinato con 3 residui di istidina. Questi residui di istidina vanno ad

occupare solo 3 siti di coordinazione dello zinco, quello che rimane è poi essenziale perché

andrà a coordinare l’acqua o uno ione OH- .

Quando è legato allo zinco uno ione OH- questo a sua volta può legare l’anidride carbonica, si

va a formare l’ intermedio che poi andrà a liberare per idrolisi l’anione bicarbonato.

Quando lo zinco rimane legato all’acqua, per perdita di un protone si verrà a formare la forma

attiva che potrà legare l’anidride carbonica.

In ultima analisi vengono riassorbiti ioni bicarbonato che si portano indietro ioni sodio e

acqua.

Andando ad inibire questi enzimi si ha una riduzione del riassorbimento di ioni bicarbonato

quindi un aumento della loro escrezione e di conseguenza un aumento di escrezione di ioni

sodio e di acqua.

L’anidrasi carbonica si può inibire con sostanze che recano un gruppo solfonammidico, il

quale nella sua forma deprotonata, va a coordinare due atomi di ossigeno e lo ione zinco,

impedendo il legame dell’acqua o dello ione OH- e con l’atomo di azoto carico negativamente

vanno a legare il gruppo OH di un residuo di tirosina.

Che il gruppo solfonammidico abbia questa attività si è visto con la

somministrazione di sulfamidici visto che soprattutto quelli aventi un

gruppo solfonammidico primario mostrano come eUetto collaterale

l’inibizione dell’anidrasi carbonica, anche se ne hanno anche altri… ma

dall’analisi di questi eUetti collaterali dei sulfamidici si è arrivati agli

inibitori dell’anidrasi carbonica, come l’acetazolamide che è proprio il

farmaco già visto come antiepilettico e i suoi derivati come la

metazolamide, etossizolamide o diclorfenamide.

Tutti questi farmaci hanno una blanda azione diuretica e quindi

vengono utilizzati soprattutto come farmaci nel glaucoma.

La blanda azione diuretica è dovuta al fatto che incrementando

l’escrezione di ioni bicarbonato