Chimica farmaceutica 1 e tossicologica - parte terza

LEGANTI DEL SOLCO MINORE DEL DNA

I solchi rappresentano tasche dove possono legarsi le molecole. Questa classe di molecola è

coinvolta nel classico meccanismo di riconoscimento farmaco-bersaglio. Interagendo vanno

a distorcere la struttura, anche se non è alchilata, non può comunque svolgere le sue

funzioni, perché la struttura e conformazione del DNA è peculiare, e se viene stabilizzata in

una diversa conformazione non viene più riconosciuta. Sono poliammidi/policationi dalla

struttura flessibile, caratterizzati dalla forma concava (= ELEMENTO FARMACOFORICO).

Non basta la forma, ma ci devono anche essere delle interazioni. Vanno ad abbracciare la

convessità del solco minore del DNA (shape-complementarity). Si distinguono:

Pentamidina presenta una catena alchilica formata da 5 atomi di C legato mediante un O ad

un anello aromatico terminante con un gruppo ammidinico. È una molecola flessibile. A pH

fisiologico i gruppi amminici (basici) sono protonati, e fanno un’interazione elettrostatica con

i gruppi fosfato. La pentamidina viene utilizzata anche contro la leishmania, è quindi un

agente antiprotozoario.

N-Me-polipirroli Di origine naturale, comprendono Netropsina e Distamicina A, che presentano dei gruppi basici protonabili.

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La loro forma concava è evidente. I poli-pirroli possono fare:

- stacking

- legami a H → sono presenti diversi legami ammidici che possono fare legami a H con il DNA

INTERCALANTI DEL DNA

Sono molecole che agiscono andando a intercalarsi tra le coppie di basi tramite un meccanismo di intercalazione.

L’intercalazione perturba la struttura della molecola, ovvero diminuisce la torsione elicoidale e modifica l’allungamento del DNA.

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Anche se NON è un legame covalente, queste modifiche strutturali non permettono più il riconoscimento delle proteine associate

al DNA, e anche in questo caso si ha la morte cellulare.

Etidio non è un farmaco, ma è utilizzato come sonda per il DNA: quando si lega al DNA emette

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fluorescenza. Presenta un nucleo fenantredinico planare carico positivamente. Ha le dimensioni

giuste per porsi tra 2 coppie di basi interagendo tramite un’interazione π-catione e π-π (a

trasferimento di carica). L’etidio essendo carico non si usa come farmaco perché non attraversa le

membrane.

Requisiti per l’intercalazione:

- Geometria planare → requisiti sterici

- Abbondanza di elettroni pigreco → requisiti elettronici (per fare legami a trasferimento di carica)

Queste caratteristiche sono presenti in composti aromatici policiclici come antracene, naftalene, fenantrene e i rispettivi

analoghi azotati (chinoline, acridine, fenantridina). Le catene laterali presenti sul nucleo aromatico possono rinforzare l’interazione

stabilendo dei legami con lo zucchero o con il fosfato.

Actinomicina D È una molecola di origine naturale, metabolita di

alcuni batteri. Ha una struttura simmetrica con al centro l’anello

fenossazonico (fenossazina+chetone) planare, mentre la

porzione superiore è un pentapeptide ciclico. È un antitumorale

e antibiotico, ha una preferenza per le coppie di basi G-C e

interagisce con il gruppo 2-amminico della guanina, questa

molecola ha 2 moA:

- Anello fenossazinico → si intercala tra le coppie di basi G-C

- Pentapeptide → interagisce il solco minore del DNA (legami

a H, interazioni idrofobiche)

ACRIDINE

Il nucleo acridinico è il corrispondente azotato dell’antracene. Sono stati i primi farmaci

intercalanti utilizzati come antiinfettivi durante le due guerre mondiali. Scoperte grazie

all’industria chimica dei coloranti: l’acridina arancio ha portato alla prima molecola ad attività

antiinfettiva, la proflavina. L’acridina si intercala bene, ma avendo la carica viene anche attirata

dalla carica negativa dei fosfati. Dopo la prima interazione grazie alla carica si associa e poi si

intercala. Ma la carica è un problema per il passaggio delle membrane.

Proflavina L’acridina non è carica e non lo sarà neanche a pH fisiologico perché sono delle

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ammine aromatiche, quindi non sono molto basiche. La carica positiva è importante per

l’interazione con il DNA. A più alte concentrazioni di DNA riesce anche a intercalarsi. Dalle

acridine si è derivato un farmaco molto utilizzato contro la malaria:

Mepacrina Presenta il nucleo acridinico, sull’anello centrale porta un gruppo amminico legato

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a una catena terminante con un gruppo dietilamminico (N legato a 2 etili), che rappresenta un

secondo gruppo protonabile. Abbiamo tolto la carica permanente presente nell’acridina.

L’ammina terziaria è la più basica, è in equilibrio con la forma carica. Agisce da intercalante. Fu sviluppata dai reparti scientifici

dell’esercito statunitense come antimalarico e sostituita da una seconda classe di antimalarici rappresentata dalle chinoline.

Veniva usata come profilassi dai soldati contro la malaria durante la guerra del Vietnam. In Italia si utilizzano per la profilassi oggi.

Amsacrina (m-AMSA) → classe delle acridine presentano due porzioni:

- l’anello acridinico, che va a intercalarsi con l’anello del DNA

- l’m-amsa (4’-ammino-metansolfon-m-anisidide), che va a legarsi

alla topoisomerasi inibendola. In 3’ c’è una metansolfonammide. È

una molecola che ha un meccanismo d’azione duplice. La

Topoisomerasi ha il compito di srotolare l’elica di DNA in modo che

possa avere la replicazione del DNA, formando un intermedio

covalente che coinvolge un frammento di Tyr che si va a legare con il DNA. Enzima che controlla il superavvolgimento

dell’elica, taglia un solo frammento e diminuisce il superavvolgimento, facendo legare le proteine per iniziare la replicazione.

I veleni della Topoisomerasi non vanno a inibire l’enzima ma la vanno a stabilizzare così tanto impedire che svolga il suo ruolo

fisiologico. Tra i farmaci che fungono da veleni della topoisomerasi troviamo anche le antracicline. 32

CHINOLINE

Presentano un nucleo chinolinico, il corrispondente azotato del naftalene. La malaria è una malattia legata alla povertà che ha

usufruito delle partnership public-private, vedi associazione Medicines for Malaria Venture.

Chinina 5-ethenyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl](6-methoxyquinolin-4

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yl)methanol prima molecola utilizzata come antimalarico, è un prodotto

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di origine naturale prodotto Cincona succirubra. Chimicamente è un

alcaloide (basico) della china, presenta un centro chinolinico con un OH in

posizione 9 e in posizione 8 un nucleo chinuclidinico terminante con un

doppio legame. La chinina è un singolo enantiomero. Presenta diversi C

chirali con una stereochimica ben definita. Due azoti complessivamente,

hanno la stessa basicità? No, l’azoto più basico è quello della chinuclidina.

La chinina ha ispirato lo sviluppo di una classe di molecole sintetiche a

struttura chinolinica:

Meflochina È stato rimosso il centro chinuclidinico insieme al doppio

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legame, mantenendo però un nucleo basico grazie alla presenza di N. Si è

fatta una semplificazione strutturale. Ma è stata mantenuta la

PLANARITA’, elemento farmacoforico e quindi è stata mantenuta anche la

possibilità di fare lo stacking. Da chinuclidina a piperidina, semplificato a

nucleo a 6. Si è anche rimosso un etilene. Presenta due gruppi trifluoro

metilici in posizione 2 e 8. Dalla meflochina sono state sviluppate altre due

classi: 4-amminochinoline e 8-amminochinoline.

Clorochina Ha in posizione 7 un Cl e la stessa catena laterale della mepacrina: il gruppo amminico in posizione 4 permette di

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eliminare un carbonio chirale.

Amodiachina Presenta un fenolo sulla catena diamminica in 4. Conferisce rigidità.

Primachina e Pamachina Presentano un metossile e il gruppo amminico è in posizione 8.

Tafenochina È una molecola molto recente. Presenta oltre al metile in 4, anche un sostituente fenossi sull’anello chinolinico.

CICLO DELLA MALARIA E MECCANISMO DI AZIONE DELLE CHINOLINE ANTIMALARICHE: L’efficacia non deriva solo dall’azione

sul DNA. Hanno un MoA più complesso. La malaria è un’infezione protozoaria trasmessa dalla puntura di una femmina di zanzara

infetta. All’interno dell’organismo il parassita si moltiplica nel fegato e, una volta maturato, entrano all’interno dei globuli rossi,

dove si moltiplicano nuovamente. Successivamente l’emoglobina presente nel globulo rosso viene trasportata al vacuolo

digestivo e digerita in piccoli peptidi (usati come fonte di AA) e quattro unità eme. Le unità eme sono tossiche per il parassita che

in atto un meccanismo di detossificazione dell’eme, impacchettandolo sottoforma di cristalli di emozoina non più tossici.

L’emozoina essendo costituito da aggregati di eme è tenuta insieme da interazioni pi greco-pi greco (con pirroli), è un bersaglio

per le chinoline antimalariche che si possono intercalare l’emozoina. L’azione sul parassita è qui detta MULTITARGET, è un’azione

doppia. Si hanno due pathway→ l’attività è maggiore.

La clorochina svolge una duplice azione: interagisce con il DNA e va ad impedire la detossificazione dell’eme:

- Interagisce sia con l’N terziario che con i gruppi carbossilici tramite un’interazione elettrostatica

- L’N in posizione 1 della chinolina fa dei legami a H

- L’anello planare riesce a fare delle interazioni di stacking a trasferimento di carica.

MoA chinolina: gli azoti basici contribuiscono all’azione selettiva (oltre a intercalarsi

con DNA ed emozoino), ci sono anche legami a H. La clorochina entra nell’eritrocita

grazie all’eq. con la forma neutra. Dentro l’eritrocita il pH progressivamente scende,

all’inizio c’è comunque equilibrio tra le due forme. All’interno la clorochina deve ancora

superare una seconda membrana, quella del parassita. Dentro il parassita, il pH è 7.3,

la clorochina si va a concentrare dentro il vacuolo digestivo (a pH più acido di 5.2), dove

è principalmente nella forma protonata. L’equilibrio è completamente spostato. La

forma protonata non può più uscire dal vacuolo→ effetto di concentrazione che

conferisce specificità. 33

ANTRACICLINE

Isolate da Streptomyces, presentano una struttura tetraciclina con un antrachinone e vicinino c’è idrochinone. La prima porzione

della molecola è planare, mentre l’ultima parte del ciclo è costituita da un anello saturo che porta come sostituenti un

amminozucchero, un OH e un gruppo chetone con un R cambia in base al farmaco. Sono molecole ancora molto utilizzate c