Farmacologia

FARMACOLOGIA

1.

Farmacologia: branca delle scienze biomediche che studia i farmaci e le interazioni

reciproche che hanno luogo tra questi e gli organismi viventi

Farmaco: 1) qualunque sostanza che eserciti effetto biologico; 2) strumento

terapeutico che interviene su processi patologici; 3) strumento sperimentale per la

comprensione di eventi biologici Vedi slide 12

Il farmaco è formato da principio attivo ed eccipienti, i quali non modificano le

proprietà farmacologiche del principio attivo ma possono modificarne la

farmacocinetica. Un farmaco solitamente ha brevetto di 15-20 anni. Solitamente, si fa

uso di una sostanza inerte priva di effetti biologici chiamata placebo che valuti

solamente l’effetto terapeutico della cura.

Tipi di proteine bersaglio dei farmaci: recettori, enzimi, canali ionici, trasportatori e

proteine strutturali.

2.

Recettori: macromolecole cellulari deputate al riconoscimento di sostanze chimiche

endogene con conseguente generazione di risposte biologiche.

Non tutti i farmaci necessariamente interagiscono con un recettore o bersaglio

specifico; è il caso ad esempio dell’acqua ossigenata (fortissimo ossidante che uccide

tutti i microbi con cui viene a contatto), bicarbonato di sodio (tampone), lassativi

osmotici (facilitano l’evacuazione intestinale richiamando acqua nel colon dai tessuti

circostanti), disinfettanti.

Quando si parla di interazioni farmaco recettore, si possono venire a creare due tipi di

complessi, uno irreversibile ed uno reversibile. Per quanto riguarda i reversibili,

solitamente l’interazione tra farmaco e recettore è mediata da legami chimici deboli (a

bassa energia) che però, per poter generare l’effetto biologico, devono essere in

primis in numero elevato e poi la superficie della molecola del farmaco e quella del

recettore devono essere chimicamente complementari.

R+X RX con Ka (associazione) = [RX]/[R][X] e con Kd (dissociazione) =

[R][X]/[RX] X è il farmaco, R è il

bersaglio/recettore con cui interagisce il farmaco X. XR* è il complesso attivo che fa

partire la segnalazione cellulare. RT è il numero totale dei recettori che il farmaco può

legare. Bmax è il numero massimo di molecole del farmaco che si possono legare.

1) R+X = RX con Ka = [RX]/[R][X] e con Kd = [R][X]/[RX]

2) [R] = Kd [RX]/[X]

3) Sostituendo R in RT = R + RX RT = Kd [RX]/[X] + [RX]



4) Riarrangiando : [RT]/[RX] = Kd/[X] + 1 = Kd + [X] / [X]

5) Invertendo: [RX]/[RT] = [X]/Kd + [X]

6) Dividendo per 1/RT : [RX] = [X] [RT]/Kd + [X]

7) Può essere espressa anche come: B= [X] Bmax/Kd + [X] che è simile alla

Michealis Menten

8) In relazione a quest’ultima formula si può associare un grafico che è l’isoterma

di legame o di Langmuir Hill, che da una proporzionalità diretta tra

dose/concentrazione ed effetto farmacologico.

9) Si può inoltre arrivare alla conclusione che Kd sia uguale alla concentrazione di

farmaco ([X]) necessaria alla saturazione della metà dei recettori, ovvero per far

sì che [RX]/[RT]=1/2.

10) Chiaramente, più alta sarà l’affiinità di X per R più bassa sarà la Kd.

Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci: risposte graduali misurabili in continuo;



risposte non graduali classificabili con uno score o uno stadio; risposte tutto o nulla



quantali. La relazione tra concentrazione di un farmaco e il grado di risposta



misurato è la curva concentrazione (micro molare) risposta (in vitro), se l’effetto è

misurato in vivo la relazione è la curva dose (mg/kg) risposta.

Potenza ed efficacia del farmaco non sono correlabili. L’efficacia di un farmaco è il

massimo effetto biologico a cui arriva; la potenza di un farmaco invece è l’affinità di un

farmaco per un recettore associato al logaritmo della concentrazione del farmaco

(minor concentrazione possibile di farmaco per un massimo effetto biologico).

Antagonismo: 1) sormontabile o competitivo, agonista ed antagonista interagiscono

sullo stesso sito recettoriale; un esempio può essere fatto con un esperimento ex vivo:

prendo il cuore di cavia e lo mantengo nelle condizioni fisiologici per dimostrare

l’antagonismo competitivo del propanololo (beta bloccante dei recettori beta 1

adrenergici) all’isoprotenerolo. 2) insormontabile o incompetitivo, l’antagonista si lega

al recettore in un sito diverso dall’agonista.

3-4-5-6-7-9-10

FASI DEL FARMACO

Scoperta del farmaco: faccio un ventaglio di molecole, circa 50 progetti dove studio in

sistemi molto semplici l'attività di questa molecola; una volta che ho visto che la

molecola è in grado di inibire l'enzima.. devo vedere se queste molecole sono

facilmente somministrabili (per bocca) Sviluppo

preclinico: studio sull'animale, verificare che non sia tossica, utilizzo di animali da

laboratorio Sviluppo clinico:

1-fase I: effettuata su un gruppetto di volontari sani, prima dose singola, poi dosi

ripetute per una settimana, definizione della farmaco cinetica, stabilire con che

velocità la sostanza viene assorbita, quand'è che si raggiunge il picco massimo nel

sangue, importanti sia per la frequenza che per il dosaggio somministrazione molto



frequente. Per alcune classi di farmaci, quelli ad esempio neoplastici, non si usano

volontari sani, perchè questi farmaci sono tossici, di conseguenza si usano persone già

malate. Una volta che il farmaco è tollerabile e può essere somministrato

tranquillamente 2-fase II: Si comincia

ad usare sul paziente, si reclutano un numero più alto di persone, 200-300 pazienti, ci

si fanno vari studi, si stabilisce la dose e si va avanti per avere una prima idea

dell'efficacia del farmaco, si usa il cosiddetto placebo o farmaco di riferimento. Devo

avere anche un gruppo in cui confronto l'efficacia di un farmaco che sto studiando

rispetto a quello che c'è già (Ad esempio un nuovo farmaco antiinfiammatorio deve

essere efficace almeno quanto un farmaco antiinfiammatorio già in commercio)

3-fase III: 2000-3000 pazienti, lo studio a doppio cieco cioè sia il paziente che il medico

non sono a conoscenza del trattamento che stanno usando, per ovviare a problemi di

natura psicologica 4-fase IV: farmaco già venduto, si

approfondisce su pazienti per migliorare efficacia e incidenza delle reazioni avverse. Si

chiama farmaco di vigilanza perchè si continua appunto a fare studi sullo stesso

farmaco. BERSAGLI DEI FARMACI

Recettori Ionotropici Attraverso la loro regolazione si hanno le interazioni recettore

ligando. A seguito del legame, il recettore cambia transitoriamente

configurazione aprendo un canale intrinseco alla sua struttura.

Sono essenzialmente 4 sotto famiglie:

1) Cys loop receptors (esempi sono quelli per GABA e Ach)

Il recettore nicotinico muscolare, su placca neuromuscolare, sono

attivati dall’Ach che riesce a depolarizzare la cellula. I recettori

nicotinici sono disposti a livello della sinapsi in modo da

ottimizzare la trasmissione del neurotrasmettitore stesso.

2) Glutammato recettori

3) Nucleotidi ciclici recettori

4) ATP recettori

I recettori canale hanno al centro una zona chiamata del cancello,

che permette il passaggio dello ione quando due Ach si legano al

recettore e così facendo le 5 subunità che formano il canale

vengono a trovarsi tutte all’interno. (infatti hanno 20 domini

transmembranari organizzati attorno ad un canale acquoso

centrale).

Metabotropici Accoppiati ai loro effettori tramite proteine G, che son in grado di

legare il GTP. Costituiscono la maggior parte dei recettori noti. Le

principali classi di proteine G sono: Gs, stimolazione dell’adenilato

ciclasi, Gi, inibizione dell’adenilato ciclasi, Gq, stimolazione delle

fosfolipasi C.

Possono formarsi dimeri tra lo stesso tipo di recettore, dimeri tra

recettori diversi per lo stesso ligando, dimeri tra recettori per

ligandi diversi. Alcuni tra i principali effettori delle proteine G

sono: effettori enzimatici come adenilato ciclasi (enzima di

membrana che sta vicino ai recettori stessi) e fosfolipasi C (ce ne

sono almeno 11 isoforme, possono essere attivate anche da altre

vie come i recettori per i fattori di crescita; DAG, essendo una

molecola estremamente lipofila, rimane nella membrana

citoplasmatica, aumentando l’attività della PKC che a sua volta

attiva altre proteine, mentre l’IP3 si lega a recettori presenti su RS

e porta all’uscita di calcio, canali ionici oppure RhoA/Rho chinasi.

Gli effettori enzimatici danno vita ai cosiddetti messaggeri, di cui i

più noti sono AMPc (ha come bersaglio la PKA, citoplasmatica,

formata di due subunità di cui una è catalitica e l’altra è

regolatoria perché inibisce la catalitica in condizioni di riposo;

inoltre l’AMPc è in grado di agire sui recettori beta adrenergici,

fosforilando ed attivando una serie di enzimi che porteranno a

lipolisi, riduzione della sintesi del glicogeno ed aumento del suo

catabolismo) e IP3/DAG e lo ione calcio.

Accoppiati a Mediano le azioni di alcuni ormoni come l’insulina e fattori di

chinasi crescita che sono in grado di stimolare la proliferazione e il

differenziamento cellulare. A livello della coda c’è il dominio

intracellulare, che è quello che fosforila. L’attivazione del recettore

la si ha con l’arrivo del ligando, il quale fa sì che il recettore

dimerizzi e che si vengano a fosforilare le due code

citoplasmatiche trans fosforilazione trasduzione del segnale.

 

Sono molto studiati in oncologia per il fatto che sono propri dei

fattori di crescita e dei polipeptidi prodotti dalle cellule in grado di

stimolare la proliferazione e il differenziamento cellulare,

protoncogeni. La trasduzione del segnale delle TK viene fatta da

altre proteine intracellulari che hanno in comune alcune sequenze

conservate come SH2, SH3 e PTB che permettono il legame con le

tirosine fosforilate del recettore. Un esempio è la regolazione della

via di segnalazione Ras-ERK/MAPK da parte di RTK: la proteina

adattatrice Grb2, in associazione con SOS, scambiatore GDP/GTP,

si attacca al recettore fosforilato tramite i domini SH2. Questo

porta il complesso Grb2/SOS nelle vicinanze della membrana dove

catalizza lo scambio di G nucleotidi con Ras. Ras attivato (con GTP

legato) interagisce con Raf-1 il quale a sua volta fosforila MEK, che

fosforila a sua volta ERK.

Intracellulari Si dividono in nucleari (estrogeni, tiroidei e vit A) e citoplasmatici

(androgeni e glucocorticoidi). Tutti hanno alcune caratteristiche

che li differenziano da quelli di membrana: riconoscono il loro

ligando specifico e talvolta questi recettori si attivano anche in

assenza di questo ligando. Soltanto i ligandi di questi tipi di

recettori e intermedi del metabolismo come acidi grassi e

colesterolo sono in grado di legarsi al recettore.

Ci sono tre tipi di questi recettori intracitoplasmatici. Sono stati

classificati in base alle omologie nelle sequenze dei geni che li

codificano. Tutti hanno bisogno di dimerizzare per esplicare la

propria funzione. Per quanto riguarda la loro struttura, si possono

trovare zone comuni come ad esempio DBD (DNA bounding

domain, zona a dita di zinco che permettono l’attacco del recettore

a zone specifiche del DNA, LBD ligand binding domain, dove si

lega il ligando). Il recettore riesce a reclutare fattori di trascrizione

grazie alla presenza di zone palindromiche chiamate HRE, hormon

responsive elements. Generalmente il controllo dell’attività di

questi recettori avviene mediante l’utilizzo di ligandi, naturali e

non, che si legano ai recettori e possono fungere da agonisti o da

antagonisti. Un esempio può essere l’asse ipotalamo ipofisario.

L’ipotalamo secerne GnRH, rilasciante le gonadotropine il quale

agisce sull’ipofisi anteriore la quale rilascia FSH e LH che hanno

effetto trofico sulle gonadi. Per quanto riguarda l’uomo, l’ipofisi

rilascia FSH (crescita spermatozoi) e ICSH (stimola le cellule

interstiziali che stanno tra le cellule del Sertoli e che quindi

producono testosterone).

Canali Costituiscono una classe di proteine responsabile della generazione e della regolazione

ionici dei segnali elettrici presenti in tutte le cellule ma particolarmente nel cervello, cuore e

muscoli. Circa il 30% dell’energia spesa dalla cellula consiste nel mantenimento dei

gradienti di Na, K, Cl e Ca ad opera di sistemi di pompe e scambiatori ionici. I canali

ionici si classificano: in base allo ione che fanno passare (catione depolarizzazione;



anione iperpolarizzazione), in base al meccanismo che determina l’apertura del



canale (recettori canali attivati da ligandi endogeni, canali attivati da variazione nel

voltaggio, canali attivati da altri messaggeri chimici). L’espressione massima della

segnalazione elettrica è il cosiddetto potenziale d’azione, un breve segnale elettrico

della durata di milli secondi che è capace di propagarsi lungo la fibra nervosa ad una

velocità di metri al secondo. Questo segnale è reso possibile da un rapido processo di

feedback che implica un’azione diretta del voltaggio sui canali ionici. I canali del sodio

sono attivati da un voltaggio positivo, sempre dal voltaggio positivo, ma più

lentamente vengono attivati i canali del potassio che servono per riportare la

situazione allo stato iniziale. Gli effetti cellulari del potenziale d’azione sono

eccitazione, contrazione, secrezione e variazione della concentrazione intracellulare di

calcio. I più importanti sono quelli per sodio, potassio e calcio e sono quelli più specifici

per il tipo di ione che deve passare. Sono proteine strutturali che possono assemblarsi

in tetrameri.

I canali del potassio costituiscono una famiglia piuttosto eterogenea ed ubiquitaria che

impone la restaurazione dello stato di riposo della cellula. Nelle cellule a riposo i canali

al potassio sono leggermente aperti l’apertura totale fa sì che ci sia membrana



iperpolarizzata, la chiusura fa sì che ci sia depolarizzazione. Così facendo K esce perché

c’è un gradiente elettrochimico. I canali del potassio ATP dipendenti sono assemblati

con proteine accessorie, appartenenti alla famiglia delle proteine ABC caratterizzate

dalla presenza di domini di legame per ATP. Nella cellula beta a riposo, i canali del

potassio sono un po’ aperti e così esce un po’ di potassio, così da mantenere il regime

di polarità negativo. Quando mangio, il glucosio è captato dalla cellula beta e così

viene trasformato in ATP. Così, aumenta ATP, SUR si lega al canale e si chiuse di modo

che la cellula si depolarizzi e si attivino i canali al calcio che stimolino la secrezione di

insulina.

Trasportat La presenza di proteine di membrana dotate di funzioni di canale, pompa o

ori trasportatore assicura che la barriera chimico fisica costituita dalla membrana cellulare

sia selettiva e che la concentrazione intracellulare di elementi e molecole sia regolata

dalle necessità funzionali della cellula. Ci sono due tipi di trasporto attraverso la

membrana: passivo (sostanza si muove lungo il suo gradiente di concentrazione) e

attivo (avviene contro gradiente grazie ad energia fornita da ATP o da un contro ione).

La più importante è sicuramente la pompa Na-K ATPasi. È responsabile dei gradienti

ionici, estrude 3 ioni sodio e fa entrare 2 ioni potassio. È ubiquitaria ma in alcune

cellule ha un ruolo più forte ed è formata da due subunità, una alfa, che ha attività

sodio potassio ATPasica ed una beta, che serve per ancorare la pompa alla membrana.

La pompa funziona solamente col potassio all’esterno e col sodio all’interno. La

proteina ha affinità per il potassio che viene legato da E2 quando si trova in forma

fosforilata. Una volta legato il potassio, viene cambiato conformazione, la pompa si de

fosforila e a quel punto diviene affine per il sodio. Un’altra

pompa molto importante è la pompa protonica gastrica H/K o H ATPasica. Sta nella

membrana delle cellule parietali. È una membrana molto invaginata. La pompa è

associata a vacuoli o alla membrana stessa e ad un certo punto, sollecitata da vari

stimoli nella parte basale o dall’interno del lume dello stomaco (presenza di cibo) la

pompa si attiva, la cellula estrude iodio. Spesso, o perché viene prodotto poco muco o

perché si produce più idrogeno di quello che servirebbe, si va incontro ad acidità

gastrica fino ad arrivare alla formazione di ulcere sulla mucosa gastrica.

REGOLAZIONE RISPOSTA RECETTORIALE

Le risposte recettoriali sono controllate sia in termini quantitativi che temporali: a

livello della produzione e della degradazione del mediatore, a livello del mediatore

recettore e a livello della capacità di tradurre il segnale. La regolazione è anche

importante per come agiscono i farmaci. La sintesi di questi ligandi è soggetta a

feedback, un esempio può essere la via biosintetica dell’adrenalina e della

noradrenalina, quando è aumentata, viene inibita la tirosina idrossilasi. Un altro modo