Lezione 4 Chimica farmaceutica 1

Consideriamo il sistema parasimpatico e focalizziamoci sul neurotrasmettitore ACh come neurotrasmettitore.

BIOSINTESI DELL’ACh

L’ACh a livello epatico viene sintetizzata a partire dall’aminoacido serina che è substrato dell’enzima serina

decarbossilasi che sostanzialmente decarbossila la serina e forma l’etanolamina. Quest’ultima è substrato della colina

N-metiltransferasi, un enzima che trasforma l’azoto di tipo amminico alifatico primario in ammonio quaternario, quindi,

trasferisce all’azoto amminico alifatico primario tre gruppi metilici per cui si ottiene la colina.

La colina è il precursore dell’ACh, quindi, viene captata dalle terminazioni nervose colinergiche e in corrispondenza dei

mitocondri ad opera dell’enzima colina acetiltransferasi viene trasformata in ACh. L’ACh, una volta rilasciata nella

fessura sinaptica, è substrato dell’acetilcolina esterasi che sostanzialmente idrolizza il legame estereo e rilascia acido

acetico e colina (che può essere poi riassorbita dalla terminazione nervosa presinaptica e di conseguenza riutilizzata a

livello mitocondriale per la biosintesi di ACh.

Attenzione: abbiamo parlato di terminazioni nervose: queste possono essere periferiche ma anche neuroni del SNC, e

la colina è carica positivamente, è una molecola idrofila, quindi non ha le caratteristiche idro-lipofile per attraversare la

BEE e raggiungere l’SNC. Quindi, per raggiungere il SNC utilizza dei sistemi di trasporto attivo (raggiunge l’SNC, viene

captata dalle fibre nervose colinergiche e all’interno dei mitocondri di queste ultime verrà biosintetizzata l’ACh.

ACETILCOLINA: Biosintesi, rilascio e metabolismo

1) Biosintesi

2) L’ Acetilcolina viene incorporata, tramite una proteina trasportatrice specifica

Vesicular Acetylcholine Transporter (VAChT) , all’interno delle vescicole

3) Rilascio di Ach: arrivo del segnale da una fibra nervosa, apertura canali Ca2+,

aumento [Ca2+ ] intracellulare, fusione delle vescicole con la membrana

cellulare e rilascio di Ach

4) Interazione Ach-recettore colinergico nicotinico o muscarinico: stimolazione

fibra nervosa postsinaptica

5) Metabolismo dell’acetilcolina: idrolisi di Ach catalizzata da acetilcolinesterasi

(AchE)

È importante ricordare questi passaggi perché parlando di farmaci vedremo in corrispondenza di quale di questi punti

si ha un effettivo intervento: si può intervenire, infatti, sul processo biosintetico dell’ACh, sul re-uptake della colina

quando questa viene riassorbita dalla terminazione nervosa pre-sinaptica, in corrispondenza del trasporto dell’ACh

sintetizzata a livello mitocondriale all’interno delle vescicole pre-sinaptiche, si può intervenire con agonisti o antagonisti

in corrispondenza dell’interazione ACh-recettore; o inibendo l’attività dell’enzima ACh esterasi. Tutte queste possibili

linee di intervento possono portare ad una modulazione dell’attività colinergica nel nostro organismo.

RICORDA: il neurone presinaptico rilascia ACh quando arriva un potenziale d’azione, però tale rilascio è sottoposto a

sistemi di controllo:

➢ un sistema di controllo a feedback negativo, nel senso che l’ACh presente nella fessura sinaptica può interagire con

un autorecettore (è un recettore colinergico presente nella terminazione nervosa pre-sinaptica) e qualora l’ACh

interagisca con il recettore presinaptico esercita un controllo a feedback negativo, cioè l’interazione dell’ACh con

→

l’autorecettore presinaptico inibisce il rilascio di ACh nella fessura sinaptica serve per evitare che vi sia un

eccessivo rilascio di Ach all’interno della fessura sinaptica.

➢ Controllo di tipo adrenergico per cui sulla fessura presinaptica si trova un recettore di tipo adrenergico che è un

recettore che, nel momento in cui interagisce con il neurotrasmettitore adrenergico (NA), esercita un effetto

inibitorio nei confronti del rilascio di ACh.

➢ Il monossido d’azoto che viene liberato dalle cellule endoteliali che esercita invece un effetto di potenziamento,

cioè potenzia il rilascio di Ach da parte della terminazione nervosa colinergica.

I recettori con i quali può interagire l’ACh

sono di due tipi:

1 - Recettori muscarinici

2 - Recettori nicotinici

Ulteriormente classificati in diversi sottotipi.

I recettori nicotinici si chiamano così perché

hanno dimostrato elevata sensibilità nei

confronti di una sostanza di origine naturale

quale la nicotina (è un alcaloide).

I recettori muscarinici sono così denominati

perché presentano un’elevata affinità nei

confronti di un’altra sostanza di origine

naturale, quale la muscarina.

A chi si deve la scoperta dell’esistenza di

almeno due tipi di recettori colinergici?

La scoperta si deve a DALE nel 1914,

infatti, fu il primo a discriminare

muscarina e nicotina in termini di

→

effetto biologico comprese che sono

due sostanze in grado di interagire con i

recettori colinergici e dare effetti

sostanzialmente differenti.

Osservando le strutture di muscarina e

nicotina si vede come esse siano

sostanze strutturalmente diverse, che

hanno dunque effetti diversi e che

vengono riconosciute come sostanze

esogene rispettivamente dai recettori

muscarinici e nicotinici, i quali recettori,

però, riconoscono come ligando

endogeno l’ACh, che è il neurotrasmettitore di tutte le fibre colinergiche.

Quindi, come è possibile che l’Ach che è una

molecola molto piccola possa interagire di fatto

sia con i recettori muscarinici che con quelli

nicotinici, mimando rispettivamente la

muscarina e la nicotina?

Ciò è possibile perché l’ACh è una molecola

molto flessibile e questo può spiegare come

essa sia in grado di agire in corrispondenza di

tutte le terminazioni colinergiche. Infatti, grazie

alla capacità dell’ACh di assumere diverse

conformazioni essa potrà interagire con lo

specifico recettore nicotinico o muscarinico, con

lo specifico sottotipo recettoriale in

corrispondenza di tutte le terminazioni nervose

colinergiche.

Conformazione bioattiva: è la conformazione assunta da una molecola nel momento in cui essa interagisce con il

proprio target biologico (non necessariamente si tratta della conformazione più stabile).

L’ACh assume conformazioni bioattive diverse a seconda che interagisca con il recettore muscarinico o nicotinico.

Dagli studi conformazionali, è emerso che sono diversi i conformeri nei quali può esistere l’ACh ma due sono quelli che

si ripresentano più frequentemente nell’assetto conformazionale dell’ACh:

• →

Il conformero sghembo (gauche) l’O del CO estereo si trova vicino in termini spaziali all’atomo di azoto carico

+ del sale d’ammonio quaternario, quindi, essendo l’azoto carico + e l’O carico – ci possono essere delle

interazioni ione-dipolo che stabilizzano l’assetto conformazionale;

• →la

Il conformero trans stabilizzazione non può verificarsi in questo caso perché l’azoto carico + dell’ammonio

→quindi,

quaternario e il gruppo estereo sono in trans l’uno rispetto all’altro (a 180° sono disposti

spazialmente ad una distanza tale per cui non c’è possibilità di interazione).

Quindi, il conformero più stabile sarà quello gauche o sghembo grazie alla disposizione spaziale del gruppo estereo e

del sale ammonico quaternario tale per cui ci può essere un’interazione ione-dipolo stabilizzante.

Per capire quale sia la conformazione bioattiva si è applicato il principio dell’irrigidimento strutturale cioè sono stati

disegnati degli analoghi rigidi dei due conformeri in cui abbiamo il composto cis che è l’analogo rigido del conformero

sghembo in cui il gruppo estereo e il gruppo metilico sono vicini spazialmente, possono interagire e l’isomero trans che

è l’analogo strutturalmente costretto, quindi “rigido” del conformero trans, in cui il gruppo estereo e l’ammonico

quaternario sono tra di loro a 180°. Sono stati, quindi, preparati questi analoghi rigidi dei due conformeri dell’ACh ed è

stata valutata l’attività sul recettore muscarinico e nicotinico.

È emerso che l’isomero trans ha un’attività muscarinica 100volte superiore all’isomero cis risultato inattivo sul recettore

muscarinico. L’isomero trans ha un’attività muscarinica comparabile con quella dell’ACh, rimane blanda l’azione sui

recettori nicotinici. Ciò significa che questo irrigidimento strutturale che mima il conformero trans ci dice che il

conformero trans rappresenta la conformazione assunta dall’ACh quando questa interagisce con il recettore

muscarinico.

L’energia necessaria per passare dal conformero più stabile (sghembo) a quello meno stabile (trans) è ampiamente

compensata dall’energia libera di legame rilasciata nel momento in cui l’ACh nel suo conformero trans interagisce con

il recettore muscarinico.

Inoltre, l’isomero trans presenta due centri stereogenici. Essendo trans può esistere in una coppia di enantiomeri:

→

a. Enantiomero 1S,2S è circa 100volte più attivo;

b. Enantiomero 1R,2R.

Quindi, questo studio ha permesso di dimostrare che non solo l’assetto conformazionale assunto dall’ACh nel momento

in cui interagisce con il recettore muscarinico è quello dato dall’isomero trans, ma ha anche dimostrato che l’interazione

con il recettore muscarinico è enantio-preferenziale/ selettiva. Quindi, vi è una stereo-selettività nell’interazione con il

target biologico (recettore muscarinico).

RECETTORI COLINERGICI Quindi, i recettori con i quali l’ACh

può interagire sono di due diversi tipi:

nicotinici o muscarinici. Si tratta di

recettori appartenenti a classi

recettoriali differenti:

• i recettori muscarinici sono

recettori accoppiati a proteine G;

• i recettori nicotinici sono ROC.

L’interazione dell’ACh con questi

recettori porta a un flusso di sodio in

ingresso attraverso il canale ionico

che si apre.

Tali due tipi recettoriali differiscono

per: Lezione 8

a) Localizzazione anatomica; d) Meccanismi biochimici connessi alla loro

b) Funzione; attivazione;

c) Architettura molecolare; e) Affinità nei confronti agonisti/agonisti.

RECETTORI NICOTINICI

I recettori a canale ionico ROC sono composti da 5 subunità ciascuna composta da 4 domini transmembranali. I recettori

nicotinici se attivati induc