CHIMICA F T 1 prof Rampa parte 1

7) DEMETILAZIONI: reazioni nelle quali viene eliminato un gruppo amminico primario

sottoforma di NH3. Un'ammina primaria viene dealchilata ad ammoniaca (o ione

ammonio), come intermedio si forma una carbammina (ovvero un intermedio idrossilato

sul carbonio in alfa al gruppo amminico). Il gruppo alcolico si ossida, si rompe il legame

C-N e si ottiene un chetone + ammoniaca.

REAZIONI DI FASE I : RIDUZIONI

avvengono solitamente in misura minore rispetto alle precedenti, ma rivestono comunque una

certa importanza.

1. RIDUZIONI DI ALDEIDI/CHETONI AD ALCOL:

2. RIDUZIONE DI NITROGRUPPI: reazione complementare all'ossidazione di gruppi

amminici primari. Può dare luogo ad intermedi tossici (ammine aromatiche primarie).

3. RIDUZIONE DI GRUPPI AZOICI (es sulfamidici):

4. RIDUZIONE DI COMPOSTI SOLFORATI

idrolisi di esteri

• idrolisi di ammidi

•

le reazioni di idrolisi sono molto importanti, perche le esterasi e le ammidasi sono

ubiquitarie nell'organismo, questi processi condizionano la durata di azione dei farmaci

che presentano gruppi esterei o ammidici.

Da qui deriva il concetto di PROFARMACO (“somministrazione del farmaco in maniera

mascherata”). Viene somministrato un composto NON attivo che dopo metabolizzazione, libera

il PA. Si riescono ad evitare problemi come:

insufficiente solubilità

– insufficiente assorbimento orale

– insufficiente distribuzione

– somministrazione dolorosa

– cattivo sapore / odore

–

È bene ricordare che molte trasforazioni metaboliche, in particolare le ossidazioni, possono

avvenire cotemporaneamente, dando luogo a numerosi metaboliti diversi.

REAZIONI DI FASE II , FASE DI CONIUGAZIONE

la fase consiste nella coniugazione di farmaci, o loro meaboliti, con prodotti fisiologici che ne

aumentano l'IDROSOLUBILITà e quindi la possibilità di essere rapidamente eliminati, con

qualche eccezione.

La reazione consiste nel TRASFERIMENTO DI GRUPPI POLARI sulle molecole di substrato con

formazione di un legame covalente.

Vengono definiti coinvolti: substrato, co-substrato ed enzima.

1. CONIUGAZIONE GLUCURONICA: l'acido glucuronico è un prodotto di ossidazione del

gruppo alcolico primario del glucosio, questo poi, viene trasferito sul substrato.

Non sempre l'introduzione dei gruppi polari porta a derivati più idrofili e quindi più

polari: una vistosa eccezione alla maggior idrofilia dei derivati glucuronati, è data dal

derivato 6-glucuronico della morfina.

1. O -GLUCURONIDI:

2. N-GLUCURONIDI:

3. C-GLUCURONIDI:

2. CONIUGAZIONE CON UN ACETILE: la reazione interessa le ammine aromatiche primarie

e porta a prodotti con AUMENTATA LIPOFILIA e, nel caso dei sulfamidici, a minor

solubilità (precipitazione a livello renale)

3. SOLFOCONIUGAZIONE: meno importante, porta a coniugati più idrofili. Solitamente

l'anione solfato si lega ai gruppi alcolici.

4. CONIUGAZIONE CON GLUTATIONE:la coniugazione di composti elettrofili aggressivi con

il glutatione, comporta la loro INATTIVAZIONE. Il glutatione è un

tripeptide glutamoil-cisteina-glicina.

Si forma un legame covalente tra l'elettrofilo e il gruppo SH ricco di elettroni e il

farmaco viene convertito in una specie idrofila.

Questo meccanismo interviene per PROTEGGERE L'ORGANISMO DA SOSTANZE

REATTIVE CHE POTREBBERO DANNEGGIARE PROTEINE, DNA E ENZIMI....

Esempio di reazione di addizione da parte del gruppo tiolico del glutatione sull'acido

etacrino (diuretico) →

5. METILAZIONE: lo schema è analogo alla coniugazione di gruppi solfato di forma un

intermedio attivato che viene poi trasferito su un substrato accettore.

Ciò che avviene previa attivazione della metionina con TP, si forma così un intermedio

elettrofilo reattivo che agisce con nucleofili (R-OH, R-NH2).

Uno degli esempi piu noti, riguarda la NORADRENALINA E ADRENALINA che vengono

inattivate dall'enzima CATECOL-O-METIL TRANSFERASI (COMT) che trasferisce un

metile sull'ossigeno dell'anello catecolico.

FASE DI ESCREZIONE

apppena il farmaco entra in circolo, si attiva immediatamente il meccanismo di escrezione che

ovviamente riguarda anche i metaboliti.

VIE PRINCIPALI:

renale

– biliare

– polmonare

–

VIE SECONDARIE:

lacrimale

– salivare

– sudorale

– lattea

–

1. ESCREZIONE RENALE: è quella principale. Avviene tramite un processo di

FILTRAZIONE, RIASSORBIMENTO ED ESCREZIONE ad opera dei nefroni renali.

Le proprietà chimico fisiche di un farmaco che influenzano l'eliminazione sono

logP

◦ pKa

◦

→ viene favorita l'eliminazione delle molecole CARICHE e IDROFILE rispetto a quelle

neutre e lipofile.

COME AVVIENE:

filtrazione glomerulare: passano tutti i soluti nel plasma e quinsi anche il

▪ farmaco. (eccetto quello legato alle proteine plasmatiche)

riassorbimento tubulare: avviene principalmente per diffusione passiva,

▪ secondo i principi già esaminati nell'assorbimento e, quindi, controllada da

pKa e da logP.

Ovviamente, la diffusione potrebbe avvenire nei due sensi, ma il gradiente di

concentrazione nel filtrato è favorevole al riassorbimento.

Secrezione tubulare: vengono secrete con trasporto attivo, sostanze

▪ anioniche e cationiche mediante sistemi saturabili e competitivi.

Sono note sostanze che competono con il carrier di farmaci e che quindi possono ridurre

la loro escrezione.

Tanto più il farmaco è lipofilo, tanto più facilmente sarà riassorbito e viceversa.

Il pH urinario (5,5-7,0) condiziona e controlla il riassorbimento di molecole ionizzabili.

Si può RITARDARE l'escrezione di un FARMACO BASICO mediante ALCALINIZZAZIONE;

• si può ACCELERARE l'escrezione dello stesso mediante ACIDIFICAZIONE. (NB

• espediente usato per superare i controlli antidoping).

Si può ACCELERARE L'ELIMINAZIONE di un farmaco BASICO mediante ACIDIFICAZIONE

• (praticato negli avvelenamenti) e viceversa.

Anche il riassorbimento può avvenire, per certe sostanze, tramite trasporto attivo. Anche in

questo caso, si conoscono farmaci che, interferendo con le molecole carrier, possono modificare

l'escrezione, com'è mostrato dal sulfinpirazolo che favorisce l'escrezione dellacido urico

(bloccandone il riassorbimento tubulare).

2. ESCREZIONE BILIARE: Farmaci con PM>400/600, possono essere secreti dal fegato

nella BILE , dalla quale, sottoforma di complessi con acidi biliari, ritornano all'intestino

dove sono nuovamente liberati. Possono essere:

→

poco assorbiti eliminati

◦ riassorbiti

◦

ciò vale anche per i metaboliti.

3. ESCREZIONE POLMONARE:è la via di elezione attraverso la quale vengono eliminati gli

ANESTETICI generali somministrati per inalazione.

In perfetta analogia con tutto quello che abbiamo gia visto, l'eliminazione è regolata dal

coefficiente di ripartizione [sangue]/[aria]. P=F(sangue)/F(aria)-

→

P = basso recupero rapido (es: ciclopropano, N2O)

• →

P = alto recupero lento (es: etere, cloroformio)

•

4. VIE DI ESCREZIONI MINORI:il ruolo è quantitativamente poco rilevante. Assumono

importanza solamente in casi particolari:

rilevanza medico/legale per la preferenza di alcuni metalli pesanti (Hg e As) nella

• cheratina dei capelli

periodo di allattamento: da tenere presente che la concentrazione di farmaco nel

• latto raramente raggiunge valori tossicologicamente importanti.

FASE FARMACODINAMICA

questa fase riguarda il comportamento del farmaco nella BIOFASE. La BIOFASE è quel

compartimento in cui il farmaco esplica la sua azione in seguito all'interazione con un

determinato SITO ACCETTORE che può essere:

RECETTORE SPECIFICO: in questo caso il farmaco è “strutturalmente specifico” e

• l'attivazione del recettore dipende dalle componenti strutturali del farmaco.

GENERICO SITO DI LEGAME: il farmaco viene detto “strutturalmente Aspecifico”

• →

dopo l'interazione con il sito accettore, si ottiene EFFETTO .

Oggi è ormai accertato che la maggiorparte dei farmaci agisce su un ben determinato

“bersaglio molecolare” (TARGET) e quindi siano strutturalmente specifici. Tuttavia rimangono

alcune categorie di farmaci “aspecifici” che agiscono in virtù della loro presenza in un certo

compartimento dell'organismo.

I F vengono suddivisi sulla base della loro diversa farmacodinamica in due grandi categorie:

F strutturalmente SPECIFICI

• la loro struttura spaziale è critica e fondamentale nel determinare la fase

◦ farmacodinamica.

Proprietà importanti: STEREOCHIMICA E PROPRIETà ELETTRONICHE

◦ In generale la loro azione è mediata da un recettore.

◦

F strutturalmete ASPECIFICI

• struttura NON ha un ruolo critico nel determinare la fase farmacodinamica, per la

◦ quale invece sono importanti le proprietà FISICO CHIMICHE del farmaco nella

biofase.

La loro azione è generale (es depressione) e NON legata a recettori specifici.

◦

FARMACI STRUTTURALMENTE ASPECIFICI

per questi farmaci, è possibile trovare una relazione tra attività biologica e proprietà fisico

chimiche. Solitamente i F aspecifici, vengono somministrate AD ALTE DOSI.

Si suppone che tali F, formino uno STRATO MONOMOLECOLARE sopra l'area totale di alcune

cellule dell'organismo.

Alcuni esempi di questa classe sono

anestetici generali gassosi

• alcuni F antidepressivi (alcol, cloralio idrato)

• alcuni antisetticidi (iodio, fenolo)

•

BIOSISTEMA ESTRANEO: nel caso che l'azione del F sia rivolta ad un BIOSISTEMA ESTRANEO

all'organismo che lo ospita, la fase farmacodinamica può essere definita come FASE

CHEIOTERAPICA.

MACROMOLECOLE BIOLOGICHE COME BERSAGLIO DEI FARMACI

i farmaci, sopratutto quelli specifici, hanno come bersaglio una serie di macromolecole

biologiche che, dal punto di vista chimico si differenziano in

ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA di vario tipo)

• PROTEINE O PROTEINE GLICOSILATE (enzimi, canali ionici, recettori, pompe

• ioniche, carrier)

la conoscenza della loro natura, localizzazione e funzione, è naturalmente essenziale per la

progettazione di un farmaco e per lo studio del suo meccanismo d'azione.

ACIDI NUCLEICI: DNA, RNA sono bersaglio di molti e importanti farmaci.

È opportuno ricordare che:

1. gli acidi nucleici sono polimeri di oligomeri chiamati nucleotidi (nucleosidi senza residuo

fosforico)

2. esistono diverse forme di DNA E RNA, ognuna con funzioni fisiologiche diverse, che

possono interagire diversamente con i farmaci.

1. RNA trasmette informazioni dal codice genetico alla fase operativa della cellula

mRNA messaggero

▪ tRNA transfer

▪ rRNA ribosomiale

▪

3. l'elica del DNA è caratterizzata da un'esposizione all'esterno di gruppi acidi (fosfati) e da

fessure (anse) di grande rilevanza per l'interazione con altre molecole (++F)

4. tra ogni coppia di basi successive, esiste uno spazio accessibile a molecole dalla

struttura planare, in modo tale che possano intercalarsi con legami a trasferimento di

carica

5. sequenze con un numero limitato di nucleotidi, oligonucletidi, sono facilmente

sintetizzabili per la ricerca ed anche come F (farmaci antisenso).

POMPE IONICHE E CARRIER(s): le pompe ioniche hanno normalmente la funzione di pompare

all'esterno della cellula dei cationi (consumando energia). I cationi devono avere la

concentrazione cellulare costate entro limiti ben definiti per il corretto funzionamento cellulare.

I carrier hanno il compito di trasportare, attraverso la membrana, molecole complesse (molto

spesso lipofie.

→ rappresentano un importante target per i farmaci! (es H+/K+ATPasi GASTRICA)

L'inibizione della stessa da parte di farmaci come OMEPRAZOLO, permette di ridurre l'acidità di

stomaco e quindi di controllare l'ulcera gastrica

un esempio di carrier è la proteina P-170 che determina la MDR (multidrug resistance)

trasportando i chemioterapici antitumorali fuori dalla cellula.

I farmaci che la inibiscono, potrebbero essere utili nella terapia dei tumori, ma non sono

ancora in uso.

ENZIMI: Sono tra le più importanti macromolecole a struttura proteica. Ai fini della specificità

d'azione dei farmaci che interagiscono cone ssi, è di grande importanza il fatto che esistono

numerosissimi isoenzimi (spesso speciespecifici) che svolgono le stesse attività ma si

differenziano per la struttura primaria.

La possibilità di cristallizzarli, ha reso possibile una estesa valutazione della loro struttura

mediante raggi X. È nota, quindi, la struttura dei siti attivi, di molti enzimi ed anche la modalità

di legame di substrati e inibitori.

Tutto cià ha facilitato largamente lo studio delle relazioni struttura-attività e la progettazione di

nuovi farmaci. Hanno una struttura proteica generalmente di tipo globulare, nella quale i

gruppi idrofobici sono normalmente tenuti all'interno, mentre all'esterno si trovano i gruppi

idrofili. Le loro strutture (terziaria e quaternaria) sono essenziali per la loro funzione che

scompare con la denaturazione.

RECETTORI: si definisce recettore, un'entità biologica in grado di interagire specificamente con

molecole, dette AGONISTI, facendo seguire all'interazione un definito effetto biologico.

In questo caso, è sempre identificabile una sostanza endogena che funziona da ligando

specifico. Se ciò non si verifica, e fino al momento in cui non si verifica, è giusto definirlo “sito

accettore”.

Tutti i siti d'interazione che non determinano effetti biologici specifici, si definiscono siti di

interazione aspecifica.

Studiare le proteine recettoriali, in particolare quelle che portano il sito di

• riconoscimento

studiare le molecole che si legano e le loro SAR

•

→ il primo approccio è oggetto della biologia molecolare, farmacologia, enzimologia,

strutturistica chimica. Al momento, non sono ancora disponibili dati sperimentali sulla struttura

fine di proteine recettoriali.

→ Il secondo approccio, è quello più propriamente farmaceutico e, fino ad ora, è quello che ha

dato le informazioni più importanti, sia sul sito di riconoscimento, sia sui sottotipi recettoriale.

Sviluppo di concetto di recettore: il concetto risale al 1878, quando Langley (studente di

fisiologia a Cambridge) ipotizzè che sostanze come ATROPINA E PILOCARPINA, interagissero

con qualche sostanza endogena per influenzare il flusso salivare nel gatto.

Successivamente, Paul Erlich, ipotizzò che le cellule posseggono delle catene laterali in grado di

interagire con i farmaci.

Nel 1905, Langely, studiando gli effetti ddel CURARO sulla muscolatura scheletrica e comcluse

che vi era nell'organismo una sostanza ricettiva in grado di ricevere lo stimolo e

successivamete causare la contrazione muscolare.

Si delineavano così le caratteristiche fondamentali del recettore, la capacità di riconoscere il

ligando e l'abilità del complesso ligando-recettore di dare inizio alla risposta biologica.

I legami che intercorrono tra un F e un recettore, sono in genere INTERAZIONI DEBOLI, non

covalenti. Per cui gli effetti prodotti sono facilmente reversibili e il F diventa inattivo a causa

della diminuita concentrazione nel fluido extracellulare.

In un sistema così definito. Se un farmaco è in grado di simulare l'azione del mediatore

naturale, viene definito AGONISTA; al contrario, se lo blocca viene definito ANTAGONISTA.

Le interazioni NON COVALENTI sono generalmente deboli, per cui la cooperatività tra i diversi

tipi di interazione diventa di fondamentale importanza nella stabilizzazione del complesso F-R.

Il risultato di questa cooperatività è che diverse interazioni, anche se deboli, si sommano per

dare una forte interazione. La selettività d'azione può essere ottenuta grazie al coinvolgimento

di interazioni diverse nella formazione del complesso F-R.

CLASSI DI RECETORI:

→

DI MEMBRANA trasducono il segnale portato da mediatori idrofobici, non capaci di

• passare la membrana cellulare. (NT classici, fattori di crescita..) questi generano

modificazioni biofisiche o attraverso secondi messaggeri.

→

INTRACELLULARI trasducono il segnale portato da ormoni e altri mediatori lipofili

• (ormoni steroidei, vit D..) inducendo modificazioni dell'espression genica.

RECETTORI DI MEMBRANA:

1. ACCOPPIATI A PROTEINE G: a questa famiglia appartengono un gran numero di

recettori (quali il muscarinico, adrenergico, dopaminergico..)

2. CANALE: a questa famiglia appartengono i recettori nicotinici, GABAA, GABAC, 5-HT3.. i

recettori canale (es nicotinico muscolare) è composto da 5 sub che nel loro insieme

formano un pentamero e delimitano un canale ionico permeabile ai cationi (Na+). Più in

generale, la formazione del complesso L-R apre il canale e permette l'entrata/uscita di

ioni (Na+, K+, Ca++, Cl-).

3. AD AZIONE TIROSINOCHINASICA: appartengono a questa famiglia, i recettori degli

ormoni polipeptidici e dei fattori di crescita. Sono costituiti da una sola catena

polipeptidica che attraversa una sola volta la membrana cellulare e sono capaci di

fosforilare substrati proteici in corrispondenza dei residui tirosinici (attività

tirosinchinasica intrinseca)-

LEGAMI FARMACO-RECETTORE: alcuni F presentano attività gia a basse concentrazioni (es

10^-9 M) verso alcuni recettori e non su altri. Inoltre, alcuni recettori mostrano una notevole

enantoselettività verso alcune sostanze. Queste due caratteristiche, inducono a ritenere che

esista una stretta correlazione tra F e recettore in termini di struttura chimica.

Per comprendere il meccanismo di azione dei F è importante conoscere le forze che regolano

l'interazione tra F e R.

il dogma fondamentale sul quale si basa la chimica farmaceutica, è che ogni molecola

biologicamente attiva, esercita la sua azione per mezzo di un interazione con una molecola

→

bersaglio (target) NO AZIONE SENZA INTERAZIONE.

L'interazione avviene generalmente attraverso legami deboli che sono facilmente reversibili,

anche se può evolvere verso legami più stabili e quindi non sempre reversibili.

Tipi di legame: →

covalenti il legame più forte che si può formare. Conduce usualmente a legami con

• alta stabilità chimica, a cui può non corrispondere altrettanta stabilità metabolica.

L'energia coinvolta è naturalmente elevata (140-800KJ/M), ma ciò non vuol dire che i

prodotti ottenuti siano indefinitamente stabili; spesso possono intervenire reazioni

metaboliche o si possono, se necessario, far reagire con sostanze (antidoti) che

ripristino la situazione iniziale.

Esempi di farmaci che spabiliscono legami covalenti con i loro terget

antitumorali alchilanti

◦ esteri fosforici anticolinesterasici

◦ antibiotici beta-lattamici

◦ substrati suicidi

◦

ESEMPIO DI LEGAME COVALENTE: mostarda azotata che va ad alterare la funzionalità

del DNA, molecola biologica essenziale per il funzionamento cellulare:

→

ionici la forza di legame tra i due ioni sono date dalle seguenti espressioni:

• F=1/D * q1q2/rr E=1/D * q1q2/r

nel caso dei farmaci che agiscono in ambiente acquoso, l'energia coinvolta è molto

minore rispetto a quella che si ha, ad esempio, in un cristallo di cloruro di sodio.

Le cause sono dovute a:

effetto di solvatazione

• effetti cinetici

• →

effetti sterici è caratteristico dell'interazione biologica nella quale, uno dei

• due ioni, è spesso supportato in una struttura complessa ed ingombrante

(come una proteina) che può determinare impedimenti sterici al

raggiungimento della distanza di interazione ottimale.

Questo è particolarmente importante da ricordare perchè è un fattore

essenziale della specificità d'interazione dei F con diversi target.

L'energia coinvolta è circa 5Kcal/M fino a 10 Kcal/M se il legame è rinforzato da legame

idrogeno.

Il legame ionico è il PIU FORTE TRA I LEGAMI REVERSIBILI che intervengono

nell'interazione tra F e molecole biologiche (è spesso il legame PIVOT)

La sua importanza deriva dal fatto che sia le molecole di interesse biologico, sia i

farmaci, sono spesso molecole leggermente acide o basiche, che in condizioni biologiche

sono ionizzate.

→

a idrogeno è l'interazione di un idrogeno legato ad un atomo elettronegativo, con il

• doppietto elettronico di un altro atomo a distanza opportuna. Riveste una notevole

→

importanza nel processo d'interazione F-R. -X-H :Y-

Gli atomi di interesse biologico piu coinvolti in questo tipo di legame sono

▪ O,N,F,..C,I.

L'energia di questo legame è 3-5 Kcal/mol e, a differenza di altri legami, è ALTAMENTE

DIREZIONALE. Numerosi F contengono gruppi capaci di dare legami a H sia come

donatori che come accettori di protoni (ammine ossidrili, carbonili, ammine, immine)

come pure troviamo gruppi altrettanto capaci su proteine recettoriali (es DONATORI:

residui di arginina, lisina, cisteina; ACCETTORI: residui di aspartato, glutammati,

metionina, cistina).

Per valutare il contributo del legame a H, va tenuto conto del fatto che le molecole in

grado di formarlo sono sempre solvatate in condizioni fisiologiche, per cui sulla

superficie recettoriale è necessario la rottura dei legami a H con il solvente per

formarne nuovi con i ligandi:

Questo fatto riduce di molto il suo contenuto energetico. Ciò nonostante, la sua

importanza è fondamentale. Questo è dovuto al fatto che, in condizioni geometriche

ottimali, esso diventa un fattore critico di stabilizzazione di molecole complesse.

Es: gioca un ruolo essenziale nell'accoppiamento delle basi degli acidi nucleici e

▪ quindi nel determinare il codice genetico, così come nello stabilizzare le strutture

proteiche. →

a trasferimento di carica si instaurano quando un sistema “in eccesso elettronico”

• è messo nelle condizioni (quindi a una distanza opportuna) di interagire con un sistema

in “difetto elettronico” → →

(-)D (+)A AD

è un legame molto importante nelle interazioni tra sistemi policiclici e si è mostrato

preponderante nella stabilizzazione dei complessi DNA-F derivanti da inserzioni tra

coppie di basi.