Chimica farmaceutica 2

Sistema adrenergico

Il sistema adrenergico coinvolge l’azione di due importanti neurotrasmettitori:

• Noradrenalina (norepinefrina) prodotta soprattutto a livello neurale
• Adrenalina (epinefrina) prodotta a livello midollare

Entrambi sono ormoni prodotti dal sistema simpatico e la loro funzione è "combatti o fuggi". Le loro azioni sono:

• Occhio: midriasi
• Bronchi: dilatazione
• Cuore e vasi: aumento della frequenza cardiaca e vasocostrizione
• Gastro-intestinale: diminuzione della motilità
• Metabolismo: aumento del glucagone e diminuzione dei livelli di insulina

Recettori del sistema adrenergico (simpatico)

GPCR

GPCR: sono proteine recettoriali costituite da circa 300-500 aminoacidi, organizzati in sette domini trans-membrana, connesse internamente a delle proteine G. Hanno un dominio extra-cellulare N-terminale e un dominio intracellulare C-terminale. Sono costituite da 3 subunità: α, β, γ (di cui le ultime due legate covalentemente tra di loro).

La subunità α in condizioni di riposo è legata ad una molecola di GDP; quando il ligando (player) si lega al recettore, la subunità α rilascia il GDP e si lega ad una molecola di GTP, mentre le subunità β e γ si staccano e si legano a delle proteine enzimatiche modulandone l’attività e regolando la concentrazione dei corrispondenti messaggeri che sono:

• Adenilato ciclasi, responsabile della formazione di AMPc
• Fosfolipasi C, responsabile della formazione di IP₃ (inositolo trifosfato) e DAG (diacilglicerolo)

Le proteine G si suddividono in 3 tipi diversi:

• Gq: attivano le fosfolipasi
• Gi: sono proteine G inibitorie e inibiscono l’adenilato ciclasi (non si ha sintesi di AMPc)
• Gs: sono proteine G stimolatorie e stimolano adenilato ciclasi a sintetizzare AMPc

Adenilato ciclasi

Ha come substrato l’ATP e lo trasforma in AMPc, il quale attiva la PKA (protein chinasi A) la quale, a sua volta, attiva altre proteine, inclusa la glicogeno fosforilasi B che provoca una rapida mobilitazione del glucosio a partire dal glicogeno. Gli effetti regolatori dell’AMPc sulle funzioni cellulari sono provocati dall’attivazione di protein-chinasi da parte dell’AMPc stesso. Le protein-chinasi determinano una regolazione funzionale di molte proteine cellulari attraverso la fosforilazione dei loro residui serinici e troninici, utilizzando ATP come fonte di gruppi fosfato. La fosforilazione può attivare o inibire gli enzimi bersaglio oppure i canali ionici.

PLC

Ha come substrato il fosfolipide di membrana PIP₂ (fosfatidil-inositolo-4,5-bisfosfato) e lo scinde in IP₃ (inositolo-1,4,5-trisfostato) e DAG (diacilglicerolo), i quali si legano ai canali del calcio provocandone l’apertura.

Recettori adrenergici

I recettori adrenergici sono tutti accoppiati a proteine G e sono di tipo α e β. Sono tutti di tipo eccitatorio tranne i recettori α₂.

Gli α₁ sono accoppiati alla PLC (quindi a proteine Gq) e producono i loro effetti principalmente grazie al rilascio di Ca²⁺[i]. Sono recettori eccitatori post-sinaptici. Azioni:

• Vasi e cuore: vasocostrizione e aumento della pressione
• Sistema urinario: aumento della ritenzione
• Occhio: midriasi
• Fegato: aumento della gluconeogenesi

Gli α_1A sono espressi in particolare a livello della prostata. Gli α_1B sono espressi in particolare a livello del tessuto vascolare. Gli α₂ sono autocettori a livello pre-sinaptico con azione inibitoria. Sono accoppiati a proteine Gi che riducono la produzione di AMPc. Inibiscono la produzione di Adrenalina, Noradrenalina e Acetilcolina.

I β₁ sono recettori accoppiati a proteine Gs che aumentano la concentrazione di AMPc, aumentando successivamente quella di Ca²⁺. Sono recettori eccitatori che si trovano a livello cardiaco dove hanno attività inotropa positiva (aumentano la forza contrattile) e cronotropa positiva (aumentano la frequenza cardiaca); a livello renale dove stimolano la produzione di renina, la quale provoca aumento della pressione sanguigna, da parte delle cellule juxtaglomerulari.

I β₂ sono recettori accoppiati a proteine Gs che attivano la MLCK (chinasi della miosina a catena leggera), generando un rilassamento muscolare. Sono recettori che si trovano a livello delle arteriole e nella muscolatura liscia di alcuni organi (stomaco, intestino, bronchi e nel tratto genito urinario). A livello dei bronchi provocano rilassamento della muscolatura.

I β₃ sono recettori di tipo eccitatorio presenti soprattutto a livello del tessuto adiposo. Programmano la lipolisi.

Sintesi delle catecolamine

1. Prima reazione: tirosina viene trasformata in DOPA ad opera della tirosina idrossilasi (enzima citoplasmatico del neurone adrenergico). L’aggiunta di –OH avviene in posizione ORTO alla posizione fenolica e porta alla formazione di un catecolo. Idrossilazione è una reazione chimica che porta all’introduzione di un gruppo ossidrile (-OH) in una molecola. Può avvenire per via sintetica mediante opportuni reagenti chimici oppure attraverso enzimi chiamati idrossilasi.
2. Seconda reazione: DOPA viene trasformata in dopamina in seguito a decarbossilazione. Si elimina anche la chiralità del composto di partenza, grazie all’azione della DOPA-decarbossilasi.
3. Terza reazione: dopamina viene convertita in noradrenalina, ad opera dell’enzima dopamina-β-idrossilasi che attua un’idrossilazione della catena alifatica (dentro la vescicola di deposito della dopamina).
4. Quarta reazione: noradrenalina viene trasformata in adrenalina grazie all’azione di feniletanolamina-N-metiltransferasi, la quale metila la funzione aminica.

Proteina Gs

Si trova sul lato citoplasmatico della membrana. Quando viene attivata, stimola la produzione di AMPc da parte dell’adenilato ciclasi. È un eterodimero formato da 3 subunità: α, β, γ. Quando il sito di legame della Gs è occupato da GTP, la Gs viene attivata e viene attivata anche l’adenilato ciclasi, mentre quando è occupata da GDP, viene disattivata. Il recettore β adrenergico attivato interagisce con la Gs, catalizzando lo scambio del GDP con il GTP, convertendo la Gs nella sua forma attiva: le subunità β e γ si dissociano da quella α, la quale, con il GTP legato, si sposta sul piano della membrana dal recettore ad una molecola di adenilato vicina, la quale viene attivata e sintetizza AMPc da ATP. Lo stimolo della Gs-α è limitato nel tempo: infatti è una GTPasi che inattiva se stessa, convertendo il GTP in GDP.

Farmaci adrenergici

A e NA non vengono utilizzate come tali (ad eccezione dell’adrenalina in caso di shock anafilattico).

Shock anafilattico

Le manifestazioni sono: caduta pressoria, pallore, tachicardia, sudorazione, angioedema delle vie aeree superiori, broncospasmo con difficoltà respiratorie, collasso circolatorio e morte.

NA e A vengono presi come modelli molecolari di partenza. La prima molecola in grado di simulare al meglio le attività adrenergiche è

Efedrina

È in grado di agire sia a livello periferico (come adrenalina) sia a livello centrale. Enantiomeri: R-R efedrina (più attiva) S-S pseudoefedrina. Viene utilizzata in terapia come decongestionante nasale e presenta attività simpaticomimetica: vasocostrizione, aumento della pressione, aumento del ritmo cardiaco, broncodilatazione. È utilizzata come componente di diversi OTC (antistaminici, paracetamolo) e non determina l’effetto rebound, ma è più probabile che causi effetti collaterali come ipertensione.

Nel creare queste molecole ci sono delle caratteristiche fondamentali per il legame specifico con il recettore. In particolare in ordine di importanza:

• Base: funzione amminica primaria e secondaria che interagisce mediante trasferimento di carica H con un residuo di acido aspartico.
• Due funzioni ossidriliche: formano due legami H con due residui di serina.
• Interazioni di tipo aromatico: interagisce con i gruppi aromatici delle catene laterali di fenilalanina e tirosina che formano una sorta di tasca.
• Ossidrile della catena alifatica: forma un legame H con un residuo di asparagina.

Bisogna far attenzione al rapido metabolismo che queste molecole possono subire; NA, A, D vengono degradate da:

• COMT (catecolo-o-metiltransferasi): metilano uno dei due –OH catecolici.
• MAO (mono-amino-ossidasi): sono enzimi con due isoforme:
  • MAO-A eliminano NA, A e 5-HT
  • MAO-B eliminano Dopamina

Le MAO ossidano il legame tra C ed N formando un gruppo aldeidico ed un gruppo amminico.

Agonisti α₁

Decongestionanti nasali e midriatici

I recettori α₁ si trovano sui piccoli vasi (muscolatura, sistema urogenitale e negli sfinteri). I recettori α₁ sono di tipo eccitatorio e sono accoppiati ad una proteina Gq che porta all’attivazione della fosfolipasi C. I farmaci sono usati prevalentemente come decongestionanti nasali ed alleviano rapidamente la sintomatologia ostruttiva, grazie alla loro azione vasocostrittrice. Poiché non sono molto selettivi, possono interagire anche con i recettori β provocando ipertensione, crisi tachicardiche o aritmie.

Fenilefrina (3-idrossi-2-metil-amina-etil-fenolo)

Dal catecolo si passa al fenolo. Riduzione del metabolismo ed aumentata lipofilia.

Derivati fenil-etil-aminici

Sinefrina (4-idrossi-2-metil-amina-fenolo): per ridurre il metabolismo da parte di MAO e COMT si aggiunge un –CH₃ nella catena alifatica primaria dell’amina.

Metaraminolo

Uso sistemico. È più attivo per l’ipotensione. Non è metabolizzato dalle MAO.

Metossamina

Ha un uso sistemico.

Midodrina

Ha un uso sistemico.

Derivati imidazolinici

Struttura generale dei derivati imidazolinici

Aromatico-spacer-imidazolina: spacer è la parte flessibile della molecola in grado di fornire un collegamento tra due parti della stessa molecola.

Nafazolina

Ha un doppio aromatico: naftalene. È tra i migliori decongestionanti.

Ossimetazolina

Viene usata sempre come decongestionante nasale.

Xilometazolina

È attiva soprattutto contro gli α₂.

Agonisti α₂

Ipertensione e glaucoma

I recettori α₂ presinaptici sono presenti sulle terminazioni nervose e sono deputati alla regolazione della secrezione dei neurotrasmettitori sia catecolaminergici che colinergici. La loro attivazione determina diminuzione della produzione di noradrenalina e acetilcolina. A livello pancreatico la loro attivazione diminuisce la produzione di insulina. Sono recettori accoppiati a proteine Gi: inibiscono l’attività dell’adenilato ciclasi, diminuendo AMPc ed inibendo l’apertura dei canali Ca²⁺. Gli agonisti α₂ vengono usati come cura del glaucoma e dell’ipertensione. Si ottiene maggiore selettività per gli α₂ modulando lo spacer ed introducendo un eteroatomo azotato. Lo spacer serve per distanziare l’aromatico dall’imidazolo in modo da rendere la molecola più facilmente metabolizzabile.

Clonidina

Viene utilizzata come anti-ipertensivo. A causa dei suoi effetti collaterali il suo uso è molto limitato.

Moxonidina

Diminuisce gli effetti collaterali grazie alla sostituzione del diclofenile con un nucleo pirimidinico.

Apraclonidina

Deriva dalla Clonidina ma l’aggiunta del sostituente aminico (-NH₂) determina una funzione anti-ipertensiva locale (minori effetti collaterali). Usata contro il glaucoma.

Agonisti β₂

Vasocostrizione e asma

I recettori β₂ sono di tipo inibitorio, presenti a livello della muscolatura liscia dei bronchi, delle coronarie, del tratto gastrointestinale e dei grandi vasi della muscolatura scheletrica. La loro attivazione genera rilassamento della muscolatura e sono accoppiati a proteine Gs, le quali attivano la protein chinasi A. Nei bronchi le COMT sono molto più diffuse rispetto alle MAO. Per conferire maggior selettività per i β₂ si attua la sostituzione dell’ammina ed al posto del radicale metilico si ha un gruppo più voluminoso. Per la sintesi di questi farmaci sono stati usati come modelli molecolari l’adrenalina e la noradrenalina.

Isoprenalina

Modello di base NA e A. Ha isopropile che è un gruppo più ingombrante.

Terbutil-noradrenalina

Non viene utilizzata come farmaco nonostante presenti una maggior selettività per i β₂ ma ha un metabolismo troppo rapido. Si interviene sul catecolo spostando le funzioni ossidriliche.

Terbutalina

-OH del catecolo in META. Emivita bassa, primo farmaco β₂ selettivo usato in terapia acuta per il trattamento dell’asma. Per migliorare l’emivita si introduce una funzione idrossimetilica ma non è ancora soddisfacente per la terapia cronica.

Salbutamolo (Ventolin)

"Sal" sta per salicilico. Il tempo di emivita è più lungo ma non è utilizzabile in terapia cronica. Farmaci adatti alla terapia cronica (β₂).

Formoterolo

• Uno dei due –OH sul catecolo si lascia per permettere l’interazione con la serina.
• FORM sta per formammide: si lega l’amina all’anello aromatico e poi si acila con acido formico. Questo sostituente conferisce maggiore stabilità. In terapia è presente come miscela enantiomerica R/R e S/S.
• Si sostituisce il terbutile con una funzione aromatica distanziata dall’amina grazie ad uno spacer altrimenti verrebbe alterata la basicità. L’amina viene alchilata diversamente.
• Il CH₃ viene introdotto per proteggere la molecola dal metabolismo delle MAO ma porta alla formazione di due centri chirali.
• È stato introdotto come sostituente sull’aromatico un metossile (elettron-attrattore) per migliorare la farmacocinetica.

Salmetarolo

La lunga catena determina una lunga emivita.

Soterenolo

Fenoterolo.

Antagonisti α₁ selettivi

Ipertensione, glaucoma, ipertrofia prostatica

L’ipertrofia prostatica è una malattia maschile legata all’età che determina un ingrossamento della ghiandola provocando ostruzione dell’uretra. Fattore determinante è l’ipertensione e la conversione del testosterone in di-idrotestosterone (ad opera della 5-α-reduttasi) implicato nella stimolazione della crescita della prostata.

Prazosin

NB. Agisce sui recettori post-sinaptici come vasodilatatore e determina una rapida diminuzione della pressione sanguigna dopo la prima dose. Alcune parti di questo farmaco sono confrontabili con l’adrenalina:

• Le funzioni catecoliche sono metilate.
• Lo spacer viene rimodulato: un C è sostituito con un N e sono posizionati all’interno di una struttura ciclica: chinazolina formata da un anello benzenico e una pirimidina. Fornisce un contributo importante nell’affinità recettoriale, ma non attiva il recettore: gli N possono scambiarsi i-doppietti di e permettendo alla molecola di interagire con il recettore in triplice modo.
• La base nell’adrenalina è un’amina 1 o 2; in questa molecola diventa terziaria: il ciclo con due eteroatomi ed uno solo dei due N ha attività basica: quello più vicino al carbonio ibridato sp→ piperazina (legata ad un radicale acilico: furan-2-carbossilico) e questo aumenta l’affinità per il recettore.

Doxazosin

Viene modificato il radicale acilico per aumentare l’affinità con il recettore. Gli α₁ antagonisti, come farmaci ipertensivi, hanno perso d’importanza poiché sono state scoperte altre molecole con minori effetti collaterali (danno meno vasocostrizione, in modo da aumentare l’attività cardiaca: tachicardia) vengono utilizzati per il trattamento dell’ipertrofia prostatica benigna poiché sono selettivi per gli α_1A.

Tamsulosina

• Le funzioni catecoliche vengono modificate. Quella meno importante viene metilata, l’altra è sostituita con un acido solforico amidato, con la formazione di una benzensolfonamide.
• Lo spacer viene stabilizzato dal CH₃ evitando il metabolismo da parte delle MAO e porta alla formazione di un centro chirale.
• Per aumentare l’affinità con il recettore viene aggiunto un gruppo aromatico distanziato da tre atomi con un etere come sostituente.

Nella terapia dell’ipertrofia prostatica possono essere utilizzati anche gli inibitori della 5-α-reduttasi (analoghi del substrato fisiologico, testosterone, tranne negli anelli A e D).

Testosterone finasteride

• Nell’anello A viene introdotta una funzione amidica poiché N può scambiare un doppietto aromatico con l’ossigeno e questo conferisce aumentata affinità con l’enzima.
• Si rende insatura la posizione 1-2.
• In posizione 17 la funzione alcolica viene trasformata in carbossilica per formare un’amide, la quale può enolizzare con una maggiore affinità per il recettore: introduzione di terbutammina.

Antagonisti β₁

Angina, ipertensione, aritmie, insufficienza cardiaca e infarto

Sono definiti β-bloccanti e terminano tutti in "lolo". Il modello endogeno su cui sono basati è l’adrenalina. Sono farmaci usati in caso di:

• Angina: riducono l’attività cardiaca e i sintomi
• Infarto: riducono il rischio
• Ipertensione
• Aritmie: per l’azione stabilizzante di membrana
• Insufficienza cardiaca: bloccano l’attività simpatica

Alcuni β-bloccanti sono solubili in acqua ed altri nei lipidi. Quelli solubili in acqua difficilmente attraversano la BEE e quindi causano minori disturbi del sonno ma, poiché sono eliminati a livello renale, possono accumularsi nei reni e possono quindi comprometterne la funzionalità. È necessario in alcuni casi...