chimica farmaceutica 2

CHIMICA FARMACEUTICA II

LEZIONE 23\09\2019

Sca old\Core molecule\privileged structure

Composto chimico fatto per avere le caratteristiche del composto nale con

attività biologica.

Questa molecola è “virtuale” e viene sviluppata con metodi diversi della chimica

farmaceutica come la ricerca strutturale.

- Sulla struttura dello sca old è possibile decorare per arrivare al composti nale

- Dovrebbe essere facile arrivare ad una libreria di composti

- La sintesi dovrebbe essere facile

- Dovrebbe essere facile il suo utilizzo (nel senso di manipolazione)

Libreria

È un insieme di molecole che hanno proprietà ben de nite.

E’ caratterizzata dall’essere stata disegnata e selezionata con criteri opportuni

Fare disegno di una library: retrosintesi e progettazione della sintesi che passa

attraverso la ricerca strutturale

Importante notare anche i centri chirali che non in tutte le molecole della library ci

sono perchè i sostituenti R1 e R3 possono essere uguali, anche la lipo licità,

idro lia delle molecole vengono variare nelle librerie di molecole.

Quindi disegnare la libreria vuol dire disegnare molecole con proprietà molecolari

razionalmente diverse.

Aspetti retrosintetici nella ricerca strutturale

Cercare di fare una sintesi che riesca a far variare un sostituente alla volta in modo

di poter creare la libreria con molecole che variano di solo qualche sostituente in

modo da variare delle caratteristiche speci che (lipo lia, centri chirali, gruppi

protonabili)

LEZIONE 24\09\2019

Descrizione delle proprietà confronta tra di loro tra un farmaco di riferimento e la

molecola nuova che stiamo sviluppando.

In questa cosa è un farmaco contro la leishmania (MIL: miltefosine).

Il gra co p diviso i due campi rosso e verde (rosso attivata non voluta, verde

attività voluta) con una scala Y graduata riferita alla normalizzazione della misura

rappresentata dal dato numerico. La misura è riportata proprio quella riportata su

asse Y.

Qui si misura l’e etto della molecola sugli enzimi in particolare ad esempio i CYP.

La citotossicità sui mitocondri, inibizione della crescita di cellule normali ecc ecc.

Abbiamo la attività antiparassitaria quindi si misura cosa fa la molecola su questi

parassiti, quindi ci si aspetta che la molecola inibisca la loro crescita.

hERG sono ad esempio dei sistemi a livello cardiaco umani che non deve essere

assolutamente inibito (sono canali del Ca) perchè senno è un segnale di tossicità

cardiaca. 1

fi ff fi ff ff fi fi fi fi fi fi

Poi altro se vediamo CYP1A2 si vede come la molecola 19 cade nel campo rosso

e da e etto inibitorio (negativo) il MIL invece cade nel campo verde (va bene). 2

ff Il valore che delimita il campo rosso e il campo verde (cuto ) è il cosiddetto valore

soglia e questo ci permette di dire che l’azione di un farmaco è più o meno attivo.

cuto

Il va scelto e deciso ed ha a che fare con le proprietà che vogliamo

osservare. caratteristiche generali:

Per ogni classe di composto quindi ci sono delle

- A cosa serve il farmaco

- Per quali pazienti viene indicato

- Quanto lunga è la terapia

- Via di somministrazione

caratteristiche speci che:

E poi ci sono

- solubilità della molecola

- Stabilita chimica e sica

- Esistenza di un target speci co con struttura 3D nota

- A nità minima che deve avere con il target (cuto )

Per costruire il cuto bisogna quindi andare a misurare delle proprietà speci che

che poi si riportano in una tabella con dei colori rossi o verdi in base se oltre o

sotto quel valore si ha o no un e etto, e questo quindi si riporta nel gra co.

brevettabilità

La della molecola è importante perchè bisogna sapere se la

molecola che stiamo progettando è stata già pubblica o patentata. Se invece la

molecola non è nota si può procedere con il suo sviluppo. Non signi ca fare un

brevetto speci co ma semplicemente è una non divulgazione.

Progettazione di un farmaco

Si parte da una molecola→ si disegnano delle librerie quindi in questo caso si

usano delle molecole derivate di avonoidi, si trova poi una molecola che abbia

una certa attività su enzima che è pteridina reduttasi di tipo 1 e questo studio viene

fatto in vitro. Si introducono per questi studi delle modi che su anello A e B.

Viene fatta la sintesi

E poi si fa lo screening in vitro

Poi si fa una Early toxicological studies→ si fa uno studio su alcuni enzimi speci ci

umani. Tra c light rappresentation→ rappresentazioni gra ca relativa alla misura

dei sistema proteici hERG, Cell Growth ecc ecc. per avere molecole

perfette bisognerebbe avere tutto verde. Ma non è mai cosi. Quindi per

scegliere la migliore molecola si prendono 3\4 molecole da testare in vitro e

si fanno questi gra ci che confrontano le molecole tra loro in base ad

alcune caratteristiche di inibizione di enzimi in particolare.

Poi si passa alle proprietà farmacocinetiche

E alle proprietà in vivo per testare la reale e cacia sulla malattia

FARMACI AGONISTI MUSCARINICI-NICOTINICI

Recettore nicotinico transmembrana che ha la parte di eliche che sono inserite

nella membrana. È un sistema multidominio fatto da 5 domini. 3

ffi ffi f fi fi fi ff fi ff fl fi ffi ff fi fi

ff fi fi fi fi

I neurotrasmettitori trasmettono l’impulso nervoso, cioè fanno passare l’impulso da

un punto all’altro. Lo scopo nale della trasmissione ad esempio nel caso della

acetilcolina è il movimento, quindi la contrazione dei muscoli scheletrici.

Per fare questo il neurotrasmettitore sono caratterizzati da alcune proprietà come

ad esempio:

- quantità de nita,

Una se è poco non avviene la trasmissione, se invece se ne

ha troppo si hanno problemi di ipercontrazione perchè il recettore verra

sovrastimolato

- Regolazione del sistema del neurotrasmettitori , come ad esempio la AcH

esterasi

- Piccole molecole

- Bassi pesi molecolari

- gruppi polari

Hanno

- Sintetizzate nel sistema nervoso centrale

- Hanno dei gruppi ionizzabili

- Stereochimica perchè alcuni di questi hanno centri chirali, ma anche si

propria conformazione

intendono anche le nello spazio e quindi sono molecole

essibili

dette cioè parametri geometrici variabili come angoli diedri e rotazione

attorno ai legami C-C e possono dare delle conformazioni tipo cis\trans ma con

barriere conformazionali molto basse perchè queste permette loro di

interconvertire da una forma all’altra e questa permette di selezionare delle

conformazione che agisco

su recettori piuttosto che

altri.

I principali neurotrasmettitori

acetilcolina

sono: (ACh),

istamina, serotonina (5-HT)

acido butirrico

ɣ

e (GABA).

I farmaci del sistema

colinergico→ sono molecole

in grado di modulare le azioni

del sistema colinergico sono

destinate a numerosi impieghi

terapeutici. La loro

classi cazione tiene conto

schematicamente del sito d’azione, dell’e etto, e del meccanismo.

Possono essere principalmente:

- AGONISTI DIRETTI dei recettori muscarinici

- AGONISTI INDIRETTI (inibitori dell’enzima AChEsterasi). Le cellule non sono allo

stato stazionario in assoluto, la cellula ha un ritmo nel senso che ha un tempo

nel quale accadono delle cose cioè con il passare del tempo le molecole

variano. Con la irreversibilità c’entra perchè io posso agire nel tempo giusto,

cioè nel senso che la irreversibilità dipende dal tempo, se io blocco una funzione

4

fi

fl fi fi ff

di enzima che serve che produca il prodotto velocemente (come la 5-FU che

blocca sintesi DNA) e io lo blocco per tempo abbastanza lungo la cellula muore.

Pero comunque questa molecola prima o poi si staccherà e la condizione di

blocco cesserà ma se la molecola si stacca subito allora la cellula non muore

perchè comunque l’enzima riesce a produrre la timidina in tempo per far

avvenire la replicazione delle cellula.

- reversibili

- irreversibili

- RECETTORI MUSCARINICI

ANTAGONISTI DEI

- ad azione periferica

- ad azione centrale

- RECETTORI NICOTINICI

ANTAGONISTI DEI

- bloccanti neuromuscolari

- competitivi

- depolarizzanti

- bloccanti gangliari Sistema colinergico periferico

È destinato al controllo dell’intero

apparato splancnico (l’apparato

digerente, il

respiratorio, l’urogenitale, il circolatorio,

l’endocrino) e la sua attività è in

equilibrio

con quella del sistema adrenergico

periferico.

Gli e etti di stimolazione del sistema

nervoso autonomo provoca diverse

e etti per questo ci possono essere

diversi e etti avversi.

parasimpatico

Il tipicamente provoca:

Miosi

• Bradicardia

• Vasodilatazione

• Broncocostrizione

• simpatico

Il tipicamente provoca:

Midriasi

• Tachicardia

• Vasocostrizione

• Broncodilatazione

• 5

ff ff ff Sistema colinergico del sistema

nervoso centrale

I neuroni colinergici del cervello

anteriore hanno funzioni importanti nei

processi cognitivi, i nuclei colinergici

del ponte e del mesencefalo regolano il

ciclo sonno-veglia, gli interneuroni

regolano il movimento e la memoria.

LEZIONE 27\09\2019

La azione della tossina

botulinica induce una

paralisi di tipo accida,

mentre invece il tetano

induce la paralisi spastica.

Biochimica della

acetilcolina

Abbiamo la molecola

semplice che poi diventa

substrato di una colina N

metiltransferasi che utilizza

una S-adenosil metionina

che porta alla produzione

di colina che è una

sostanza che viene

completamente riciclata.

Poi viene

completata la sintesi

grazie alla colina

acetiltransferasi che

porta alla

formazione del

coenzima A più

l’enzima ripristinato.

La ACh viene

immagazzinata nelle

vescicole delle

sinapsi nervose

insieme ad altre

sostanze che

favoriscono il

rilascio quando

arriva l’impulso

nervoso che rilascia 6

fl

la ACh nello spazio intersinaptico e si va a legare nella membrana post sinaptica

poi c’è AChesterasi che degrada la acetilcolina e quindi viene liberato lo spazio

intersinaptico dalla ACh.

Nella cellula gliale abbiamo un’altro enzima che è la butirrilcolinaesterasi.

Recettori presinaptici sono recettori che si trovano sulla membrana esterna che

servono al reuptake.

Dopo il rilascio di ACh nello spazio intersinaptico si possono avere 3 destini

principali:

- interazione con recettori pre o post sinaptici

- Metabolizzaizone da perte di AChE

- Reuptake

Proprietà conformazionali

È una molecola semplice deriva della etanolammina. Piccola e essibile, una

ɣ

molecola simile è acido amminobutirrico, altri

neurotrasmettitori sono molecole con anello benzenico per

cui sono leggermente più complicate e meno essibili.

C’è un gruppo estereo c’è un azoto protonabile.

Ci sono gruppi che permettono la rotazione attorno ai

legame ed è elemento geometrico che permette un certo

numero di gradi di libertà che genera un numero elevato di

conformazioni. Se rappresentiamo su un diagramma di

energia conformazionale avremmo un andamento sinusoidale con barriere

energetiche piuttosto basse, perchè la stabilità dei singoli conformeri non è

di erente tra l’uno e l’altra. Questo anche perchè già la t° ambiente permette il

superamento di 2 Kj\mol poi nell’ambiente cellulare questo processo viene ancora

più facilitato.

Nel caso di isomeri cis

trans

Per avere isomeria ci

serve un doppio

legame, ma possiamo

anche avere questo

tipo di isomeria ad

esempio basta che ci

sia un elemento come

un ingombro sterico

particolar. Come

rotazione dei gruppi

ingombranti fanno si

che anche una

molecola che non ha

doppi legami

possono assumere conformazione cis\trans, come al ACh. Una forma cis diventa

trans con una barriera energetica abbastanza basta di 4 Kj\mol. 7

ff fl fl nicotinico,

Questo risulta critico anche per interazione con il recettore ad esempio,

preferenziale forma cis trans

che ha un legame per la rispetto alla che è invece

muscarinico.

preferenziale per il

Il gruppo etilico ha due gruppi sostituenti che sono il gruppo amminico quaternario

e il gruppo estereo con il suo ossigeno e queste determinato le conformazione cis

e trans.

Il conformero cis fa

avvenire una rotazione nel

legame centrale C1 e C2.

Il trans→ muscarinico

Il cis→ nicotinico

La ACh lega sia il

muscarinico che il

nicotinico in base alla

conformazione.

M muscarinico si chiama

cosi perchè lega la

muscarina che riconosce in

maniera speci ca il

recettore.

Il nicotinico invece viene

legato nello speci co dalla

nicotina.

Il recettore descritto in maniera molto essenziale solo da due punti di aggancio che

ACh ha nel recettore. E sono una interazione di tipo elettrostatico

con carica + e carica - una interazione elettrica tra N quaternario

carico + e nel sito c’è glutammato carico -. Il residuo -OH invece è

della serina che forma un residuo esterno che genera legami ad H,

quindi anche questo è una interazione elettrostatica con il

doppietto di O che fa da ponte con l’H.

Ci sono informazioni riguardo la distanza tra i due siti che

corrisponde alla distanza di due punti di interazioni della molecole

questa è circa 5Å. Ogni volta che abbiamo una molecola molto più

grande rispetto alla dimensione, un gruppo etanolaminicp con

porzione carica e con stessa grandezza di 5Å del gruppo

etanolamminico abbiamo degli e etti cosiddetti o -target, questo

frammento lo dobbiamo ricordare perchè creano degli e etti

collaterali detti di “tipo colinergico”.

Ad esempio nella muscarina la interazione avviene perchè si è semplicemente

ciclicizzato il gruppo estereo, e poi ritroviamo comunque la interazione N

quaternario, inoltre la muscarina ha una conformazione di tipo trans.

Invece nella nicotina abbiamo la forma cis. 8

fi fi ff ff ff

Il recettore muscarinico

Ha due elementi

completamente diversi,

perchè appartiene alla

famiglia di proteine

accoppiate a proteine G.

La stimolazione con

l’e etto del ligando che è

ACh genera una

modi cazione

conformazione che passa

dalla porzione fuori a

quella dentro e questo

attiva la trasmissione del

segnale che avviene

dentro la cellula. Il tipo d

recettore può variare a

seconda di caratteristiche

conformazione, ma anche

in base alla localizzazione del recettore. Quindi il legame dell’e ettore poi genere

degli e etti diversi.

Scala di a nità per aumento di a nità dove la nicotina ha attività molto bassa sui

recettori muscarinici e c’è ACH che ha a nità intermedia e la muscarina ha

altissima a nità.

Come mai la muscarina è più a ne della ACh? Perché la muscarina è una struttura

rigida e ha meno libertà strutturale ed è un analogo rigido della ACh per questo

lega con maggiore a nità.

e etti del recettore muscarinico

Gli sono questi: 9

ff ff fi ff ffi ffi ffi ffi ffi ffi ff

Due molecole, importanti che

interagiscono selettivamente con il

recettore sono:

Il recettore nicotinico

È un canale ionico e

quindi il tipo di

meccanismo di

funzionamento è

diverso. Il recettore

ha 5 subunità e la

stimolazione è

di erenziale tra tutti i

domini. La ACh si

lega ad alcuni di

questi domini e il

legame causa la

modi ca

conformazione che

porta alla apertura

del canale.

La a nità in questo

caso è maggiore per la

nicotina che è comunque un analogo rigido conformazione della Ach e quindi

riesce a selezione il recettore in modo preferenziale, poi c’è la muscarina che ha

minore a nità e la ACh

a nità intermedia.

Le molecole note che sono

selettivamente attive sul

recettore nicotinico sono: 10

ffi ff ffi fi ffi Alcune di queste molecole non sono state come farmaci ma solo in laboratorio per

testare i vari tipi di recettori.

Di questi usi clinici non sono cosi precisi perchè in vitro si osservano questi e etti

particolari ma poi nel nostro organismo queste molecole possono avere e etti

intermedi a causa della complessità dell’organismo per cui questi usi clinici sono

molto più larghi.

target engangement

Si parla di è la capacità di una molecola di legarsi ad un

recettore in modo prevalente e in seguito da azione osservata per cui non ci sono

mai e etti di azione\non azione.

La ACh viene degradata troppo velocemente per essere usata come farmaco.

Agonisti muscarinici 11

ff ff ff

Modi che fatta per arrivare ai farmaci a partire dalla ACh.

Come si misura la potenza di un farmaco ACh?

In laboratorio si prende un muscolo di ileo ad esempio e quindi si fa la prova con la

molecola di interesse. La ACh viene presa come riferimento di 1 e quindi poi ci

saranno dei valori positivi o negativi in basse alla a nità della nuova molecola.

EPMR è il rapporto tra la EC50 del composto testato rispetto alla EC50 del

composto da sperimentare.

Siccome non so nella realtà quanti recettori ho, di conseguenza non so nemmeno

quanto è il risultato reale della interazione e quindi non so nemmeno la quantità

esatta di composto allora in modo semplice si fa una curva di dose\risposta che

ha la caratteristica di arrivare ad un massimo che si chiama plateau che sarebb