Chimica farmaceutica e tossicologica I

Coniugazione con aminoacido

Coniugazione con glicina e glutammina sono due reazioni coniugative che raramente hanno un peso importante nei farmaci quindi le tralasciamo. Diciamo solo che è possibile che ci siano reazioni di coniugazione tra un aminoacido (glicina, glutammina) e un farmaco.

In questo caso il farmaco (qui un derivato dell'acido benzoico) viene legato a un coenzima A a dare un tioestere del farmaco e poi gli enzimi che catalizzano il trasferimento di una glicina o una glutamina prendono l'aminoacido e portano un attacco nucleofilo al legame tioestereo dell'addotto formato dal farmaco con il coenzima A. Quindi viene attivato il farmaco, e non il coniugante, per poi legarlo alla glicina. Questi derivati di coniugazione di un acido con la glicina prendono il nome di acidi ippurici (perché isolati per la prima volta nell'urina dei cavalli).

Questi derivati sono molto noti agli studi di farmaco- e tossicocinetica perché, ad esempio il...

toluene è un solvente chimico che si cerca di usare al posto del benzene perché, sebbene sia molto simile, è molto meno tossico: ha punto di ebollizione più alto e quindi è più difficile avere contaminazione con vapori di toluene; inoltre prima di dare il metabolismo ossidativo a carico dell'anello aromatico che può portare alla generazione di specie tossiche, viene ossidato sul carbonio benzilico ad acido benzoico, che viene coniugato con glicina ad acido ippurico, eliminato rapidamente. Non abbiamo aumentato l'idrofilia in questo modo ma l'amminoacido dà un'ulteriore affinità per i sistemi di trasporto e permette di eliminare gli ippurati più rapidamente di quanto sarebbe stato per l'acido carbossilico del farmaco. Ancora una volta però non c'è stato un vero aumento di idrofilia, ma questi derivati sono anionici e quindi molto idrofili. ACETILAZIONE E METILAZIONE Ci sonoperò anche reazioni metaboliche di II fase che non aumentano l'idrofilia: acetilazione e metilazione. Ci sono gruppi come le amine aromatiche, alcuni alcoli, le idrossilammine, che vengono acetilati da enzimi, detti N-acetil transferasi. Questi enzimi prendono l'acetile da un acetil coenzima A e lo trasferiscono su un N o su un O. L'acetilazione non aumenta la lipofilia dei farmaci, nasce soprattutto per detossificare composti liberati dalle amine che possono essere tossici (amine aromatiche, composti simili a neurotrasmettitori). Esistono vari tipi di N-acetil transferasi: le più comuni sono N-acetil transferasi 1 e N-acetil transferasi 2. La presenza in popolazioni umane di origine diversa (es. caucasici ed eschimesi) di isoforme di N-acetil transferasi più o meno efficienti ha portato all'inizio e allo sviluppo della disciplina della farmacogenomica. Il fatto che alcuni individui possano esprimere N-acetiltransferasi molto più veloci di altri è di grande importanza nella farmacologia clinica, poiché può influenzare l'efficacia e la tossicità dei farmaci.

Altri individui li rende meno soggetti all'accumulo di alcuni farmaci ma richiede anche una dose di farmaco più elevata perché l'inattivazione è più rapida. Questo rapporto tra corredo genomico dell'individuo e meccanismo d'azione dei farmaci è studiato dalla farmacogenomica e il caso delle N-acetil transferasi, soprattutto applicato a un composto che è l'isoniazide (antibatterico), ha portato allo studio di queste interazioni.

La metilazione è un caso particolare. I catecoli vengono metabolizzati abbastanza efficientemente soprattutto ad opera delle catecolo-O-metiltransferasi (COMT). Quando in un farmaco ho una struttura di natura catecolica, questo molto probabilmente sarà preda delle COMT e sarà inattivato. Anche in questo caso non si ha aumento di lipofilia perché la metilazione riduce la lipofilia. LE COMT hanno il significato di voler disattivare composti analoghi alle catecolamine.

ERCAPTURAZIONE

Per certe categorie di farmaci è una delle reazioni che avviene più frequentemente. Farmaci che abbiano una porzione elettrofila (legata a un gruppo uscente X) possono essere coniugati a N-acetilcisteina, che dà una classe di composti detti acidi mercapturici (da cui il nome della reazione).

Di fatto però non è la N-acetilcisteina che va a reagire con il farmaco ma è il glutatione, un tripeptide composto da una glutammina legata con l'azoto terminale a una cisteina che poi si lega a una glicina. La cisteina centrale, con il proprio gruppo tiolico, è la funzione nucleofila che va ad attaccare il gruppo elettrofilo dei farmaci. Quindi la mercapturazione inizia con un attacco di un gruppo tiolico a un gruppo elettrofilo del farmaco, il glutatione si attacca al farmaco e poi si hanno modificazioni successive (si stacca la glicina, si stacca la glutammina, l'NH2 libero viene acetilato nell'urina non trovo

L'addotto tra glutatione e farmaco ma l'acido mercapturico derivato della N-acetilcisteina). Queste reazioni sono catalizzate da enzimi specifici e sono importantissime per molte classi di farmaci elettrofili, tra cui gli accettori di Michael che non rispondono a questa formula generale perché hanno un doppio legame C-C e poi un gruppo elettron attrattore, ma comunque reagiscono molto velocemente con glutatione (vedi caso della benzochinoneimina del paracetamolo), ma anche gli epossidi e altri elettrofili substrati di sostituzione nucleofila (come alogenuri alchilici dove X è un buon gruppo uscente).

PROFARMACINota: negli esempi che vedremo non interessa tanto il composto, che rivedremo nella parte sistematica, ma la tecnologia con cui si può rendere un farmaco un buon profarmaco.

I profarmaci sono derivati di farmaci farmacologicamente inattivi, o comunque ai quali non si richiede di esercitare un'azione farmacologica, che nell'organismo subiscono

Una biotrasformazione catalizzata spesso da un enzima, per liberare la forma attiva del farmaco. L'importante è che la modificazione del farmaco sia reversibile in modo che nell'organismo il farmaco possa essere liberato. A questa definizione facciamo appartenere i farmaci che intenzionalmente sono stati progettati e realizzati per essere dei profarmaci. Ci sono molti casi in cui alcuni composti, senza saperlo, venivano usati in vivo come farmaci e poi si è scoperto che non sono attivi nella forma in cui vengono somministrati, mentre vengono trasformati metabolicamente in una forma attiva. Un esempio è il clopidogrel, che abbiamo visto qualche lezione fa. I profarmaci che tratteremo sono stati volutamente ideati per superare problemi di natura farmacocinetica, farmacodinamica o della fase farmaceutica (quella precedente all'assorbimento) che i farmaci come tali non riuscivano a superare. Un farmaco poco solubile può obbligare ad esempio a creare

una forma farmaceutica molto ricca di eccipienti che potrebbero diventare tossici: questo è un problema di natura farmaceutica e con un profarmaco posso provare a superare il problema. I problemi di natura farmacocinetica sono quelli più comunemente affrontati con i profarmaci: biodisponibilità, durata d'azione. I problemi di farmacodinamica sono ad esempio la selettività d'azione. Nella chimica farmaceutica ci sono classi di farmaci che devono la propria attività farmacologica a una reazione metabolica, che noi non tratteremo in questo capitolo: un esempio comune è quello dei derivati dell'arsenico, nei quali l'arsenico può trovarsi nello stato pentavalente (composti poco tossici) o trivalente (composti molto citotossici antimicrobici somministrati come derivati arsonici, ad alto stato di ossidazione, e poi ridotti a derivati dell'arsenico trivalente, tossico per il microrganismo da combattere). Uno degli

Uno dei esempi più famosi è il Prontosil, un composto che deriva dalla chimica dei coloranti, in cui c'è un gruppo diazenico che nell'organismo viene ridotto ad amina da enzimi presenti nella flora batterica intestinale. L'amina è la sulfanilamide che è il precursore di una delle primissime classi di antibatterici, quella dei sulfamidici.

I profarmaci che vedremo saranno classificati in funzione dello scopo che si intende raggiungere, e non in funzione della trasformazione chimica.

AUMENTO DELLA BIODISPONIBILITÀ

Dal punto di vista dello scopo da raggiungere, una tra le limitazioni nello sviluppo di un farmaco per via orale è un insieme di bassa solubilità e bassa capacità di attraversare la mucosa intestinale. Un caso tipico è quello dell'ampicillina, che è una penicillina ad ampio spettro che, come tale, avrebbe un mercato molto ampio ma ha una biodisponibilità orale piuttosto bassa e variabile (50-62%).

Questo perché a pH intermedi l'ampicillina è in forma zwitterionica e non ama stare in soluzione, si "impacchetta" in forma cristallina, cariche positive e negative si attraggono e il composto tende più a precipitare che a stare in soluzione; infatti l'ampicillina è molto solubile nello stomaco ma quando passa nell'intestino (pH > 6.5 - 7), inizia ad avere problemi di solubilità. In più lo zwitterione non è neanche particolarmente lipofilo e fa fatica ad attraversare le membrane della mucosa intestinale. Questo causa una biodisponibilità bassa. Il principale problema degli antibiotici beta lattamici è la labilità dell'anello beta lattamico, che si apre facilmente, mentre questo non avviene nell'ampicillina ma il problema sta nell'assorbimento. Un composto progettato negli anni '70 è la pivampicillina in cui si maschera la natura ionica del gruppo carbossilico.

con un estere; ha una sola base debole e, a pH acido, è in forma protonata e questo ne facilita la dissoluzione mentre quando il pH si alza, prima che tutta questa specie sia in forma neutra e precipiti, la piccola percentuale di forma neutra è decisamente più lipofila del precursore(ampicillina) e può attraversare la mucosa ed essere assorbita. Grazie a questo stratagemma, la pivampicillina ha una biodisponibilità orale del 98%, anche se una volta assorbita deve liberare l'estere per dare l'ampicillina. Della pivampicillina non è stato fatto un estere etilico come forse sarebbe stato spontaneo, ma è stato fatto un estere con un carbonio legato direttamente a 2 ossigeni (stato di ossidazione di un'aldeide) e un secondo estere. L'acido con cui si forma il secondo estere è l'acido trimetil acetico, anche detto acido pivalico, da cui il nome di pivampicillina. Proprio l'acido pivalico sarà unodei motivi più temuti di tossicità della pivampicillina che porterà al suo abbandono. Perché costruire una struttura così complessa? Perché, proprio per la selettività di substrato che abbiamo visto per le CES, in particolare la CES1 nel fegato, si ha che la CE