Complementi di chimica farmaceutica

Inserimento di gruppi isosteri del gruppo ammidico per aumentare la stabilità del peptide e/o per ottenere peptidomimetic

Il peptide originale, cioè il lead, può essere modifichiamo o sostituendo alcuni AA con AA della serie D, o portando modifiche sui residui amminoacidi, o ancora sostituendo il legame peptidico con gruppi isosteri (p meglio bioisosteri).

Il legame peptidico rappresenta il punto dove spesso sono idrolizzati i peptidi, quindi è il loro "punto debole". Quindi, sostituendolo con gruppi non idrolizzabili, otterremo una molecola più stabile.

Si può sostituire il gruppo ammidico:

Con doppi legami: dobbiamo tenere presente il fatto che possiamo avere isomeria cis-trans, si può avere un alchene cis o trans, che può variare la struttura del peptide.

NB: il legame peptidico ha parziale carattere di doppio legame. Quindi l'alchene mima il carattere di doppio legame del legame peptidico introducendo un doppio legame.

Rendiamo la molecola inattaccabile dalle peptidasi. Il problema è che perdiamo la possibilità di formare legami a idrogeno, visto che il gruppo NH e COOH possono fare dei legami a idrogeno, responsabili della formazione delle alfa-eliche, dei foglietti beta. Quindi se si sostituisce un legame importante per la formazione dei legami a idrogeno possiamo anche ottenere un insuccesso, in quanto potrebbe cambiare troppo la struttura della molecola.

Viene ridotta molto la flessibilità della molecola, in quanto l'alchene è un gruppo rigido, quindi posso avere un cambio sostanziale della struttura.

Con chetone o ammina: si può eliminare dal legame peptidico l'NH (nel caso di chetone) o un CO (nel caso dell'ammina). In questo caso si ha aumentata stabilità all'idrolisi, sia chimica che enzimatica -> il chetone resiste sia all'ambiente acido che alle peptidasi, che non sono in grado di rompere il legame C-C, e così nelle ammine.

Il problema è che aumenta la flessibilità della catena e si perde un gruppo in grado di dare legame a idrogeno; quindi questa sostituzione può far variare in modo importante la struttura tridimensionale della molecola. Con gruppo tioammidico: sostituisco un CO con un tioestere. La geometria della molecola resta simile perché mantengo la planarità dell'ammide, ma il tioestere è un più debole accettore del legame a idrogeno. Questo può essere un vantaggio se C=O del peptide originale formava un legame a idrogeno con il sito attivo delle peptidasi (enzima che degrada il legame). Per esempio dà un legame più debole, quindi l'enzima agisce in modo blando o non agisce affatto. Può anche essere uno svantaggio se il legame che mi dava il gruppo C=O è importante per la struttura tridimensionale del peptide. Con un metile, ovvero vado a metilare l'azoto del legame CO-NH. Il metile, grazie al suo.

ingombro sterico, ostacola l'attacco dell'enzima->l'enzima non è in grado di fare idrolisi della molecola perché non è in grado di avvicinarsi al gruppo per via dell'ingombro sterico del CH3. Perdo il legame a idrogeno, in quanto NH non può più essere un donatore di legame a idrogeno. Altri gruppi isosteri sono gruppi alcolici, un etere, ecc (con modifiche più importanti a livello strutturale).

Altro approccio per modificare i peptidi è quello di fare degli analoghi rigidi dei peptidi, ottenendo dei peptidomimetici, in cui abbiamo variato la struttura peptidica. 3-desossi-beta-D-glucosio: esempio di gruppo utilizzato per sintetizzare composti più rigidi. È il beta-turnmimetico della Somatostatina.

Azepinone: è un gamma-turno mimetico di un tripeptide (serve per mimare un'ansa del peptide formata da 3 aminoacidi). Azepina: ciclo a 7, Azepinone: Azepina con un chetone. È una struttura

rigidità della struttura. L'aggiunta di gruppi alchilici sul carbonio alfa degli aminoacidi è utile per irrigidire la molecola. L'inserimento di gruppi tiolici SH è importante perché possono formare ponti di solfuro. Ad esempio, l'introduzione di una prolina può contribuire a bloccare la conformazione della molecola. È possibile sostituire gli aminoacidi con analoghi che presentano una conformazione bloccata. Ad esempio, la fenilalanina può essere sostituita con un derivato anellato che mantiene la struttura rigida. Allo stesso modo, al posto del triptofano è possibile utilizzare un frammento che forma un ciclo, aumentando così l'irrigidimento della struttura. Un esempio di farmaco che utilizza queste strategie è l'Enalapril, un inibitore dell'ACE. La struttura di questo farmaco presenta l'aminoacido prolina, ma l'anello è stato allargato da 5 a 6 atomi di carbonio e è stato aggiunto un benzene per aumentare la lipofilia della molecola. Questo ha portato alla creazione di un nuovo inibitore dell'ACE, il Quinapril, che presenta un elemento di irrigidimento e una maggiore rigidità nella struttura.superiore rispetto ad una catena senza acido aspartico. L'ossidazione è un'altra forma di instabilità chimica che può verificarsi nei farmaci di natura peptidica/proteica. Questo processo comporta la perdita di elettroni da parte della molecola, causando la formazione di radicali liberi che possono danneggiare la struttura del farmaco. La racemizzazione è un fenomeno in cui un enantiomero di un farmaco si converte nell'altro enantiomero. Questo può influenzare l'attività farmacologica del composto, poiché gli enantiomeri possono avere effetti diversi sul corpo umano. La beta eliminazione è un tipo di reazione chimica in cui un gruppo funzionale viene rimosso dalla molecola, causando la formazione di un doppio legame. Questo può influenzare la stabilità e l'attività del farmaco. INSTABILITÀ FOTOCHIMICA L'instabilità fotochimica si verifica quando un farmaco viene esposto alla luce. La luce può causare reazioni chimiche indesiderate, come l'ossidazione o la formazione di radicali liberi, che possono danneggiare la struttura del farmaco. INSTABILITÀ FISICA L'instabilità fisica si riferisce a cambiamenti nella forma fisica del farmaco, come la cristallizzazione o la precipitazione. Questi cambiamenti possono influenzare la solubilità e la biodisponibilità del farmaco. In conclusione, i farmaci di natura peptidica/proteica sono soggetti a diverse forme di instabilità, come l'instabilità chimica, fotochimica e fisica. È importante considerare queste caratteristiche durante lo sviluppo e la formulazione di tali farmaci per garantire la loro efficacia e sicurezza.

superiore rispetto alle catene che presentano altri legami peptidici.

Altre reazioni che possono avvenire non coinvolgono il legame peptidico della catena, bensì il legame ammidico presente nel residuo R di alcuni aminoacidi, Aspartato e Glutammina, ovvero che hanno come gruppo terminale un CO-NH2, che si può idrolizzare (diventa acido, gruppo carbossilico). L’Aspartato diventa acido aspartico, mentre la Glutammina diventa acido glutammico. Questa reazione può comportare un cambiamento anche importante nell’attività del peptide, perché gli aminoacidi neutri Asparagina e Glutammina diventano i rispettivi aminoacidi carichi, che quindi possono dare interazioni completamente diverse (il che può comportare anche perdita di attività della proteina o del peptide).

INSTABILITÀ FOTOCHIMICA

L’esposizione alla luce di proteine può portare alla loro degradazione. Triptofano, tirosina, fenilalanina e cisteina, oltre che lo

, sono i principali siti di degradazione. Si formano specie radicaliche neutre o cationiche alla cui formazione concorre anche l'ossigeno atmosferico che si trasforma in perossido. La protezione dalla luce è ottenuta con opportuno confezionamento o mediante additivi come la metionina, che è un antiossidante. Questa reagisce con lo ione perossido, a dare metionina solfossido e inoltre riduce l'aggregazione proteica (formazione di fibrille che aderiscono alle pareti del recipiente, per esempio). Per preservare i prodotti biofarmaceutici, sia liquidi che liofilizzati, dall'azione dell'ossigeno, essi vengono confezionati in atmosfera inerte. Non è una vera e propria degradazione perché non comporta la rottura dei legami covalenti ma solo delle forze deboli responsabili della struttura tridimensionale della proteina, fondamentale per la sua interazione col target. E' una conseguenza della struttura.polimerica delle proteine. Riguarda la struttura secondaria e terziaria senza rottura dei legami covalenti. Nelle molecole organiche piccole non costituisce un problema, mentre nelle proteine che hanno una struttura secondaria, terziaria e quaternaria si verifica un'alterazione della loro struttura tridimensionale e quindi della loro attività biologica. L'instabilità fisica può provocare denaturazione, adsorbimento sulla superficie del contenitore e aggregazione, quest'ultima è uno dei meccanismi principali di degradazione delle proteine. Denaturazione: rottura dei legami deboli, non covalenti, che mantengono la struttura secondaria e terziaria. Fattori che inducono denaturazione sono: - Temperatura; quando facciamo un uovo al tegamino l'albumina viene denaturata a causa della temperatura, diventando da liquida a solida. - pH; la proteina è una serie di AA, che hanno dei gruppi carichi, che si protonano o deprotonano.

deprotonano in relazione al pH: è importante la carica degli AA perché determinano l'assetto tridimensionale della proteina. Variando il pH i residui cambiano, magari da carichi a non carichi e cambia la struttura tridimensionale e l'effetto biologico.

Aggiunta di solventi organici; es. etanolo: è un solvente che denatura le proteine perché dà legami a idrogeno, inserendosi nella proteina rompendo i legami-H che normalmente si instaurano tra AA (perde la struttura tridimensionale).

Le proteine denaturate:

• Sono meno solubili in acqua
• Sono più suscettibili all'idrolisi enzimatica
• Perdono attività biologica
• Il processo è sia reversibile che irreversibile: irreversibile come l'albumina dell'uovo. La cellula che produce MAB può produrla denaturata ma il biotecnologo può rinaturarla.

MANIPOLAZIONE E CONSERVAZIONE DEI FARMACI PROTEICI/PEPTIDICI

La preparazione e la somministrazione sono diverse

Da quelle delle molecole organiche piccole.

Stabilità: è significativamente minore. Molti farmaci sono conservati in forma liofilizzata per aumentarne la stabilità, e vengono ricostituiti al momento dell'uso in opportuni solventi (acqua, soluzioni saline, destrosio al 5%). La media di conservazione in farmacia di un prodotto proteico è circa 12-18 mesi, rispetto ad un tempo di solito superiore ai 36 mesi delle piccole molecole organiche.

Conservazione: al freddo (2-8 °C, in frigorifero), ma non congelati perché la bassa temperatura diminuisce la stabilità. Molti farmaci di origine ricombinante (molte citochine come interferoni, IL-2, ecc.) richiedono la presenza di albumina serica umana per evitare l'adesione della proteina.