Farmacologia speciale - Appunti

RECETTORI

Macromolecole specifiche presenti all’interno o all’esterno della cellula,deputate al

riconoscimento di sostanze chimiche endogene (neurotrasmettitori, ormoni, fattori di

crescita) e alla generazione di risposte biologiche.

In farmacologia il termine recettore indica la macromolecola a cui il farmaco si lega e ne

modifica la funzione.

FARMACI CHE NON NECESSITANO DI RECETTORI SPECIFICI

• agiscono spesso ad alte dosi

• generalmente si ottiene lo stesso effetto con sostanze diverse dal punto di vista

chimico/strutturale (come l’acqua ossigenata),bicarbonato contro l’acidità

Sono pochissimi. es. lassativi, disinfettanti

gastrica.

Gli effetti del farmaco sono basati su proprietà:

1) osmotiche (lassativi, alcuni diuretici)

2) acido-base (bicarbonato antiacido)

3) ossidoriduttive (H O antibatterica)

2 2

4) surfattanti (disinfettanti)

5) destabilizzatrici della membrana plasmatica (anestetici generali)

FARMACI CHE NECESSITANO DI RECETTORI SPECIFICI

Un farmaco ha due principali tipi di interazione con un recettore, potendo agire da:

- Agonista: Farmaco che legandosi al recettore genera una risposta biologica,

generalmente mimando gli effetti di composti endogeni

- Antagonista: Farmaco che legandosi al recettore non produce nessun effetto e inibisce

(parzialmente o completamente) l’ effetto dell’ agonista che agisce sullo stesso recettore.

Questi, dal punto di vista del meccanismo molecolare, possono a loro volta essere:

- Antagosti competitivi

- Antagonisti non competitivi

Di solito questi farmaci:

• agiscono a basse dosi

l’effetto è generalmente riproducibile con sostanze

• strutturalmente simili

FARMACO: LIVELLI D’AZIONE

1)Molecolare (macromolecola definita)

2) Subcellulare (organelli, nucleo, membrane)

3) Cellulare

4) Tessute, organo

5) Organismi intatti

INTERAZIONE FARMACO-RECETTORE

Le interazioni farmaco-recettore possono essere:

- Reversibili: cioè il farmaco si attacca a un recettore e successivamente si stacca, diffonde

nell’ambiente circostante e infine eventualmente si può riattaccare un altro recettore.

quando il numero di legami deboli è estremamente elevato l’energia del

- Irreversibili:

sistema biologico può essere insufficiente a causare il distacco del farmaco. Queste

possono anche essere dovute alla formazione di legami covalenti tra farmaco e recettore.

Prendiamo in considerazione nel resto del testo l’interazione recettore-farmaco reversibile e

stechiometrica, secondo la legge di azione delle masse (modello matematico che spiega e

predice il comportamento di molecole libere in soluzione in equilibrio dinamico tra loro). Non

verranno quindi considerate interazioni che prevedono una modificazione covalente del recettore

(es aspirina che acetila la COX).

L’interazione farmaco recettore può essere quindi schematizzata:



R + L RL

Dove R è il recettore, L il farmaco e RL il complesso. La reazione scatenerà poi una serie di eventi

che porteranno alla risposta finale.

Seguendo questo tipo di schematizzazione si può descrivere il comportamento di farmaci agonisti

e antagonisti. AR* rappresenta il complesso attivato (eventualmente soggetto a un cambiamento

conformazionale).

Affinità: misura della capacità di un farmaco di legarsi al suo recettore

esprime l’entità dell’effetto generato.

Efficacia:

Le interazione farmaco-recettore sono date da:

• Legami ad alta energia

legami covalenti

• Legami a bassa energia

1) legami ionici

2) ponti idrogeno

3) attrazione di Van der Waals

4) interazioni idrofobiche

Si tratta prevalentemente di legami a bassa energia poiché il legame deve essere reversibile. I

a bassa energia richiedono un’energia 20-200

legami volte inferiore a quella necessaria per

rompere il legami covalenti. Affinchè il legame persista per un tempo significativo e sufficiente a

generare un effetto biologico occorre che il numero di interazioni sia sufficientemente alto e che le

superfici di farmaco e recettore siano complementari. Se si aumenta la concentrazione del

farmaco si aumenta la probabilità di interazione farmaco-recettore e si può avere un effetto

biologico anche con una complementarietà parziale.

RECETTORE: SPECIFICITÀ (selettività)

Esprime la capacità di un farmaco di interagire con un numero ristretto di macromolecole. La

specificità di un farmaco è anche funzione della sua concentrazione, in particolare diminuisce

all’aumentare della concentrazione/dose utilizzata.

METODI DI STUDIO DEI RECETTORI

I principali parametri che caratterizzano l’interazione di un farmaco con i suoi siti di legame

specifici sono generalmente determinati attraverso:

1. Studi di binding (interazione diretta farmaco-recettore)

2. Curve concentrazione-risposta (in vitro)

3. Curve dose-risposta (in vivo); poiché in vivo la concentrazione a cui espongo la cellula non

la conosco esattamente.

4. Biologia molecolare: isolamento, purificazione o clonaggio di recettori.

STUDI DI BINDING FARMACO-RECETTORE

Vengono eseguiti utilizzando un ligando radioattivo.

Caratterizzazione dell’affinità di farmaci e composti

•

• Misura delle costanti cinetiche di associazione e dissociazione

• Determinazione del numero di recettori presenti sulla membrana, per cellula,

per mg di tessuto

• Discriminazione tra sottotipi di recettori

• Localizzazione dei recettori

• Non danno informazione riguardo alla classe di farmaco a cui appartengono

(agonisti, antagonisti, agonisti parziali)

• Impossibilità di distinguere tra siti e recettori

• Complessità analisi dati

STUDI DI BIOLOGIA MOLECOLARE

VANTAGGI

1) Isolamento, purificazione e clonaggiodei recettori

2) Determinazione del PM, struttura fino a 3D, classificazione filogenetica

3) Determinazione delle funzioni specifiche del recettore

4) Determinazione delle funzioni specifiche delle varie regioni del recettore

SVANTAGGI

1) Complessità e costi

2) Problemi della trasfezione:

 Trascrizione non corretta ma non dell’antagonista

- cambia affinità dell'agonista

- cambia affinità ligando peptidico, ma non di ligando non peptidico

- recettori troncati hanno affinità maggiore o minore

 Effetti della cellula ospite

- alterate modificazioni post-traduzionali (glicosilazione, modificazioni lipidiche)

- poche o diverse proteine G

- potenze assolute e rapporti di potenza diversi per lo stesso recettore espresso in

cellule diverse (classificazione!!!)

CURVE DOSE-RISPOSTA

VANTAGGI:

1) Valutazione biologica del fenomeno

2) Possibilità di distinguere tra agonisti e antagonisti

SVANTAGGI:

Ignoranza dei fenomeni tra interazione ed evento finale

INTERAZIONE FARMACO-RECETTORE: ANALISI QUANTITATIVA

La formazione del complesso RX è una reazione reversibile e, come tale, possiede una costante

di equilibrio:

Ka è la costante di associazione e indica quanto la reazione è spostata verso la formazione del

complesso ed è pertanto correlata alla forza del legame chimico tra farmaco e recettore.

Per tradizione è però più utilizzata la costante di equilibrio della reazione inversa, cioè della

reazione di dissociazione, in quanto ha le dimensioni di una concentrazione:

Kd è la costante di dissociazione ed è pertanto inversamente correlata all’affinità del ligando per il

recettore.

La densità dei siti, indicata con Bmax o R , è il numero massimo di siti di legame presenti per

T

cellula. Questo corrisponde al numero massimo di molecole di ligando solo se ogni recettore lega

un'unica molecola, cioè se possiede un unico sito di legame.

Dobbiamo ricordare che i parametri descritti finora si riferiscono alla situazione di equilibrio in cui

il numero di molecole di complesso che si formano nell’unità di tempo è uguale al numero di

molecole dello stesso che si dissociano.

Le costanti cinetiche sono le costanti di velocità della reazione diretta, K , e inversa, K . Quindi:

on off

ISOTERMA DI LEGAME (ISOTERMA DI HILL-LANGMUIR)

Si tratta dell’equazione fondamentale che correla la concentrazione di farmaco alla concentrazione

del complesso RX. B indica la concentrazione di farmaco legato al recettore, equivalente a [RX],e

B è equivalente a [R ].

max T

L’isoterma è rappresentata da un iperbole rettangolare e in grafico semilogaritmico da una

sigmoide:

Kd è uguale alla concentrazione del farmaco necessaria per saturare il 50% di tutti i siti presenti,

cioè Kd è uguale alla concentrazione del farmaco libero quando le quantità di recettore legato e

non legato sono uguali.

FARMACI DIVERSI POSSONO COMPETERE PER LO STESSO RECETTORE

Il concetto di affinità è estremamente soprattutto quando si voglia paragonare la capacità di due

farmaci diversi nel legare lo stesso recettore.

Il farmaco A ha kd= 1mM mentre il farmaco B ha kd= 1nM. Considerando 100 nM di ogni farmaco

vediamo che:

Cioè per legare il 50% dei recettori al farmaco A serve una concentrazione mille volte superiore

rispetto al farmaco B. Poi le differenze nella Kd possono essere dovute a Kon e Koff, in ultima

analisi sono dovute a differenze nella struttura chimico-fisica dei farmaci.

Se i due farmaci possono legarsi a uno stesso sito di legame, solo uno dei due potrà legarsi. Se il

legame è reversibile si instaurerà una competizione. Nel tempo il farmaco che avrà occupato per

un tempo maggiore il sito sarà quello che si lega più velocemente o si distacca più lentamente:

quindi il farmaco con maggiore affinità. La competizione sposta determina uno spostamento delle

curve di legame e quindi una riduzione apparente dell’affinità.

ESPERIMENTI DI COMPETIZIONE

di un farmaco per il recettore

Permettono di determinare l’affinità anche in assenza dello stesso

farmaco radioattivo.

Campioni con concentrazioni costanti di tessuto D*(farmaco radioattivo) e con concentrazioni

crescenti di farmaco freddo che è diverso o uguale al farmaco radioattivo.

Nel terzo grafico della successiva figura sono presenti due recettori differenti.

I RECETTORI POSSONO ESSERE ETEROGENEI

Molto spesso si verifica il caso in cui sono presenti più sottotipi recettoriali e il farmaco non è

dotato di selettività sufficiente per discriminare le sottopopolazioni. In questo caso la presenza di

recettori con affinità e numero differenti comporta una modificazione delle curve di interazione

farmaco-recettore.

ANALISI DI CURVE DOSE-RISPOSTA