Post on 08-Oct-2018
Attivazione dei Recettori
Teorie Recettoriali
I recettori sono macromolecole di cellule o
organismi che, essendo deputate al
riconoscimento di sostanze chimiche
endogene ed alla generazione di risposte
biologiche, possono interagire con un
farmaco dando inizio ad una catena di eventi
biochimici con conseguenti effetti
farmacologici.
Definizione di recettore “The International Union
of Basic and Clinical Pharmacology”
I legami non covalenti
mediano le interazioni fra le macromolecole
Interazioni non covalenti
Legami ionici 5-10
Interazioni di van Der Waals 0.03-0.1
Legami idrogeno 0.5-4
Effetto idrofobico 1
δ- δ+ δ-
D H A
Energie di legame (Kcal/mole)
Cariche parziali permanenti
Cariche parziali istantanee
Legame ionico
Arginina
Lisina
Ac. aspartico
Ac. glutammico
Legame idrogeno (interaz. tra dipoli)
δ- δ+ δ-
D H A
2.70
2.63
2.88
3.04
2.93
3.10
Lunghezza del legame (A)
Alcuni esempi
Legame covalente
-OH
-SH
-NH-
40-110
Kcal/mole
9
R + A RA
RA*
Evento biochimico
cellulare
Effetto
finale
Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci: analisi delle curve
10
R + A RA
RA*
Evento biochimico
cellulare
Effetto
finale
Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci: analisi delle curve
Principali teorie recettoriali (1)
Teoria occupazionale (A.J.Clark, 1933):
I farmaci interagiscono con siti di legame indipendenti e li
attivano dando come risultato una risposta biologica proporzionale alla quantità di complesso RA formato
La risposta termina quando il complesso si dissocia
E = K [RA] Emax = K [RT]
R + A RA
R=recettore
A=agonista
E A
E max
= [RA]
[R T ]
Dobbiamo esprimere diversamente sia [RA] che [RT] in modo tale
da poter inserire grandezze note o ricavabili sperimentalmente.
Per quanto riguarda [RA]
[R] [A]
[RA] K DA =
[R] [A]
K D
[RA] =
[R T ] = [R] + [RA]
R + A RA
= cost di dissociazione
Per quanto riguarda [RT]
All’equilibrio:
[R] x [A] x k1 = [RA] x k-1
quindi: [RA] = k1
[A] [R] k-1
k-1/k1 = dissociation constant (KD)
quindi avremo: E A
E max
=
[R] [A]
K D
[R] + [RA]
che diviene:
E A
E max
= [A]
K D + [A]
quando KD= [A]
si ottiene un effetto pari al 50% dell’effetto massimo
La concentrazione di agonista che determina il 50% dell’effetto
massimo viene definita EC50.
Quando un farmaco è somministrato ad una concentrazione
uguale alla sua KD, sarà occupato il 50% dei recettori
Per la teoria di Clark quindi KD = EC50 = ED50
la costante di dissociazione di un agonista KD può essere
calcolata direttamente dalla curva dose risposta.
Limiti della teoria di Clarke
La teoria di Clark non può spiegare
gli agonisti parziali né gli antagonisti.
Tutti i recettori ugualmente accessibili ai ligandi
Il modello ignora qualunque stato di binding parziale
I recettori sono legati o liberi
I ligandi sono agonisti
Il binding è reversibile
Il ligando non è alterato dal binding
Il contributo di Ariens (1954)
Non tutti gli agonisti producono
la stessa risposta massimale
Principali teorie recettoriali (2)
Ariens propose che la risposta al legame
di un agonista dipende sia
dall’affinità del recettore per l’agonista
che dall’attività intrinseca (α)
Affinità
E’ la capacità di un farmaco di legarsi al recettore ed è
espressa dalla costante di dissociazione
Attività intrinseca
E’ la capacità del farmaco di indurre
una risposta biologica (a)
La risposta biologica allora sarà:
E A
E max
= [A]
K D + [A]
a E A
E max
= [A]
K D + [A]
gli agonisti si legano ai recettori ed iniziano
cambiamenti nella funzione cellulare,
producendo effetti di vario tipo
gli antagonisti si legano ai recettori senza
evocare effetti cellulari
agonisti, antagonisti
e attività intrinseca
agonista pieno (a = 1)
agonista parziale (0 < a < 1)
antagonista (a = 0)
1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6
0
25
50
75
100
AgonistaA
AgonistaB
AgonistaC
AgonistaD
% E
ffett
o
Agonista [Log M]
efficacia
potenza
Emax
Curve di farmaci agonisti con potenza
diversa ed uguale efficacia
Agonista [Log M]
1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6
0
25
50
75
100
AgonistaA
AgonistaB
AgonistaD
% E
ffe
tto
Agonista [Log M]
Curve di farmaci agonisti con diversa
efficacia e diversa potenza
α = ?
Farmaci antagonisti
Si legano con alta affinità ai recettori, ma non sono in grado di indurre di per se una risposta biologica (a = 0)
L’ effetto farmacologico è quello di inibire l’azione
dell’agonista endogeno.
antagonista competitivo reversibile
antagonista non competitivo
antagonista competitivo irreversibile
Antagonismo funzionale, antagonismo fisico, antagonismo farmacocinetico
Antagonisti competitivi:
1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6
0
25
50
75
100
AgonistaA puro
AA +Ant1 (10-9M)
AA +Ant1 (10-8M)
AA +Ant1 (10-7M)
% E
ffett
o
Agonista [Log M]Agonista, Log M
Emax
potenza apparente
Antagonisti non competitivi
1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6
0
25
50
75
100
AgonistaA puro
AA +Ant1 (10-9M)
AA +Ant1 (10-8M)
AA +Ant1 (10-7M)
% E
ffett
o
Agonista [Log M]
Emax
Emax
IC50
Agonista, Log M
Limiti della teoria di Ariens
Simile alla teoria di Clarke
Unica “sfumatura”: introduzione dell’attività
intrinseca
L’effetto massimo si raggiunge solo se tutta la
popolazione dei recettori è occupata
Il contributo di Stephenson (1954)
La risposta farmacologica non è linearmente proporzionale
al numero di recettori occupati.
L’effetto massimo può essere ottenuto anche occupando
una frazione di recettori
Farmaci differenti possono dare la stessa risposta pur
occupando un numero differente di recettori.
Principali teorie recettoriali (3)
Dalla teoria di Stephenson:
La risposta di un agonista è funzione incognita
di uno stimolo biologico
E A
E max
= f (S)
Per stimolo biologico s’intende il prodotto
dell’efficacia (e) per la frazione recettoriale
occupata.
e [RA]
[R T ] S = =
e [A]
K D + [A]
Limite della teoria di Stephenson
L’efficacia (e) dipende dal tessuto e non è un
parametro intrinseco del farmaco.
Il contributo di Furchgott (1966)
Principali teorie recettoriali (4)
E/Emax= f ε[RT][A]/(KD+[A]) e=ε[RT]
• Introdusse l’efficacia intrinseca (ε) come capacità di un farmaco di iniziare uno stimolo da un recettore
• L’efficacia intrinseca (ε) fu definita quindi come un termine strettamente correlato al farmaco
• Fornì l’evidenza sperimentale dell’esistenza degli spare receptors
Recettori di riserva (spare receptors)
Recettori di riserva (spare receptors)
Non sono qualitativamente diversi dagli altri
Non sono nascosti
Possono essere accoppiati ad una risposta cellulare
Sperimentalmente sono stati dimostrati con l’uso
di antagonisti non competitivi o irreversibili su una
frazione di recettori
La rate theory di Paton e Rang (1961)
Relazione tra risposta e velocità (rate) di formazione del complesso farmaco-recettore
Principali teorie recettoriali (5)
La durata dell’occupazione del recettore determina se una molecola è agonista, agonista parziale o antagonista
Manca di fondamenti chimico fisici ed è in contrasto con evidenze sperimentali
La teoria dell’adattamento indotto di Koshland (1958)
modello sequenziale
Principali teorie recettoriali (6)
Difficile trovare relazioni matematiche
che descrivono il modello
Cooperatività?
Caratteristiche dell’interazione
di un farmaco con il suo recettore
• AFFINITA’: esprime la "forza" con cui il farmaco si lega al recettore: un farmaco che si combina "bene" col recettore e risulta fortemente legato, possiede una elevata affinità per quel recettore: si riflette nella posizione della curva sull’asse delle ascisse.
• ATTIVITA’ INTRINSECA (a): capacità di un singolo complesso farmaco-recettore di evocare una risposta cellulare; l'attività intrinseca è la misura della risposta massima che il farmaco può produrre (non incrementabile neppure somministrandolo a dosi molto alte); è un parametro per distinguere farmaci che si legano allo stesso sito recettoriale ma non producono effetti uguali: esprime cioè l'efficacia del farmaco.
• EFFICACIA INTRINSECA (): relazione tra l’occupazione del recettore e la capacità di innescare una risposta cellulare (è una misura della formazione del complesso farmaco-recettore); l’efficacia non dipende dalla dose, ma è indice della attività intrinseca del farmaco nell’indurre un determinato effetto; si riflette nell’estensione della curva sull’asse delle ordinate
• POTENZA: abilità a dare origine ad un cambiamento funzionale misurabile; influenza la dose necessaria per ottenere un determinato effetto
La POTENZA risulta dalla combinazione di due grandezze diverse: affinità ed efficacia
……………..riassumendo:
Limiti delle teorie occupazionali
Incapacità degli agonisti parziali di dare una
risposta completa pur bloccando l’effetto di agenti
più attivi
Esistenza di farmaci che prima stimolano e poi
bloccano l’effetto
Il fenomeno della desensibilizzazione
Il concetto di spare receptors
1. Si legano a recettori costitutivamente attivi e spostano l’equilibrio
verso la formazione del conformero inattivo
2. In questo sistema un agonista inverso di fatto inverte l’attività del
recettore
Revisione della teoria classica:
i recettori costitutivamente attivati
UNA NUOVA CLASSE:
GLI AGONISTI INVERSI
benzodiazepine beta-carboline
gli agonisti inversi impediscono l’azione
del neurotrasmettitore spostando la
proteina nella sua conformazione inattiva
UNA NUOVA CLASSE:
GLI AGONISTI INVERSI
TRENDS in Pharmacological Sciences Vol.27 No.2 February 2006
Gli agonisti inversi svelano
l’attività costitutiva dei recettori
Nature RevIews | drug discovery, 2009
UNA NUOVA POTENZIALE CLASSE:
I MODULATORI ALLOSTERICI
Modulatori allosterici accoppiati a proteine G
NATURE Reviews | drug discovery vol 8, 2009
mGlu5 NAM Clinical Compounds
ortosteric allosteric
Mol Pharmacol. 2007 Aug;72(2):291-302.