Attivazione dei recettori

Valutazione degli agonisti

Teoria di Clark per l’interazione farmaco-recettore

L’assunzione più importante di questa teoria è la proporzionalità

lineare tra la risposta provocata e il numero di recettori occupati.

R + A RA Ne consegue che:

La risposta massima si ottiene con l’occupazione di tutti i recettori.

La risposta osservata ad una data concentrazione di farmaco

corrisponde all’occupazione dei recettori all’equilibrio.

EA

Emax

=[RA]

[RT]

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]KA =

da cui [R] [A]

KA

[RA] =

[RT] = [R] + [RA]

quindi avremo:EA

Emax

=

[R] [A]

KA

[R] + [RA]

che diviene:EA

Emax

=[A]

KA + [A]

quando KA = [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.

Per la teoria di Clark quindi KA = EC50.

Cioè la costante di dissociazione di un agonista KA può essere

calcolata direttamente dalla curva dose risposta.

pD2 = - log EC50

La teoria di Clark non può spiegare gli agonisti parziali né gli

antagonisti.

10 -10 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -40

50

100

Log [A]

effe

tto

%

Teoria di Ariëns

La risposta biologica dipende da due fattori:

Affinità

E’ la capacità di un farmaco di legarsi al recettore ed è espressa

dalla costante di dissociazione KA

Attività intrinseca

E’ la capacità del farmaco di indurre una risposta biologica ()

La risposta biologica allora sarà:EA

Emax

=[A]

KA + [A]

Secondo questa teoria fermo restando che la risposta biologica

dipende ancora dal numero di recettori attivati ma l’interazione

viene studiata sotto due aspetti:

affinità (capacità di legare il recettore).

attività (capacità di indurre una risposta biologica.

Agonisti pieni

Elevata affinità Attività intrinseca () = 1

Agonisti parziali

Elevata affinità Attività intrinseca () < 1

Antagonisti

Elevata affinità Attività intrinseca () = 0

Possiamo determinare di un agonista parziale la KA e quindi

definire la sua attività intrinseca disponendo di un agonista pieno:

10 -10 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -40

50

100

Log [A]

effe

tto

%

Log EC50

Effettomassimo Agonista parziale

Effettomassimo Agonista pieno

=

Dalle teorie di Clark e Ariëns si evince che la risposta massima si

ottiene quando tutti i recettori sono occupati ma questo non è

sempre e comunque vero.

Teoria di Stephenson

La risposta farmacologica non è linearmente proporzionale al

numero di recettori occupati.

Infatti:

L’effetto massimo può essere ottenuto anche occupando un

numero minimo di recettori

Farmaci differenti possono dare la stessa risposta pur occupando

un numero differente di recettori.

Questa proprietà viene definita Efficacia (e).

In alcuni tessuti veniva evocata la risposta massima con agonisti

pieni.

In presenza di un antagonista irreversibile veniva osservato il

seguente comportamento:

log [agonista]

Effe

tto m

assi

mo

perc

entu

ale

(%)

Invece di osservare subito la

risposta dell’antagonismo non

competitivo (curve rosse) si ha lo

spostamento parallelo verso

destra delle curve dose risposta

(curve nere).

Prove a favore della teoria di Stephenson

Questo si spiega con il blocco di un gran numero di recettori prima

di ottenere la risposta attesa. Secondo Clark ed Ariëns questo non

sarebbe spiegabile.

Questi risultati vengono spiegati postulando la presenza nel

tessuto dei recettori di riserva.

I recettori di riserva spiegano l’ottenimento della risposta

massima di un agonista ad una concentrazione al di sotto di

quella necessaria ad occupare tutti i recettori.

Ricordando quanto prima detto per la determinazione della KA

degli agonisti (KA = EC50) si può dedurre che tale stima non è più

corretta in presenza di recettori di riserva.

Dalla teoria di Stephenson

La risposta di un agonista è funzione incognita di uno

stimolo biologico (S)

EA

Emax

= f (S)

Per stimolo biologico s’intende il prodotto dell’efficacia (e) per

la frazione recettoriale occupata.

e [RA]

[RT]S = =

e [A]

KA + [A]

per cui:e [RA]

[RT]S = = f

e [A]

KA + [A]

Limite della teoria di Stephenson

L’efficacia (e) dipende dal tessuto e non è un parametro

intrinseco del farmaco.

Modifica di Furchgott

L’efficacia (e) viene definita come il prodotto dell’efficacia

intrinseca () per il numero totale di recettori:

e = [RT]

In questo modo l’efficacia intrinseca () è un parametro

intrinseco del farmaco ed è indipendente dal tessuto mentre

l’efficacia (e) dipende dal numero di recettori occupati e può

variare da tessuto a tessuto.

Attività degli antagonisti

Antagonismo competitivo

Gli antagonisti possono interagire con lo stesso sito dell’agonista

e quindi competere nell’interazione con il recettore.

log [agonista]

Eff

ett

o m

ass

imo

pe

rce

ntu

ale

Se in presenza di un antagonista si osserva uno spostamento

parallelo verso destra, senza che venga alterata la risposta

massima dell’agonista, l’antagonismo viene definito

sormontabile.

log [agonista]

Eff

etto

mas

sim

o pe

rcen

tual

e

Se in presenza di un antagonista

si osserva una diminuzione della

risposta massima dell’agonista,

l’antagonismo viene definito

insormontabile.

In realtà ci sono situazioni intermedie:

a basse dosi l’antagonista irreversibile può dare un

antagonismo sormontabile (vedi recettori di riserva);

Generalmente l’antagonismo sormontabile è legato

all’antagonista competitivo mentre quello insormontabile a

quello irreversibile.

Calcolo della costante di dissociazione degli antagonisti

Le interazioni dell’agonista e dell’antagonista competitivo,

all’equilibrio, dipendono:

- dalle rispettive costanti di dissociazioni (KA e KB)

A + B + R

R — A + B R — B + A

KA KB

- dalle concentrazioni (aumentando la concentrazione di

agonista, si può superare l’occupazione da parte

dell’antagonista).

Schild ha verificato che le curve dose risposta dell’agonista in

presenza di dosi crescenti di antagonista risultano spostate

verso destra in modo parallelo.

Le risposte ottenute con un agonista in assenza o in presenza

di un antagonista risulteranno uguali solo quando l’agonista

occuperà lo stesso numero di recettori.

Eff

ett

o m

ass

imo

pe

rce

ntu

ale

La frazione recettoriale occupata da un agonista [RA] / [RT] in

presenza di un antagonista può essere così calcolata:

[RT] = [R] + [RA] + [RB]

[R] ed [RB] si possono ricavare dai rispettivi equilibri:

KB =[B] [R]

[RB]da cui [RB ] =

[B] [R]

KB

mentre KA =[A] [R]

[RA]da cui [R] =

KA [RA]

[A]

sostituendo avremo:

KA [RA]

[A][RT] = + [RA] +

[B] KA [RA]

KB [A]

Mettendo in evidenza [RA]:

[RT] = [RA]KB [A]

KA

[A]+ 1 +

KA [B]

la frazione recettoriale occupata dall’agonista sarà:

[RT]

[RA]=

1

KB [A]

KAKB + KB [A] + KA [B]

Dividendo tutto per KB e mettendo in evidenza KA avremo:

[RT]

[RA]=

[A]

KA 1 + [B]

KB

+ [A]

Dove [A] è la concentrazione dell’agonista in presenza

dell’antagonista [B]

Per B = 0 avremo:

[RA]

[RT]=

[A]

[A] + KA

In presenza di [B], l’agonista darà la stessa risposta che si

otterrebbe in assenza di [B] solo quando verranno occupati lo

stesso numero di recettori.

Definiamo [A] la concentrazione di agonista che fornisce la stessa

risposta di [A] in assenza di antagonista:

[RT]

[RA]=

[A]

KA 1 +[B]

KB

+ [A]

A questa concentrazione di [A] il numero di recettori occupati è

lo stesso di quando non è presente l’antagonista, quindi avremo

eguagliando le due equazioni:

[A]

KA + [A]=

[A]

KA 1 +[B]

KB

+ [A]

risolvendola in funzione di [A] / [A]:

[A]

[A]- 1 =

[B]

KB

Ponendo [A] / [A] = X e passando ai logaritmi avremo:

log (X - 1) = log [B] - log KB

Riportando in grafico (Analisi di Schild) avremo:

log (X - 1)

log [B]

(n = 1) Se X = 2 avremo che

Quando la retta ha pendenza = 1 l’antagonismo è competitivo

log KB = log [B]

L’intercetta viene chiamata pA2 e rappresenta il logaritmo

negativo della concentrazione di antagonista competitivo che

determina il raddoppiamento della concentrazione dell’agonista

per l’ottenimento del medesimo effetto in assenza di antagonista.

pA2 = - log KB

Solo quando la regressione di Schild è lineare ed ha uno slope = 1

pKB = pA2

Antagonisti allosterici

log (x - 1)

log [B]log KB

Un antagonista viene definito allosterico quando interagisce

con un sito differente ma connesso al sito dell’agonista.

Gli antagonisti allosterici spostano, come gli antagonisti

competitivi, verso destra e parallelamente le curve dose risposta

degli agonisti. Inoltre possono dare nella regressione di Schild

un valore pari a 1.

Però per concentrazione elevate si ha una marcata deviazione

dall’antagonismo competitivo (saturazione del sito allosterico).

Come evidenziare un antagonismo allosterico?

Si possono effettuare esperimenti in presenza di un antagonista

competitivo noto. Se l’antagonista in esame è competitivo

noteremo che l’effetto prodotto dai due antagonisti sarà additivo.

Antagonisti non competitivi

Gli antagonisti non competitivi competono con l’agonista per lo

stesso recettore ma non per lo stesso sito.

I due siti sono tra loro indipendenti e l’inibizione provocata da B

non è influenzata dalla concentrazione dell’agonista A.

La curva dose risposta non viene spostata verso destra ma si

ha un abbassamento della risposta massima ottenibile con

l’agonista.

log [agonista]

Effe

tto m

assi

mo

perc

entu

ale

L’antagonista pur essendo non competitivo può spostare

parallelamente la curva dose risposta verso destra

Un metodo semplice per calcolare la potenza di un antagonista

non competitivo consiste nella determinazione della

concentrazione di un antagonista che determina l’inibizione del

50 % della risposta massima dell’agonista.

Tale valore viene indicato come IC50