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Farmacodinamica

Mariapia Vairetti

Dipartimento di Medicina Interna e TerapiaSezione di Farmacologia e Tossicologia Cellulare e

Molecolare

Perchè una sostanza ha una determinata azione o tossicità?

• Farmacodinamica porta alla comprensione dei meccanismi d'azione

• Farmacocinetica studia il decorso nel tempo e l’intensitàdell’effetto che sono funzioni delle curve di concentrazione in diversi compartimenti dell’organismo

• Farmacologia clinica studia l’impiego di una nuova sostanza nell’uomo per individuare il possibile valore terapeutico

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Che cosa studia la farmacodinamica?

Farmacodinamica studia gli effetti biochimici ed il meccanismo d’azione dei farmaci.

La farmacodinamica si propone di:

• identificare i siti d’azione dei farmaci

• delineare le interazioni fisiche o chimiche tra farmaco e cellula

• caratterizzare la sequenza completa farmaco-recettore

Quali sono i bersagli dell’azione dei Farmaci?

a) Recettori classici di sostanze endogene (per i neurotrasmettitori (adrenalina)b) Canali ionici (calcio-antagonisti; anestetici locali)c) Enzimi (aspirina: ciclo-ossigenasi)d) Trasportatori (omeprazolo: pompa protonica)

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TamoxifeneEtinilestradioloProgesterone

SconosciutoInsulinaInsulina

ClorpromazinaDopaminaDopaminergico (D2)

Ketanserina5-HT (serotonina)5-HT2 (serotonergico)

NaloxoneMorfinaOppiaceo (µµµµ)

RanitidinaImpromidinaIstaminergico (H2)

MepiraminaIstaminaIstaminergico (H1)

PropanololoNoradrenalinaBeta-adrenergico

Tubocurarina Acetilcolina

NicotinaColinergico nicotinico

AntagonistiAgonistiRecettori

EffettoriTipi di bersaglio

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TrimetropinDiidrofolato reduttasi

AllopurinoloXantina ossidasi

AspirinaCiclo-ossigenasi

Falsi substratiInibitoriEnzimi

BenzodiazepinePicrotossinaCl-, GABA-Attivato

SulfanilureeATPK+, ATP-sensibile

AldosteroneAmilorideNa+, tubulo renale

Veratridina Anestetici localiTetrodotossina

Na+, voltaggio-attivato

ModulatoriBloccantiCanali Ionici

EffettoriTipi di bersaglio

OmeprazoloPompa protonica(mucosa gastrica)

Diuretici dell’ansa (furosemide)Cotrasportatore

Na+/K+/2Cl-(ansa di Henle)

Probenecid Acidi deboli (tubulo renale)

InibitoriTrasportatori

Tipi di bersaglio

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Che cos'è un recettore?

Recettore di un farmaco: qualsiasi componente macromolecolare dell’organismo, per lo più di natura proteica, presente sulla superficie o all’interno della cellula, dotato di propria funzione.

a) dispongono di un sito di legame specifico che consente il legame con un determinato composto

b) la conformazione e la funzionalità della proteinarecettoriale mutano in seguito al legame con il composto

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Qual è l’effetto del Farmaco sul recettore?

• Legame F-R dà inizio alla catena di eventi biochimici che portano agli effetti farmacologici osservati

• Potenzialmente capace di modificare la velocità con la quale si svolge qualsiasi funzione dell’organismo

• Non creano effetti, ma si limitano a modulare funzioni già in atto

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I farmaci influenzano in modo quantitativo le funzioni fisiologiche delle cellule bersaglio, ma non impartiscono nuove funzioni.

A che cosa è dovuta l'attività biologica di un farmaco?

Interazione reversibile e stechimetrica di una molecola di farmaco con una molecola di recettore Complesso farmaco-recettore provoca una risposta biologica:

F + R FR Evento biochimico Cellulare Effetto biologico

FR spesso soggetto ad un cambiamento conformazionale èl'unica struttura in grado di iniziare la serie di eventi (produzione di un secondo messaggero o variazioni di concentrazione di uno ione).

Che tipo di legame si forma tra Farmaco e Recettore?

Il contatto farmaco e recettore deve persistere un tempo significativo e sufficiente per generare l’effetto biologico:

a) legami a bassa energiab) numero di legami elevatoc) la superficie della molecola di farmaco e quella del

recettore sono chimicamente complementari l’una all’altra

La specificità dell’interazione FR:a) complementarietà FRb) concentrazione del F

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Tipi di legami a bassa energia

a) Legami ionici b) Ponti di idrogenoc) Forze di van der Waals

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I recettori possono essere eterogenei?

Molto spesso un dato recettore è costituito da piùsottotipi (recettori eterogenei) e il farmaco in esame non è dotato di sufficiente specificità per discriminare tra le popolazioni cellulari.

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Qual'è la localizzazione dei recettori?

a) recettori di membrana (recettori accoppiati a proteine G, recettori canale, recettori ad attivitàtirosino-chinasica, ad attività guanilato ciclasica, recettori per le citochine)

b) recettori intracellulari (recettori per gli ormonisteroidei e tiroidei, per le vitamine A e D)

Alcuni farmaci o sostanze endogene possono interagire con zone diverse di uno stesso recettore (Recettore GABA A: GABA, benzodiazepine e barbiturici)

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Recettore steroideo/tiroideo

Recettori dell’insulina

mAChRRecettori adrenergici

nAChRRecettore Gaba A

Esempi

Attraverso il DNADirettoProteina GDirettoAccoppiamento

Trascrizione genicaEnzimaEnzima o

canaleCanaleEffettore

NucleoMembranaMembranaMembranaLocalizzazione

Tipo 4Tipo 3Tipo 2Tipo 1

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Recettori collegati a canali ionici

• Definiti anche recettori ionitropici• Coinvolti principalmente nella trasmissione sinaptica veloce• Sono proteine contenenti circa 20 domini trasmembranaorganizzati intorno ad un canale• Il legame con il ligando e la conseguente apertura del canale avvengono in pochi millisecondi• Esempi: nACh, GabaA, 5-HT3

Siti d’azione nei canali ionici controllati da un ligando

Questo tipo di recettore mostra diversi punti di attacco farmacologico:

•Sito di legame per il trasmettitore, sul quale agiscono agonisti ed antagonisti•Poro ionico che può essere chiuso da “bloccanti”•Siti di legame allosterico tramite i quali è possibile la modulazione della funzione del recettore

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LE PROTEINE G

GS amine �-adrenergiche, istamina, ↑ adenilatociclasi (>AMPc)5-HT,glucagone

Gi1,Gi2,Gi3 amine α-adrenergiche, Ach (muscar.), ↓ adenilatociclasi (<AMPc)5-HT, oppioidi e molti altri apertura canali K+ (↓ frequenza

cardiaca)

Gq ACh (muscarinici), 5-HT, bombesina ↑ fosfolipasi C ( ↑ IP3, DAG,e molti altri Ca++ citoplasmatico)

Go neurotrasmettitori cerebrali (non ancora non ancora chiaroidentificati in modo specifico)

Gt, Go fotoni, odoranti ↓ GMPc (fototrasduzione)

Recettori per: Effettori

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Cascata amplificatrice1° messaggero

2° messaggero

3° messaggero

neurotrasmettitori - ormoni

recettori

proteine G

adenilatociclasi guanilatociclasi fosfolipasi canali ionici

cAMP cGMP Ca 2+

IP3

proteinchinasi A proteinchinasi G proteinchinasi proteinchinasiCa-calmodulina fosfatidilserinadipendenti dipendenti

Ca 2+

substrati per le diverse proteinchinasi

effetti biologici

calmodulina fosfatidilserina

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Recettori accoppiati a proteine G

• Definiti anche recettori metabotropici• Tutti contengono sette regioni transmembrana• Uno dei loop intracellulari è più grande degli altri ed interagisce con la proteina G• Proteina G è una proteina di membrana comprendente tre subunità (αβγ) (la sub. α ha attività GTP-asica) • Quando il trimero si lega al recettore occupato dall’agonista, la subunità α si dissocia ed attiva un effettore (enzima di membrana o canale ionico). In alcuni casi la subunità βγ può rappresentare l’attivatore. • L’attivazione dell’effettore viene terminata quando la molecola di GAT legata viene idrolizzata; ciò permette alla subunità α di combinarsi con βγ.• Vi sono molti tipi di proteine G che interagiscono con recettori diversi e controllano effettori diversi.• Esempi: mACh, adrenergici, neuropetidergici

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Effettori controllati dalle proteine G

• Adenilato ciclasi/cAMP (cAMP attiva varie proteina chinasi che controllano le funzioni cellulari in vari modi, determinandola fosforilazione di numerosi enzimi, trasportatori ed altre proteine

• Fosfolipasi C /inositolo trifosfato/diacilglicerolo (InsP3 aumenta il calcio citosolico libero, promuovendone il rilascio dai compartimenti intracellulari: Eventi: contrazione, secrezione attivazione enzimatica. DAG attiva la protein chinasi C che a sua volta fosforilanumerose proteine)

• La fosfolipasi A2 (e quindi la formazione dell’acido arachidonico)

•Canali ionici (canali del K+e del Ca2+, modificando così l’eccitabilità della membrana, la liberazione dei neurotrasmettitori, la contrattilità, ecc.)

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Recettori collegati alla chinasi

• Recettori per vari ormoni (es. insulina) e fattori di crescita, incorporano la tirosina chinasi nei loro domini intracellulari.• Tutti i recettori hanno un dominio extracellulare molto esteso per legare il ligando connesso, tramite una singola α−elica, alla regione catalitica• Generalmente la trasduzione del segnale implica la dimerizzazione dei recettori seguita da autofosforilazione dei residui tirosinici• Coinvolti nel controllo della crescita e differenziamento cellulare, e agiscono regolando la trascrizione genica.• Via Ras/Raf/Map chinasi per la divisione, la crescita ed il differenziamento cellulare.• Alcuni recettori ormonali sono collegati alla guanilato ciclasi

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Recettori steroidei

• I ligandi comprendono: ormoni steroidei, tiroidei, Vitamina D e acido retinoico• I recettori sono proteine nucleari e pertanto i ligandi devono entrare nella cellula• I recettori sono costituiti da un dominio conservato che lega il DNA, attaccato a domini dalla struttura variabile, siti di legame dei ligandi•Il dominio che lega il DNA riconosce sequenze specifiche di basi, attivando così geni specifici• Gli effetti sono prodotti come risultato dell’aumentata sintesiproteica e si instaurano quindi lentamente.