Farmacodinamica. Mariapia Vairetti. Dipartimento di Medicina Interna e Terapia Sezione di Farmacologia e Tossicologia Cellulare e Molecolare

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1 Farmacodinamica Mariapia Vairetti Dipartimento di Medicina Interna e Terapia Sezione 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 intensità dell 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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3 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 farmacorecettore 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)

4 Tipi di bersaglio Effettori Recettori Colinergico nicotinico Beta-adrenergico Istaminergico (H1) Istaminergico (H2) Oppiaceo (µ) 5-HT2 (serotonergico) Dopaminergico (D2) Insulina Progesterone Agonisti Acetilcolina Nicotina Noradrenalina Istamina Impromidina Morfina 5-HT (serotonina) Dopamina Insulina Etinilestradiolo Antagonisti Tubocurarina Propanololo Mepiramina Ranitidina Naloxone Ketanserina Clorpromazina Sconosciuto Tamoxifene

5 Tipi di bersaglio Effettori Canali Ionici Na+, voltaggio-attivato Na+, tubulo renale K+, ATP-sensibile Cl -, GABA-Attivato Enzimi Bloccanti Anestetici locali Tetrodotossina Amiloride ATP Picrotossina Inibitori Modulatori Veratridina Aldosterone Sulfaniluree Benzodiazepine Falsi substrati Ciclo-ossigenasi Aspirina Xantina ossidasi Allopurinolo Diidrofolato reduttasi Trimetropin Tipi di bersaglio Trasportatori Inibitori Acidi deboli (tubulo renale) Cotrasportatore Na+/K+/2Cl- (ansa di Henle) Pompa protonica (mucosa gastrica) Probenecid Diuretici dell ansa (furosemide) Omeprazolo

6 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 proteina recettoriale mutano in seguito al legame con il composto

7 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

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

9 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 è l'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 energia b) numero di legami elevato c) la superficie della molecola di farmaco e quella del recettore sono chimicamente complementari l una all altra La specificità dell interazione FR: a) complementarietà FR b) concentrazione del F

10 Tipi di legami a bassa energia a) Legami ionici b) Ponti di idrogeno c) Forze di van der Waals

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14 I recettori possono essere eterogenei? Molto spesso un dato recettore è costituito da più sottotipi (recettori eterogenei) e il farmaco in esame non è dotato di sufficiente specificità per discriminare tra le popolazioni cellulari.

15 !$ %!&' (& %)*$&' $-! " " #" #" α#α β#β#β (#(#(#( )+,#)+,#)+,#) +,!"( # " #. #. / 0 / 0 #/ 0 0 / $ # # Qual'è la localizzazione dei recettori? a) recettori di membrana (recettori accoppiati a proteine G, recettori canale, recettori ad attività tirosino-chinasica, ad attività guanilato ciclasica, recettori per le citochine) b) recettori intracellulari (recettori per gli ormoni steroidei 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)

16 Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Localizzazione Membrana Membrana Membrana Nucleo Effettore Canale Enzima o canale Enzima Trascrizione genica Accoppiamento Diretto Proteina G Diretto Attraverso il DNA Esempi nachr Recettore Gaba A machr Recettori adrenergici Recettori dell insulina Recettore steroideo/tiroideo 4$ - 9)," &&&/ & 7 8' & ) 8 1 %' 1/ 1/ 1/ 0 ) 1 %' 1 )$- 1 0)$- & &&$ 15$ 1* 5$6 4& 12$ 12$ 13(

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20 Recettori collegati a canali ionici Definiti anche recettori ionitropici Coinvolti principalmente nella trasmissione sinaptica veloce Sono proteine contenenti circa 20 domini trasmembrana organizzati 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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25 LE PROTEINE G Recettori per: Effettori G S amine-adrenergiche, istamina, adenilatociclasi (>AMPc) 5-HT,glucagone G i1,g i2,g i3 amine α-adrenergiche, Ach (muscar.), adenilatociclasi (<AMPc) 5-HT, oppioidi e molti altri apertura canali K + ( frequenza cardiaca) G q ACh (muscarinici), 5-HT, bombesina fosfolipasi C ( IP 3, DAG, e molti altri Ca ++ citoplasmatico) G o neurotrasmettitori cerebrali (non ancora non ancora chiaro identificati in modo specifico) G t, G o fotoni, odoranti GMPc (fototrasduzione)

26 Cascata amplificatrice 1 messaggero neurotrasmettitori - ormoni recettori proteine G adenilatociclasi guanilatociclasi fosfolipasi canali ionici 2 messaggero IP3 camp cgmp Ca 2+ calmodulina Ca 2+ fosfatidilserina proteinchinasi A proteinchinasi G proteinchinasi proteinchinasi Ca-calmodulina fosfatidilserina dipendenti dipendenti 3 messaggero substrati per le diverse proteinchinasi effetti biologici

27 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

28 Effettori controllati dalle proteine G Adenilato ciclasi/camp (camp attiva varie proteina chinasi che controllano le funzioni cellulari in vari modi, determinando la 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 fosforila numerose 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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31 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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34 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 sintesi proteica e si instaurano quindi lentamente.

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