Tommaso Hinna Danesi. Interazioni: reversibili / irreversibili: dipende dal n di interazioni deboli che si instaurano.

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1 Farmacodinamica Farmacodinamica: come agisce un farmaco dopo essere arrivato al sito d azione, è quindi il meccanismo d azione del farmaco. Può essere considerato a vari livelli: - Sistemi corporei (organ i e apparati) - Componenti tissutali (effetto sulla funzione del tessuto) - Costituenti cellulari(traduzione del segnale) - Molecolare (interazione recettoriale e tipo di recettore) Interazioni farmaco recettore Interazioni: reversibili / irreversibili: dipende dal n di interazioni deboli che si instaurano. Recettori: macromolecole celulari gen. di natura proteica per riconoscere sost. chimiche e per generare risp. biologiche. Il recettore può essere: - enzima; - canale ionico - trasdutt di memb attivante un II mess - acido nucleico più farmaci possono reagire con lo stesso recettore in siti d azione differenti: recettori GABA barbiturici (ipnotici) + benzodiazepine (ansiolitici). Farmaco + Recettore Complesso farmaco-recettore (ottenuto per interazioni deboli) attività biologica R + X RX RX* evento biochimico effetto finale (RX* = complesso recett-farmac attivo) Studio dei recettori: 1) Curve di concentrazione - risposta (vitro); 2) Curve di dose risposta (vivo); Forniscono informazioni sull evento iniziale R + X RX 3) Interazione diretta farmaco recettore (Binding) analisi quantitativa del ligando marcato radioattivamente che lega il recettore in una preparazione. Prende in considerazione: K =[RX] / [X] [ R ] oppure K / K cost di a off on associazione; K d = 1/ K a cost di dissociazione; B max (Rt) = densità dei siti di legame (n max di molecole che posono legare il recettore K on = tempo per la formazione di RX K off = tempo di permanenza di RX 4) Isolamento, purificazione o clonazione la relazione tra [farmaco (X)] e formazione del complesso RX è simile all equazione di Michaelis Menten 1

2 Curve dose-risposta Curve concentrazione-risposta: relazioni tra concentrazione del farmaco in mm o peso per volume di soluzione Farmaco Potenza: posizione della curva sull asse delle ascisse, più la curva è a sx e minore è la [ ] del farmaco che produce un determinato effetto ( ). Gen si assume EC 50 (Effective concentration 50%) come [ ] del farmaco necessaria a produrre il 50% dell effetto massimo, in vivo si utilizza ED 50 (Effective dose 50%). Vengono espressi in mol/lit o meglio in pd2 = -log ED 50 E indice di potenza del farmaco l affinità per il recettore. Correlata alla formazione di R+X RX Efficacia: o attività intrinseca è la capacità del farmaco di dare inizio alla risposta biologica; entità massima dell effetto che il farmaco può produrre. Correlata all attivazione di RX RX* indicata con α Teoria dell occupazione: l effetto di un farmaco è al grado di occupazione del recettore quindi alla [RX] la curva dose-risposta curva interazione farmaco recettore; non è sempre così: -alcuni farmaci hanno un meccanismo di amplificazione del segnale molto potente nella cell che consente il raggiungimento dell effetto max con pochi recettori legati; -alcuni farmaci hanno bisogno di raggiungere la [ ] soglia perché si attivi il recettore (soglia di occupazione). 2

3 Vari tipi di recettore: Recettori di riserva: in un sistema in cui la risposta massima viene ottenuta dall occupazione di pochi recettori i recettori non impegnati nel legame e quindi inutilizzati vengono detti di riserva. a) Recettori intercellulari: trasduzione del segnale portato da ormoni lipofilici (steroidi, T 3, T 4, vit A vit D), sono proteine citosolubili, presenta tre domini: 1- dominio legante il ligando (term carbossilico), 2- dominio legante il DNA (lega le sequenze responsive elements), 3- dominio di attivazione della trascrizione (term aminico). Lo stato inattivato del recettore in assenza di ligando viene mantenuta da specifiche proteine inibitrici: HTS heat shock proteins. Questi recettori sono dipendenti da ligando (il ligando lega direttamente il recettore e lo attiva) o indipendenti da ligando (il ligando lega un primo recettore di membrana che tramite un secondo mess attiva il recettore intracell. Quand legano in DNA si dimerizzano. b) Recettori di membrana: trasducono il segnale da mediatori idrofilici che non sono in grado di attraversare la membrana lipidica. Trasduzione del segnale attraverso modificazioni biofisiche o tramite secondo mess. Vengono raggruppati in sei famiglie: i. Recettori canale: complessi transmembranari che formano un canale che da passaggio a ioni facendo variare le [ ] intcell di elettroliti e il potenziale di membrana. Vi appartengono i recettori colinergici nicotinici, recettore GABA a, recettore per la glicina, recettori NMDA e AMPA per il glutammato, recettore 5-HT3 per la serotonina. Trasducono il segnale rapidamente. ii. Recettori accoppiati a G protein: famiglia più numerosa di canali, sono quelli più utilizzati come bersaglio dei farmaci. L attivazione delle G protein ha come obiettivo generalmente adenilatociclasi, fosfolipasi con produzione di 2 mess (camp, IP 3, DAG). I 2 mess amplificano il segnale e gli effetti indotti possono durare anche minuti. Sono formati da un unica subunità a sette segmenti transmembranari. (recettori α,β adrnergici, recettori colinergici muscarinici, recettori dopaminergici, recettori per gli ormoni peptidici, recettori trombinici, recettori bradichininici, recettori PGE2, LT, TX, recettori per la visione rodopsina) iii. Recettori tirosinchinasici:recettori per le citochine e per i fattori di crescita. Sono recettori dotati di attività tirosinchinasica propria, il ligando lega il recettore nella porzione extracell, il recettore si dimerizza attivando la tirosin chiansi intrinseca che fosforica residui tirosinici sul versante citoplasmatica del recettore; questo porta all associazione del recettore on proteina citoplasmatiche che attraverso delle cascate inducono la cellula a differenziarsi e a proliferare. (recettori EGF, interleuchine etc.) iv. Recettori guanilato cilasi: poco rappresentati nei mammiferi, legano i peptici natriuretici e di una tossina ST di E Coli. Singola catena aminoailica che passa la membrana una sola volta, una volta attivato il recettore inizia la produzione di cgmp (2 mess) che da origine ad una cascata di eventi. Recettori per la visione) v. Recettori per l adesione cellulare: trasducono i segnali che provengono dalla matric3 per la differenziazione, la crescita, la forma della cellula e la loro posizione esatta nell organismo. Appartengonoa numerose famiglie: caderine, CAM, selectine e integrine. Hanno meccanismo d azione simile ai tirosinchinasicie (CAM FAK) e rec accoppiati alle 3

4 G protein (CAM MAP kinase), la peculiarità sta nel fatto che tutti hanno azione sul citoscheletro vi. Recettori per le citochine: due o più subunità, l attivazione è dovuta ad una dimerizzazione del recettore e successiva attivazione di tirosinkinase (JAK 2), consentono la separazione delle subunità STAT che attivano le reazioni acascata. (recettori per le interleuchine) M l [ Citochine: fattori di regolazione pleiotropici, che controllano nel sistema immunitario ed ematopoietico molte funzioni cellulari tra cui: proliferazione e differenziamento ]. Recettore β adrenergico: 7 segmenti intermembranari, dominio aminoacilico extracell lega il ligando, dominio carbossilico intracell lega la proteina G. il ligando lega il recettore, la Gprotein lega GTP si scinde la subunità G α che esplica la sua azione fosforilante sull adenilato cilasi che fa aumentare le [camp]intracell; il camp è substrato per la ptotein kinase A. Recettore colinergico muscarinico: 7 segmenti intermembranari dominio aminoacilico extracell che lega il ligando e dominio carbossilico intracell che lega una G protein. Il legame del ligando scinde la subunità G α della G proein che attiva come effettore secondario la fosfolipasi C, questa da origine alla cascata dell inositolo e produzione di DAG che a sua volta agisce come substrato per la Pkinase C. Recettore colinerico nicotinico: recettore ionotropo, formato da 5 subunità (α, α 1, β, γ, δ), ogni subunità è formata da 4 segmenti intermembranari, dominio aminoacilico e carbossilico extracell. Da diretto passaggio agli ioni (Ca++, K+, Na+) sensibile al Mg++. Fosforilazione proteica: legame covalente di un gruppo fosfato alla catena laterale di un aminoacido. Strategia regolativi più rappresentata nell organismo. È reversibile; le protein kinase incorporano gruppi fosfato, le proteine fosfatasi rimuovono gruppi fosfato. Lo satto di forforilazioe delle proteine itrcell viene alterato dai segnali extracell come ormoni, potenz d azione, farmaci o matrice extracell. La variazione di stato di fosforilazione può avvenire in maniera diretta (la sost agisce direttamente su un recettore ad attività fosforilante) o indirettamente attraverso 2 mess e cascate enzimatiche che in ultima analisi attivano delle proteine kinase o fosftasiche. Protein chiansi: 4

5 Kinase ser/tre Kinase tyr Kinase ser/tre/tyr Attivate da 2 mess Recettori di membr (insulina, Map kinase attivate da stimoli NGF, EGF) mitogeni attivate da modificaz covalente dell enzima Attivate da modificaz del substrato recettori di membr; a regolazione sconosciuta. Meccanismi di trasduzione del segnale: sono legati alla natura del recettore che riceve i segnale: Recettori canale trasduzione del segnale rapida per apertura del canale e variazione della [ elettroliti] intracell Recettori intracell trasduzione del segnale più lenta, il messaggero extracell passa la memb lipidica lega il recettore citosolico che viene trasportato al nucleo; trasduzione media Recettori ad attività fosforilante (adenilato cilcasica, guanilato ciclasica, tirosin chinatici) trasduzione del segnale lenta Recettori pe rle citochine inducono attività tirosin chiansica in altre proteine Recettori accoppiati a G protein trasduzione lenta, legano il messaggero extracell, inducono mediante attivaz di G protein l attività fosforilante defosforilante di altri enzimi. Modulazione delle risposte recettoriali: in relazione ad uno stato patologico o a particolari condizioni ambientali i recettori possonoa ndare in contro a fenomeni di adattamento. Assenza di segnale aumento del numero dei recettori Eccesso di segnale riduzione della capacità di risposta Tolleranza: scomparsa delle fficacia farmacologia dovuta ai fenomeni di adattamento delle risposte recettoriali. Velocità ed entità dello stato di tolleranza sono legati all intensità del trattamento farmacologico e al sistema recettoriale interessato. Tachifilassi: tolleranza che si instaura in poche ore o in pochi minuti. Tolleranza e tachifilassi possono essere dovuti: -alterazioni di rilascio di neuro trasmettitore -alterazione dei processi metabolici deputati all eleiminazione del farmaco. ES: paziente trattato con broncodilatatori (agonisti recettori β adrenergici) in corso di terapia l organismo va in contro ad adattamento, aumentando il n dei recettori, sarà necessario aumentare la dose per ottenere lo stesso effetto, l organismo anche in questo caso andrà incontro a tolleranza per la nuova dose. Se si interrompe il trattamento bruscamente il n dei recettori sarà troppo elevato per la quantità di catecolamine rilasciate endogenamente, il paziente andrà in contro a vasocostrizione. Trattamento cronico con agonisti riduzione della risposta recettoriale (desensitizzazione) Trattamento cornico con antagonisti aumento della risposta recettoriale (up regulation) 5

6 Desentizzazione: l esposizione persistente ad un agonista porta a riduzione dell effetto stimolatorio. Non è sempre negativa in anestesia è utile. Desensitizzazione omologa = perdita dell attività dello specifico recettore attivato Desensitizzazione eterologa = dopo attivazione prolungata di un sistema recettoriale si induce desensitizzazione anche degli altri recettori che utilizzano la stessa via di trsduzione del segnale La desensitizzazione può avvenire ai livelli: -riduzione dell affinità -incapacità di trasdurre il segnale (modulazione attività G protein) -riduzione nel numero delle molecole recettoriali. Down regulation: riduzione nel numero di recettori presenti, per il β-adrenergico se ne conoscono due: down reg rapida e down reg tardiva. Rapida = rimozione del recettore dalla membrana per endocitosi mediata da clatrina, si raggiunge il 50% dell effeto max. Tardiva = distruzione e/o riduzione ella sintesi del recettore. Il processo di produzione e rimozione del recettore è continuo, la cell conserva un pool di riserva di recettore da inviare alla membr, se l equilibrio tra i due sistemi si altera allora si avrà un aumento del n die recttori o una riduzione del n dei recettori. Desensitizzazione dei recettori canale: l agonista lega il recettore determinandone un cambiamento conformazionale, il canale risulta inattivo. È presente una desensitizzazione rapida ed una tardiva. È completamente reversibile. Desensitizzazione dei recettori accoppiati a G protein: perdita di affinità per l agonista, riduzione della capacità di attivare la G protein, down regulation. La desensitizzazione di tali recettori è modulata da fosforilazioni. Desensitizzazione dei recettori per i fattori di crescita: il recettore se fosforilato viene riconosciuto da proteine carrier e trasportato ai lisosomi dove viene distrutto. Desensitizzazione dei recettori intracell: down-regulation omologa, dipendente dall espressione del mrna codificante. Up-regulation: controllo in senso positivo della capacità di tradurre il segnale grazie ad un aumento del n di recettori sulla superficie cellulare. È importante solo nelle cell nervose e nelle cellule muscolari (aumento dei recettori β-adrenergico in seguito a denervazione). Farmaci con meccanismo chimico-fisico: Non tutti i farmaci hanno bisogno di un recettore per funzionare, è necessaria una [ ] più alta di farmaco e sono: - farm con proprietà osmotiche (lassativi, purganti salini, diuretici osmotici, sostituti delle proteine plasmatiche, agenti attivi osmoticamente per la riduzione della p endoculare nel glaucoma) - farm che hanno a attività acido-basica (antiacidi, farm che modificano il ph dell urina per variare la velocità di esecrezione per l eliminazione di farmaci ionizzabili); - agenti ossidanti e riducenti (disinfettanti, blu di metilene nel trattamento delle metaglobinemie, nitrito di sodio nell avelenamento da CO); 6

7 - farm che precipitano le proteine (astringenti, emostatici); - sost usate come barriere fisiche; - agenti chelanti; - anestetici generali; - surfactanti; - farm radioattivi e radiopachi Esempi di enzimi come primo sito d azione di un farmaco: Farmaco fisostigmina penicilline eparina aspirina tranilcipromina cefalosporine Enzima Achesterasi Transpeptidasi trombina PgH MAO batterica sintasi Esempi di farmaci con canali ionici come primo sito d azione: Farmaco Anestetici loc TTX saxitossina Inibitori canali Ca +2 Canale Na V-dep Na V-dep Na V-dep Canale Ca +2 V-dep Diazossido e simili Canale K V-dep Agonista: farmaco che lega un recettore di per sé generando una risposta biologica. Generalmente mima gli effetti dei composti endogeni. Gli agonisti si dividono in base ad α (valore dell attività intrinseca o efficacia del farmao): - Agonismo puro: α=1 il farmaco si comporta unicamente come agonista sul recettore; - Agonismo parziale: 0 < α > 1 il farmaco presenta dualismo, a determinate [ ] può comportarsi da agonista, ma in presenza dell agonista puro può comportarsi da antagonista competitivo. Antagonista: α=0 farmaco che lega un recettore e di per sé non ha attività biologica, ma che blocca parzialmente o totalmente l effetto di un agonista per lo stesso recettore. Viene utilizzato il ermine antagonista anche per farmaci che non agiscono sullo stesso recettore dell agonista, ma che producono un effetto opposto a quello di quest ultimo inibendolo. Si dividono in: - Competitivi = sormontabili, competono con l aginista per il sito di legame, opportune [agonista] permettono il raggiungimento degli effetti desiderati; spostano la curva dose-risposta parallelamente verso dx; aumenta la Ec50 apparente, am l effetto max non viene modificato - Non competitivi = insormontabili, lega in maniera irreversibile il sito di legame dell agonista o un sito differente inibendo permanentemente l azione dell agonista sul recettore, abbassa la curva dose-risposta deprimendo il valore dell effetto max, la EC50 apparente del farmaco non viene modificata. 7