Fondamenti di Chimica Farmaceutica. Inibizione enzimatica

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1 Fondamenti di Chimica Farmaceutica Inibizione enzimatica

2 Cinetica enzimatica E + S k 1 k 1 ES k2 E + P La reazione catalizzata dall enzima avviene in due passaggi: la formazione del complesso enzima-substrato: una reazione per la quale si stabilisce un equilibrio; la formazione del prodotto: una reazione invece irreversibile, perché il prodotto viene continuamente rimosso.

3 Cinetica enzimatica E + S k 1 k 1 ES k2 E + P ES è un intermedio di reazione con bassa energia di attivazione per l effetto catalitico dell enzima. ES raggiunge uno stato di equilibrio dinamico e la sua concentrazione si mantiene costante nel tempo; si raggiunge così uno stato stazionario (steady state).

4 Cinetica enzimatica L equazione di Michaelis Menten v = v max[s] k M + [S] La velocità dipende dalla concentrazione del substrato e, attraverso v max dalla quantità di enzima. v max è la velocità massima della reazione che viene raggiunta quando tutto l enzima disponibile è complessato dal substrato. k M è una caratteristica dell enzima ed è uguale alla concentrazione del substrato quando v = 1/2v max k M misura l efficienza dell enzima, quanto più è piccolo, tanto più l enzima è potente.

5 Cinetica enzimatica L equazione di Michaelis Menten

6 Inibizione enzimatica I farmaci che hanno come bersagli gli enzimi in genere agiscono come inibitori. Sono molecole che inibiscono, cioè bloccano, l enzima. Il meccanismo più comune è quello di andare ad occupare il sito catalitico, impedendo così al substrato di entrare, senza alcuna formazione di prodotti.

7 Inibizione enzimatica I farmaci che hanno come bersagli gli enzimi in genere agiscono come inibitori. Sono molecole che inibiscono, cioè bloccano, l enzima. Il meccanismo più comune è quello di andare ad occupare il sito catalitico, impedendo così al substrato di entrare, senza alcuna formazione di prodotti.

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9 Inibizione enzimatica Un inibitore enzimatico può essere: reversibile, quando l inibitore si lega all enzima attraverso forze intermolecolari non covalenti ed in questo modo il legame è reversibile; si stabilisce un equilibrio tra farmaco legato e non legato E + I EI irreversibile, quando l inibitore si lega all enzima attraverso un legame covalente e blocca l enzima permanentemente E + I EI

10 Inibizione enzimatica Gli inibitori irreversibili si legano in genere a gruppi OH (es. serine) o SH (cisteine) di residui aminoacidici dell enzima attraverso un meccanismo di sostituzione nucleofila. In genere si cerca di evitare l uso di inibitori irreversibili, spesso fonte di effetti collaterali non facilmente controllabili.

11 Inibizione enzimatica IC 50 Concentrazione di inibitore richiesta per ridurre del 50% l attività dell enzima Ki Costante dell equilibrio: EI E + I EC 50 Concentrazione di inibitore richiesta per ridurre del 50% l effetto dell enzima

12 Inibitori competitivi Gli inibitori reversibili possono avere vari profili farmacologici: competitivi: interagiscono allo stesso sito del substrato e competono con esso, finché l inibitore rimane ancorato al sito il substrato non può essere trasformato; non competitivi: interagiscono ad un sito allosterico, non competono con il substrato ma attraverso adattamento indotto modificano il sito catalitico ed impediscono al substrato di legarsi; incompetitivi: si legano al complesso substrato enzima una volta che esso si è formato.

13 Inibitori competitivi In presenza di un inibitore competitivo si stabiliscono due equilibri in competizione: E + S ES E + P E + I EI E + P Il processo globale: EI + S E + S + I ES +I E + P+ I

14 Inibitori competitivi L inibitore competitivo può essere spiazzato aumentando il livello del substrato naturale.

15 Inibitori competitivi L equazione di Michaelis Menten in presenza di un inibitore competitivo diventa: v = v max [S] k M (1 + I k I ) + [S] k I è il rapporto tra le costanti cinetiche inversa e diretta della reazione di formazione del complesso EI

16 Inibitori competitivi L effetto dell inibitore competitivo è quello di far aumentare K m come se l enzima fosse diventato meno efficace.

17 Grafico di Lineweaver-Burk Invertendo i due termini dell equazione di Michaelis- Menten si ottiene una relazione lineare tra 1/V e 1/[S]. Equazione di Michaelis-Menten V = V max [S]/([S] + K M ) Grafico di Lineweaver-Burk 1/V = 1/ V max + K M /(V max [S]) Riportando in grafico 1/V vs 1/[S] si ottiene una retta di pendenza Km/Vmax, che incrocia l asse delle ordinate al valore 1/Vmax e quello delle ascisse al valore -1/Km.

18 Grafico di Lineweaver-Burk

19 Inibitori non competitivi Gli inibitori non competitivi sono quelli che pur legandosi reversibilmente non competono con il substrato. L aumento della concentrazione di substrato quindi non spiazza questo tipo di inibitori dall enzima. Gli inibitori reversibili non competitivi sono in genere degli inibitori allosterici. Tuttavia in alcuni casi anche l inibizione allosterica può essere competitiva. Possono essere considerati non competitivi anche tutti gli inibitori irreversibili. L effetto dell inibitore non competitivo è quello di impedire ad una parte di enzima di interagire con il substrato: è come se ci fosse minor quantità di enzima.

20 Inibitori non competitivi L equazione di Michaelis-Menten in presenza di inibitore non competitivo diventa: v max (1 + I [S] ) k v = I k M + [S] La presenza dell inibitore non competitivo in pratica abbassa il valore di V max, lasciando invariato k M. E come se ci fosse meno enzima con la stessa efficacia.

21 Inibitori non competitivi

22 Inibitori non competitivi

23 Inibitori incompetitivi

24 Grafico di Lineweaver-Burk

25 Grafico di Lineweaver-Burk

26 Inibitori irreversibili Esempi di inibitori irreversibili sono i gas nervini, le penicilline (solo nei batteri). L Orlistat è un inibitore irreversibile della lipasi pancreatica usato nella cura dell obesità.