METABOLISMO REAZIONI DI FASE II REAZIONI DI FASE I. reazioni di funzionalizzazione. reazioni di coniugazione

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1 METABOLISMO REAZIOI DI FASE I REAZIOI DI FASE II reazioni di funzionalizzazione reazioni di coniugazione Per ottenere dei metaboliti più polari e, in particolare nel caso delle reazioni di coniugazione, a metaboliti ionizzati a ph fisiologico: il conferimento di queste caratteristiche determinerà un aumento dell idrofilia del farmaco, promuovendone l eliminazione per via renale e/o biliare.

2 Localizzazione subcellulare degli enzimi coinvolti nelle principali reazioni metaboliche della Fase I e II Reazioni della Fase I Localizzazione subcellulare

3 Localizzazione subcellulare degli enzimi coinvolti nelle principali reazioni metaboliche della Fase I e II Reazioni della Fase II Localizzazione subcellulare

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5 reazioni di funzionalizzazione

6 CYP: il più importante sistema enzimatico che catalizza le reazioni di ossidazione dei farmaci Diverse isoforme del localizzate a livello delle membrane del reticolo endoplasmatico delle cellule epatiche di altri tessuti quali quello intestinale, polmonare e renale. E una emoproteina costituita da un coenzima, la protoporfirina IX e da una parte proteica che varia a seconda della isoforma presa in considerazione.

7 Reazioni catalizzate dai CYP ATTIVITÀ MOOSSIGEASICA C-ossidazione (C-sp 3, C-sp 2 e C-sp) -ossidazione S-ossidazione O-ossidazione ATTIVITÀ OSSIDASICA formazione di anione superossido (O 2 ) ATTIVITÀ IDROPEROSSIDASICA ATTIVITÀ REDUTTASICA CYP si comporta da monossigenasi, trasferendo dall ossigeno molecolare un atomo di ossigeno al substrato (RH o R), con la contestuale riduzione del secondo atomo di ossigeno ad acqua

8 Ciclo catalitico del citocromo P450

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10 Ossidrilazione alifatica e ossidazione alcolica del losartan.

11 Epossidazione e ossidrilazione aromatica.

12 Esempio di -dealchilazione e -ossidazione.

13 -ossidazione e S-ossidazione.

14 Reazioni di ossidazione degli anestetici fluorurati.

15 Idrolisi del valaciclovir.

16 reazioni di funzionalizzazione

17 reazioni di coniugazione Reazioni di coniugazione Molecola endogena trasferita Enzima Glucuronazione Acido glucuronico Glucuronil-transferasi (UGT) Solfatazione Fosforilazione Ione solfato Ione fosfato Aril-solfotransferasi (SULT1) Alcol-solfotransferasi (SULT2) Fosfotransferasi O-metilazione -metilazione S-metilazione Metile O-metiltransferasi - metiltransferasi S- metiltransferasi Acetilazione Acetile -acetiltransferasi O- acetiltransferasi Coniugazione con aminoacidi Coniugazione con il glutatione Glicina e altri aminoacidi Glutatione Ligasi + -aciltransferasi Glutatione-transferasi (GT)

18 Coniugazione con acido glucuronico. UDP-GLUCUROILTRASFERASI pka= 2,9-3,1 β α ACIDO URIDI-5 -DIFOSF0-α-D-GLUCUROICO

19 Coniugazione con acido glucuronico. ISTABILI STABILI ESCREZIOE

20 Figure 1. The glucuronidation system in the endoplasmic reticulum. Substrates (X-OH) enter the lumen by diffusion (A), and UDPGA is transported via the UDPGA/UDP- GlcAc antiporter (UGTrel7, B). Following the conjugation reaction, the glucuronide products (X- O-GA) are removed from the lumen by glucuronide transporter(s) (C). UDPGA: Uridine diphosphateglucuronic acid; UDP- GLcAc: UDP-acetylglucosamine.

21 Reattività degli acilglucuronidi. SITI UCLEOFILI TRASFERIMETO

22 Coniugazione con solfato. Aril-solfotransferasi (SULT1) Alcol-solfotransferasi (SULT2) FEOLI-ALCOLI IDROSSILAMIE IDROSSILAMIDI AMIE PRIMARIE AMIE SECODARIE 3 -FOSFOADEOSIA-5 FOSFOSOLFATO

23 Coniugazione con solfato. pka= 1-2

24 Coniugazione con aminoacidi. oppure ACILSITASI ACIL COEZIMA A

25 Coniugazione con aminoacidi.

26 Acetilazione -acetilcisteina AMIE AROMATICHE PRIMARIE IDRAZIE IDRAZIDI SOLFOAMIDI AMIE ALIFATICHE

27 Acetilazione Bloccante canali al a + Bloccante canali al K + Farmacodinamica Tossicità (-ossidazione, acetilatori lenti e veloci)

28 POLIMORFISMO GEETICO VARIABILITA 20-80%

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31 FARMACOGEETICA Lo studio della variabilita di risposta a un farmaco dovuta a fattori genetici, negli individui o a livello di popolazione Friedrich Vogel, 1959

32 FARMACOGEOMICA La determinazione e l analisi del genoma (DA) e dei suoi prodotti (RA e proteine) allo scopo di correlare queste informazioni con lo stato o la risposta al farmaco presente a livello cellulare, tissutale, di individuo o di popolazione, al fine di individuare nuovi bersagli terapeutici, scoprire e sviluppare farmaci o studiare la risposta ad essi.

33 Coniugazione col GSH GLUTATIOE TRASFERASI SPECIE MOLTO REATTIVE CHE FORMAO CO IL GSH METABOLITI STABILI E O TOSSICI AZIOE DETOSSIFICATE CHIOI CHETOI α-β-isaturi EPOSSIDI ALOALCAI ITROALCAI

34 Metilazione COFATTORE FEOLI (CATECOLI) AMIE EDO-ESOCICLICHE) TIOLI

35 COMT: catecol-o-,metiltransferasi Metilazione

36 ESCREZIOE REALE EPATICA

37 Filtrazione glomerulare (20% componente acquosa del sangue) un azione selettiva in base alle dimensioni e alla carica elettrica delle molecole (~5000 Da) farmaco legata alle proteine plasmatiche non può essere filtrata e di conseguenza non può essere eliminata Escrezione a livello del tubulo prossimale Escrezione attiva Meccanismo saturabile * Sistemi di trasporto (anionici/cationi; Es. aspirina e penicillina oppure morfina e atropina) Processi di riassorbimento attivo e passivo *utile a scopi farmacocinetici

38 Processi di riassorbimento passivo e ph Percentuale delle forme indissociata e dissociata, in funzione del ph delle urine (tratto evidenziato: ph 4,5-8,5) di un modello di farmaco con caratteristiche acide (acido benzoico, pk a = 4,2).

39 VIA EPATICA La via di eliminazione epatica dei farmaci si basa sulle due principali funzioni svolte dal fegato: 1)il metabolismo 2)escrezione attraverso la via biliare (sistemi di trasporto attivo per i composti anionici, cationici, degli acidi biliari e dei composti neutri Es. ABCC2 ). CIRCOLO ETEROEPATICO: quando i farmaci e/o i loro metaboliti coniugati (in particolare i glucuronidi), una volta escreti attraverso la via biliare nell intestino, vengono di nuovo riassorbiti riportando il farmaco dapprima nella circolazione ematica e successivamente, attraverso la vena porta, nel fegato FARMACOCIETICA

40 CLEARACE REALE volume di plasma che viene depurato nell unità di tempo Clearance (ml/min) = U x V P U= Concentrazione di farmaco nell urina V= volume-flusso urina in 1 minuto P= concentrazione di farmaco nel plasma

41 ALTRE VIE DI ELIMIAZIOE escrezione polmonare (Es. composti gassosi e i composti liquidi con elevata volatilità) escrezione salivare escrezione cutanea (sudore) escrezione con il latte materno (Es. antibiotici, gli ormoni steroidei e i farmaci neurotropi, nicotina, alcol)

42 RICAPITOLADO. Tipo di reazione FASE I Idrolisi Ossidazione Riduzione Metilazione FASE II Coniugazione Aumento di idrofilia Piccolo Aumento Meccanismo generale Conseguenze Esposizione di gruppi funzionali Può portare all attivazione metabolica Addizione di un composto polare ad un gruppo funzionale Facilita l escrezione

43 PROGETTAZIOE DEI FARMACI FARMACOCIETICA = FARMACI + SICURI ED EFFICACI

44 La maggior parte dei farmaci presenta ordinariamente un attività farmacodinamica e a seguito del metabolismo, da origine a metaboliti chimicamente stabili e privi di qualsiasi attività o, in alternativa, a dei metaboliti caratterizzati da un attività farmacodinamica che può essere minore, uguale o anche maggiore del farmaco genitore. Farmaci ordinari Attività farmacodinamica Metaboliti stabili Metaboliti reattivi Attività farmacodinamica dei metaboliti SI SI Variabile Variabile

45 Attivazione Farmaco Reazione Metabolita Conseguenza metabolica farmacologica H 2 SO 2 H 2 H 2 azoriduzione H 2 SO 2 H 2 solfanilammide diventa antibatterico prontosil O O O OH OH HO OH OH O riduzione di chetoni ciclici O diventa corticosteroide immunosoppressivo prednisone prednisolone

46 Esempio di metabolismo con formazione di metaboliti attivi

47 Cambio di attività Farmaco Reazione Metabolita Conseguenza metabolica farmacologica O H H CH 3 CH 3 -dealchilazione O H H 2 antidepressivo trasformato in antitubercolare iproniazide isoniazide CH 3 O HO HO O CH 3 O-demetilazione HO O CH 3 analgesico trasformato in narcotico codeina morfina

48 Il farmaco duro è definito come una sostanza biologicamente attiva che, dopo aver esercitato l attività farmacodinamica, per le sue caratteristiche chimico-fisiche, non subisce signi Farmaci duri Attività farmacodinamica Metaboliti stabili Metaboliti reattivi Attività farmacodinamica dei metaboliti SI O O O FARMACO SEZA METABOLITI

49 Il farmaco morbido è definito come una sostanza biologicamente attiva che, dopo aver esercitato l attività farmacodinamica, subisce in vivo, in modo prevedibile, una trasformazione metabolica formando dei metaboliti inattivi e non tossici. Farmaci morbidi Attività farmacodinamica Metaboliti stabili Metaboliti reattivi Attività farmacodinamica dei metaboliti SI SI O O FARMACO CO METABOLITI IATTIVI

50 Metabolismo di farmaci e attività farmacologica Disattivazione Farmaco Reazione Metabolita Conseguenza metabolica farmacologica O O O H H O idrossilazione aromatica O H H O OH perdita dell attività ipnotica fenobarbital 4-idrossifenobarbital Cl Cl CH 3 -ossidazione O CH 3 perdita dell attività antistaminica clorciclizina clorciclizina -ossido

51 Differenze dei processi metabolici in funzione della specie Metabolismo della glibenclamide dipendente dalla specie azione ipoglicemizzante

52 Metaboliti dell Amfetamina nelle urine umane

53 Metabolismo della Clorpromazina 7-Hydroxy-chlorpromazin Chlorpromazin S Chlorpromazin-S-oxid O HO S Cl S H 3 C Cl H 3 C CH 3 H 3 C Cl CH 3 CH 3 7-Hydroxy-chlorpromazin-S-oxid 7-Hydroxy-desmethyl-chlorpromazin HO S Desmethyl-chlorpromazin S HO O S Cl Cl Cl H CH 3 H CH 3 H 3 C CH 3

54 Metabolismo della Clorpromazina 7-Hydroxy-desmethyl-chlorpromazin HO S Desmethyl-chlorpromazin S 7-Hydroxy-chlorpromazin-S-oxid O Cl Cl HO S H H Cl CH 3 CH 3 H 3 C CH 3 7-Hydroxy-nor-chlorpromazin HO S or-chlorpromazin S 7-Hydroxy-desmethyl-chlorpromazin-S-oxid O Cl Cl HO S H H H H H Cl CH 3 Coniugato or-chlorpromazin -glucoronide Coniugato