Interacao-Farmaco-Receptor-Fases-Farmaceutica-Farmacocinetica-Farmacodinamica

Professor Pedro Pinheiro Rio de Janeiro INTERAÇÃO FÁRMACORECEPTOR I FASE FARMACÊUTICA DOSE Desintegração da forma farmacêutica Dissolução da substância ativa Fármaco disponível para absorção Disponibilidade farmacêutica Fármaco disponível para ação Disponibilidade biológica II FASE FARMACOCINÉTICA Absorção Distribuição Metabolismo Excreção III FASE FARMACODINÂMICA INTERAÇÃO FÁRMACO RECEPTOR EFEITOS Figura 1 Fases importantes da ação dos fármacos Fonte Korolkovas Burckhalter 1988 Experimentos com Músculo Esquelético Isolado flow in flow out nicotine rise in tension Estudo In vitro com strips de músculo da perna de sapos estimulados por Eletricidade Nervo Nicotina Efeito do curare em animais John N Langley 1900 RECEPTIVE SUBSTANCE dltubocurarina Paul Ehrlich e o princípio da Toxicidade Seletiva 1913 Receptive substance Usada como alvo por substâncias seletivas P Ehrlich 1909 The discoveries of those uncivilized peoples represented the sum of limitless testing of thousands of natural materials By contrast with their selection of medicines by pure chance we have to find first certain compounds for example some arsenic derivatives which show at least a low degree of therapeutic effect Once this is done through more or less laborious tests the purely empirical screening is replaced by preparing chemical variations homologs and other derivatives whose efficacy has to be tested But even at best chemical drugs are not magic bullets and will not always hit only the center of the target that is the diseasecausing organisms Moreover nothing is as simple as to ascertain the lethal or the maximal welltolerated dose and the curative dose in a given animal species In humans the determination of dosages is infinitely more difficult as one has to start with low doses and increase them gradually until they become therapeutically active This is further aggravated by the occurrence of congenital or acquired idiosyncrasies from most medicines and it cannot justly be demanded that a decision be made within a few months as to the merits or demerits of such new agents Prêmio Nobel FisiologiaMedicina 1908 Magic Bullets Alvos da ação de Fármacos Receptors 45 Unknown 7 Ion channels 5 Nuclear receptors 2 Enzymes 28 Hormones and factors 11 Nucleic acids 2 Nature Reviews Drug Discovery Receptores Farmacológicos Biorreceptores São macromoléculas geralmente protéicas presentes na membrana plasmática ou no interior das células citoplasma e núcleo Em geral proteínas menos freqüentemente ácidos nucléicos DNA RNA partes de complexos lipoprotéicos membranas Ao interagirem com os fármacos ou outros ligantes específicos desencandeiam alterações biomoleculares que modificam a função celular eg ativação ou inibição da transcrição gênica divisão e diferenciação celulares Modulação de canais iônicos entre outras Função Básica dos Biorreceptores Iniciadores da Transdução de Sinal Estímulo Extracelular RECEPTOR Sinais Intracelulares Alteração da Função Celular Resposta Biológicafarmacológica Receptores Fisiológicos 1Ligandgated ion channels ionotropic receptors 2Gproteincoupled receptors metabotropic 3Kinaselinked receptors 4Nuclear receptors Hyperpolarisation or depolarisation Change in excitability Second messengers Protein phosphorylation Gene transcription Protein synthesis Protein synthesis Cellular effects Cellular effects Cellular effects Cellular effects Time scale Milliseconds Seconds Hours Hours Examples Nicotinic ACh receptor Muscarinic ACh receptor Cytokine receptors Oestrogen receptor A estrutura primária é determinada pela sequência de aminoácidos que compõem a cadeia polipeptídica A estrutura secundária é determinada pela interações de ligação de hidrogênio A estrutura terciária é determinada por interações de aminoácidos que estão relativamente distantes no arcabouço da proteína como ligações iônicas e ligações de dissulfeto covalentes A estrutura quaternária é determinada pelas interações de ligação entre duas ou mais subunidades proteicas independentes Receptores Fisiológicos A GUIDE TO THE TWENTY COMMON AMINO ACIDS AMINO ACIDS ARE THE BUILDING BLOCKS OF PROTEINS IN LIVING ORGANISMS THERE ARE OVER 500 AMINO ACIDS FOUND IN NATURE HOWEVER THE HUMAN GENETIC CODE ONLY DIRECTLY ENCODES 20 ESSENTIAL AMINO ACIDS MUST BE OBTAINED FROM THE DIET WHILST NONESSENTIAL AMINO ACIDS CAN BE SYNTHESISED IN THE BODY Chart Key ALIPHATIC AROMATIC ACIDIC BASIC HYDROXYLIC SULFURCONTAINING AMIDIC NONESSENTIAL ESSENTIAL Chemical Structure single letter code NAME A three letter code DNA codons ALANINE A Ala GCT GCC GCA GCG GLYCINE G Gly GGT GGC GGA GGG ISOLEUCINE I Ile ATT ATC ATA LEUCINE L Leu CTT CTC CTA CTG TTA TTG PROLINE P Pro CCT CCC CCA CCG VALINE V Val GTT GTC GTA GTG PHENYLALANINE F Phe TTT TTC TRYPTOPHAN W Trp TGG TYROSINE Y Tyr TAT TAC ASPARTIC ACID D Asp GAT GAC GLUTAMIC ACID E Glu GAA GAG ARGININE R Arg CGT CGC CGA CGG AGA AGG HISTIDINE H His CAT CAC LYSINE K Lys AAA AAG SERINE S Ser TCT TCC TCA TCG AGT AGC THREONINE T Thr ACT ACC ACA ACG CYSTEINE C Cys TGT TGC METHIONINE M Met ATG ASPARAGINE N Asn AAT AAC GLUTAMINE Q Gln CAA CAG Fonte wwwcompoundchemcom Interação fármacoreceptor EFEITO FARMACOLÓGICO RECEPTOR FÁRMACO COMPLEXO FÁRMACORECEPTOR A grande maioria dos fármacos desencadeia seu efeito farmacológico através da interação uma proteína Interação fármacoreceptor A ligação de um fármaco a um receptor é determinada pelas seguintes forças 1 Ligações de hidrogênio 2 Ligação iônica 3 Interações dipolares 4 Forças de van der Waals 5 Ligação Covalente 6 Interações hidrofóbicas RECONHECIMENTO MOLECULAR FÁRMACOBIORRECEPTOR COMPLEMENTARIDADE MOLECULAR Emil Fischer 1894 MODELO CHAVEFECHADURA Representação tridimensional do complexo da acetilcolinesterase AChE com o inibidor tacrina com destaque para os resíduos de aminoácidos que compõem o sítio receptor Teoria do Encaixe Induzido Koshland 1998 Ligante Receptor Modificação do ambiente molecular sítio receptor Seleção da conformação do ligante reconhecimento Rockwell et al 1996 Aspectos quantitativos da interação fármacoreceptor Respostas quantitativas da interação fármacoreceptor se relacionam a 4 fatores Afinidade estabilidade do complexo fármaco receptor Atividade intrínseca agonistas vs antagonistas Potência concentração necessária para promover uma resposta Eficácia intensidade da resposta Aspectos quantitativos da interação fármacoreceptor curvas doseresposta Curvas DoseResposta são usadas como método gráfico para apresentar dados descritivos da habilidade do fármaco de produzir ou alterar efeitos fisiológicos Interação fármacoreceptor lei de ação das massas Relações entre concentração e efeito do fármaco A ou fármaco ligado a receptor B Lei de ação das massas a resposta farmacológica é proporcional à ocupação dos receptores Aspectos quantitativos da interação fármacoreceptor afinidade A afinidade de um fármaco para seu receptor determina a estabilidade do complexo fármacoreceptor quanto maior a afinidade mais estável o complexo É representada pela constante de dissociação KD É inversamente proporcional à afinidade quanto menor o KD maior a afinidade indica a concentração necessária para a ocupação de 50 dos receptores Aspectos quantitativos da interação fármacoreceptor eficácia A eficácia reflete a capacidade de um fármaco de ativar um receptor e desencadear uma reação celular Um fármaco pode ser um agonista pleno desencadeando uma resposta completa em determinada concentração Um fármaco com menos eficácia no mesmo receptor pode não desencadear uma resposta completa com qualquer dose Fármacos que interagem com receptores podem ser agonistas ou antagonistas Regulação da atividade de um receptor em função da sua conformação Agonista total Agonista parcial Antagonista Agonista inverso Nomenclatura baseada no perfil de eficácia dos fármacos Aspectos quantitativos da interação fármacoreceptor potência A potência é definida pelo exemplo abaixo Quando dois fármacos produzem respostas equivalentes o fármaco cuja curva de doseresposta está situada à esquerda da outra ie a concentração que produz a metade do efeito máximo EC50 é menor é considerado mais potente Relação entre ocupação de receptores e resposta farmacológica Relação não linear entre ocupação de receptores e curva doseresposta receptores de reserva Há um efeito máximo numa dose de agonista mais baixa do que a necessária para saturação dos receptores EC50 KD Relação entre ocupação de receptores e resposta farmacológica agonistas parciais Interação entre agonistas totais e parciais ocupação de receptores Interação entre agonistas totais e parciais Efeito na resposta final Agonistas parciais e agonistas inversos que interagem sintopicamente com um agonista pleno comportamse como antagonistas competitivos Tipos de Antagonismo Antagonistas Antagonistas dos receptores Antagonistas sem receptores Ligação ao sítio ativo Ligação alostérica Reversível Irreversível Reversível Irreversível Antagonista competitivo Antagonista competitivo no sítio ativo Antagonista alostérico nãocompetitivo Antagonista químico Antagonista fisiológico Antagonismo competitivo reversível Há EC50 do agonista em função do Antagonista Antagonismo competitivo Antagonismo competitivo irreversível Há EC50 e eficácia do agonista em função do Antagonista Antagonismo competitivo Curva hipotética de concentraçãoocupação de receptores de um agonista na presença de A Antagonista competitivo reversível B Antagonista competitivo irreversível Efeito de antagonistas sobre a resposta de um agonista ou de um agonista inverso Moduladores alostéricos não competitivos VARIABILIDADE FARMACODINÂMICA FARMACODINÂMICAS INDIVIDUAL E POPULACIONAL A variabilidade da resposta farmacodinâmica da população pode ser analisada construindose uma curva quântica de concentração efeito Os indivíduos variam quanto à magnitude de suas respostas à mesma concentração de um único fármaco ED50 dose do fármaco necessária para produzir determinado efeito em 50 da população LD50 dose letal mediana determinada nos estudos préclínicos dos fármacos em animais de laboratório Avaliação da segurança de um fármaco Medida da Toxicidade DL50 Índice Terapêutico DL50 DE50 Desvantagens Avalia exclusivamente a letalidade e em animais Não avalia reação idiosincráticas Margem de Segurança DL1 DE99 Faixa Terapêutica mais adequada para a segurança clínica DTmin DEmin IT ou FT 2 Requer Monitorização TIPOS DE RECEPTORES E MECANISMOS DE TRANSDUÇÃO Existem diferentes tipos de receptores com os quais ligantes endógenos e fármacos podem interagir 1 Receptores ligados a canais iônicos 2 Receptores acoplados a proteína G 3 Receptores transmembrana com domínios citosólicos enzimáticos 4 Receptores intracelulares Canais Iônicos Humanos expressam cerca de 232 canais iônicos para regular precisamente os fluxos de Na K Ca2 e Cl através da membrana celular O receptor nicotínico da acetilcolina é um exemplo de um canal iônico controlado por ligante Canais Iônicos Modelo experimental do receptor nicotínico da acetilcolina Receptores Acoplados a Proteína G Transmembrane αhelices Gβγ binding region Ligand binding region Gα binding Amino acid chain Receptores Acoplados a Proteína G Inactive GPCR Precoupled GPCRG protein complex Activated AgonistGPCRG protein complex Full agonist Class A GPCR Class A GPCR Gα GDP Gβ Gγ Class A GPCR Gα Gβ Gγ GTP Receptores Acoplados a Proteína G RGS Regulator of G protein Signaling Receptores Acoplados a Proteína G Table 33 The main G protein subtypes and their functionsa Subtypes Main effectors Notes Gα subunitsb Gαs Stimulates adenylyl cyclase causing increased cAMP formation Activated by cholera toxin which blocks GTPase activity thus preventing inactivation Gαi Inhibits adenylyl cyclase decreasing cAMP formation Blocked by pertussis toxin which prevents dissociation of αβγ complex Gαo Limited effects of α subunit effects mainly due to βγ subunits Blocked by pertussis toxin Occurs mainly in nervous system Gαq Activates phospholipase C increasing production of second messengers inositol trisphosphate and diacylglycerol see pp 3638 thus releasing Ca2 from intracellular stores and activating protein kinase C PKC Gα1213 Activates Rho and thus Rho kinase Gβγ subunits Activate potassium channels Many βγ isoforms identified but Inhibit voltagegated calcium channels specific functions are not yet known Activate GPCR kinases GRKs pp 3839 Activate mitogenactivated protein kinase cascade Interact with some forms of adenylyl cyclase and with phospholipase Cβ aThis table lists only those isoforms of major pharmacological significance Many more have been identified some of which play roles in olfaction taste visual transduction and other physiological functions see Offermanns 2003 bInitially the subscripts s and i were used to denote stimulatory and inhibitory actions on adenylyl cyclase but subsequently the terms used q and 1213 have little logic behind their use GPCR G proteincoupled receptor Receptores Acoplados a Proteína G B Modulação dos efetores Pelo βγ Por fosforilação e pelas proteínas estruturais Pelo αGTP Efetor Efetor PI3 K Canal de K Canal de Ca2 GRKs Arrestina AC Gs AC Gi PLC Gq PO4 GTP Receptores Acoplados a Proteína G GPCR Effector Pathways Neurotransmitter Norepinephrine Glutamate Dopamine Receptor and Gprotein Gsα βγ Gqα βγ Gα βγ Effector protein Adenylate cyclase Phospholipase C Adenylate cyclase Second messengers cAMP DAG IP3 cAMP Later effectors Protein kinase A Protein kinase C Ca2 release Protein kinase A Increase protein phosphorylation Increase protein phosphorylation and activate Ca2binding proteins Increase protein phosphorylation Razões para uma relação nãolinear entre a ocupação do receptor e a resposta fisiológica Razões para uma relação nãolinear entre a ocupação do receptor e a resposta fisiológica Receptores Transmembrana com Domínios Citosólicos Enzimáticos Receptores Intracelulares Representação do mecanismo de ação dos glicocorticoides Propriedades Gerais do Biorreceptores Sensibilidade Afinidade Saturabilidade Ensaios de Competição Especificidade Estereosseletividade Especificidade da resposta celular Mecanismos de regulação de receptores A estimulação prolongada das células pelos agonistas geralmente leva a um estado de dessensibilização