receptor es

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1 RECEPTORES RECEPTOR: sitio de unión de una droga que es responsable de la acción o efecto farmacológico. FARMACODINAMIA => Interacción de una droga con su receptor. FARMACOCINÉTICA => Proceso de absorción, distribución, metabolización y excreción de una droga. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UN RECEPTOR: Capacidad de reconocer un ligando específico. Componente de amplificación que permite al complejo. Ligando-Receptor, iniciar una respuesta biológica. ¿QUÉ SON LOS RECEPTORES? Son proteínas integrales, macromoléculas polipeptídicas embebidas en la bicapa lipídica de la membrana celular.

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Fisiología

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Page 1: Receptor Es

1

RECEPTORES

RECEPTOR: sitio de unión de una droga que es responsable de la

acción o efecto farmacológico.

FARMACODINAMIA => Interacción de una droga con su

receptor.

FARMACOCINÉTICA => Proceso de absorción, distribución,

metabolización y excreción de una droga.

CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UN RECEPTOR:

Capacidad de reconocer un ligando específico.

Componente de amplificación que permite al complejo.

Ligando-Receptor, iniciar una respuesta biológica.

¿QUÉ SON LOS RECEPTORES?

Son proteínas integrales, macromoléculas polipeptídicas embebidas en

la bicapa lipídica de la membrana celular.

Page 2: Receptor Es

2

INTERACCIONES DROGA-RECEPTOR

A) Consideraciones Generales:

1 mol = 6.023 x 1023 moléculas

El Peso Molecular de una droga promedio es de 200g/mol = 200x103

mg/mol.

Una dosis promedio es de: 1 mg.

1 mg contiene 6.023x1023x10-3: 3x 1018 moléculas de droga. 200

El organismo humano posee aproximadamente 3x1013 células.

Cada célula será atacada por 3x 1018 = 105 moléculas de droga 3x1013

Un eritrocito (célula modelo) contiene 1010 moléculas …. entonces, por cada molécula de droga hay 1010 = 105 moléculas del cuerpo humano. 105 Le Châtelier tendría dificultades para explicar este fenómeno! Principio de Le Châtelier: si un sistema en equilibrio es perturbado, el

sistema evoluciona para contrarrestar dicha perturbación, llegando a un

nuevo estado de equilibrio.

Page 3: Receptor Es

3

La fuerza que dirige de la interacción Droga-Receptor de explica por

un estado de baja Energía del complejo Droga-Receptor [Ec. 3.1]

[Ec. 3.1]

kon: constante de velocidad de formación del complejo que depende

de [D] y [R].

koff: constante de velocidad de ruptura del complejo que depende de

la [D.R] y de otras fuerzas.

La actividad biológica de una droga está relacionada con la afinidad de

la misma por el receptor, que es medido por su KD.

KD = [D] [R][D.R]

KD es la constante de disociación en el equilibrio a > KD < afinidad D.R

Droga + Receptor Complejo Droga-Receptorkon

koff

Page 4: Receptor Es

4

B) Fuerzas involucradas en la formación del complejo [D.R]:

Enlace covalente: es el mas fuerte, de -40 a -110 kcal/mol en

estabilidad.

Interacción electrostática (o iónica):

A pH fisiológico: 7.4, los receptores proteínicos tienen sus

grupos básicos (porción amino de AA como Lys, Arg y en menor

grado His) están protonados y los grupos ácidos (porción

carboxílica de Aspártico y Glutámico) están desprotonados.

O

-OH3C

O

O NMe3+

Acetilcolina

Interacción iónica simple: G0= -5 Kcal/mol decrece con el cuadrado de la distancia entre iones

Page 5: Receptor Es

5

Interacción Ión-dipolo y Dipolo-Dipolo: Dado que la carga de un dipolo es menor que la de un ión, la

interacción Dipolo-Dipolo es más débil que la Ión-Dipolo y tienen

un G0= -1 a -7 kcal/mol.

H3C

O

O NMe3+

Acetilcolina

- +

-

+

OH

NH3+

+

-

ión-dipolo

dipolo-dipolo

ión-dipolo

HO

Page 6: Receptor Es

6

Enlace de Hidrógeno:

Es un tipo de interacción Dipolo-Dipolo entre el protón de un grupo

X-H (donde X es un átomo electronegativo), y otros átomos

electronegativos Y que contienen un par de electrones libres.

G0: -3 a -5 kcal/mol

HO

Acido Salicílico

O H

O

O

H

intramolecular(+ fuerte)

intermolecular

O

OCH3

O

H

Salicilato de MetiloAntibacteriano débilBuen Analgésico

p-Hidroxi Salicilato de MetiloBuen Antibacteriano debido a su OH fenólico libre

OH

H3CO O

Page 7: Receptor Es

7

Ejemplos:

Page 8: Receptor Es

8

Complejos de Transferencia de Carga:

Si un grupo o molécula que es buen dador de electrones, entra en

contacto con otro, que es buen aceptor de electrones, entonces el

dador transfiere algo de carga al aceptor y forma un “complejo de

transferencia de carga”. Esta es en definitiva, una interacción

Dipolo-Dipolo Molecular.

G0: -1 a -7 kcal/mol.

CN

Cl

Cl

CN OH

Cl

Cl

TyrosineChlorothalonil

(fungicida)

Page 9: Receptor Es

9

Interacciones Hidrofóbicas:

H2NO

O

Región no polar de un receptor que tiene moléculas de agua orientadas

alrededor. Tienen una interacción con la región no polar de una droga

que también tiene moléculas de agua alrededor. Al aproximarse ambas

hay un aumento de la Entropía y se forma una interacción hidrofóbica

entre el complejo Droga - Receptor. G0: -0.7 Kcal/mol.

Page 10: Receptor Es

10

Fuerzas de Van der Waals o de Dispersión de London:

Los átomos en moléculas no polares forman Dipolos Temporarios

que favorecen la inducción de la formación de otros.

Debido a la formación de estos Dipolos Temporarios, se producen

atracciones intermoleculares que se denominan Fuerzas de Van der

Waals.

Son débiles y significativas al ser menos la distancia entre átomos.

Se adicionan entre si colaborando a la estabilidad del complejo [D-

R].

G0: -0.5kcal/mol

Resumen de todas las interacciones vistas:

Page 11: Receptor Es

11

C) Ionización:

A pH fisiológico (7.4) los grupos acídicos estarán en su forma aniónica

y los básicos estarán protonados.

El estado de ionización de una droga es muy importante en la

interacción Droga-Receptor.

Ej:

NN

Ph

PhHO

H3CH2CO

PhenylbutazonepKa= 4.5

NN

Ph

PhHO

H2CH2CO

SulfinilpirazonepKa= 2.8

PhOS

Ambos son uricosúricos

Como el pH de la orina = 4.8 o mayor, las formas activas de ambas

drogas son las aniónicas. Pero la Sulfinilpirazona es más activa

pKa: - log [A-] [AH]

- log [H3O+]

+ pH

Page 12: Receptor Es

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Para la Fenilbutazona en orina:

4.5 = - log [A-] + 4.8 [AH]

0 = log [A-] [AH]

[A-] = [AH]

Para la Sulfinilpirazona en orina:

2.8 = - log [A-] + 4.8 [AH]

2 = log [A-] [AH]

[A-] = 102 [AH]

Como puede observarse, la sulfinilpirazona es mucho mas activa.

Page 13: Receptor Es

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D) Determinación de las Interacciones Droga-Receptor

Hormonas y neurotransmisores son responsables de la regulación de

una gran variedad de funciones fisiológicas por lo que interactúan con

receptores específicos en un tejido y desencadenan respuestas

específicas.

Por ejemplo, la activación de un músculo mediada por el

neurotransmisor Acetilcolina (ACh).

Si se mide:

La parte de baja concentración de la curva, muestra que hay muy

pocas moléculas del neurotransmisor que puedan interactuar con el

receptor, por lo tanto no hay contracción muscular apreciable.

A medida que la concentración aumenta, llega un punto en el que se

observa una relación lineal entre el logaritmo de la concentración del

neurotransmisor y la respuesta biológica.

Finalmente, cuando la mayoría de los receptores están ocupados, la

curva se desvía de la linealidad.

En la ordenada se puede graficar cualquier otra medida: LD50, ED50, o

porcentajes de un efecto fisiológico.

Page 14: Receptor Es

14

Si se agrega al mismo experimento un compuesto (W) en cantidades

crecientes y ese compuesto produce la misma respuesta máxima que el

neurotransmisor, entonces estamos en presencia de un AGONISTA.

Un AGONISTA aquella sustancia que es capaz de unirse a un receptor

y provocar una respuesta biológica deseada.

Curva Dosis-Respuesta para un Agonista:

KD: la concentración del compuesto testeado que produce un 50% de

la actividad máxima.

Page 15: Receptor Es

15

Si un compuesto X se agrega ahora a la preparación de tejidos, y no se

produce NINGUNA respuesta, estamos en presencia de un

ANTAGONISTA.

Curva Dosis-Respuesta para un antagonista(X)

ANTAGONISTAS

Hay dos tipos de Antagonistas:

Antagonistas Competitivos (X): (son los más comunes) son

aquellos en los cuales el grado de antagonismo depende de la

concentración relativa del neurotransmisor y del antagonista.

Ambos se unen al mismo sitio del receptor o, al menos el

antagonista interfiere en la unión del neurotransmisor con el

receptor. La KD se logra aumentando la cantidad de

neurotransmisor

Page 16: Receptor Es

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Efecto de un antagonista competitivo (X) en la respuesta de un

neurotransmisor:

Antagonistas no-Competitivos (X’): el grado de bloqueo del

receptor es independiente de la cantidad de neurotransmisor

presente, por lo cual la KD, no cambia con el aumento de

concentración del neurotransmisor.

Page 17: Receptor Es

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AGONISTAS PARCIALES

Veamos ahora qué sucede si se agrega un compuesto Y a la

preparación de tejidos musculares y se observa alguna respuesta

biológica, pero no una respuesta completa, a pesar de utilizar

una elevada concentración de Y, entonces Y es llamado

AGONISTA PARCIAL. Fig. A

Un agonista parcial tiene propiedades de ambos: agonistas y

antagonistas.

Page 18: Receptor Es

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Cuando Y es agregado a bajas concentraciones del

neurotransmisor, pero en cantidad suficiente como para

producir una respuesta menor que la respuesta máxima del

agonista parcial, (por ejemplo, el 20%, como se muestra en la

figura B), se observa que aumenta la contracción muscular

mientras se incrementa la concentración de Y pero sólo se llega

al máximo de contracción muscular que se hubiera producido si

estuviera Y solo (45%) Este es el Efecto Agonista del Agonista

Parcial.

Page 19: Receptor Es

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AGONISTAS PARCIALES

Si ahora realizamos este mismo experimento pero Y es agregado

a un cultivo de células musculares a las que se les ha agregado

una alta concentración del neurotransmisor (como para

producir el 100% de contracción muscular) veremos que la

contracción muscular cede hasta 45%, es decir que en este caso

observamos el Efecto Antagonista del Agonista Parcial.

Fig. C donde la concentración del neurotransmisor (a,b,c) es

c>b>a

Page 20: Receptor Es

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Si se desea diseñar una droga para que produzca una cierta

respuesta sería necesario diseñar un AGONISTA.

Si se desea evitar una respuesta particular de una Hormona o

Neurotransmisor, es necesario diseñar un ANTAGONISTA.

Neurotransmisor Agonistas Antagonistas

NHN

NH2

NHN

NH2

CH3

N

NH2

NN(CH3)2

N

H3CO

Pyrilamine

NN CH3

Cl Chlorcyclizine

Histamine

NHCH3

OHHO

HO

Epinephrine

NHCH3

OH

HO

NHCH(CH3)2

OHHO

HO

N

N NN

NH2

H3CO

H3CO

O

O

Prazosin

NO N

SN

O

OH

NHC(CH3)3

Timolol

Page 21: Receptor Es

21

En general, hay grandes similitudes estructurales entre series de

Agonistas y escasa entre Antagonistas.

Puede deberse a que los últimos, pueden bloquear a un receptor

simplemente uniéndose al mismo en un sitio cercano al de unión del

neurotransmisor, impidiendo su acoplamiento.

¿Cómo es posible que un Antagonista se una al mismo sitio que un

Agonista y no ejerza una respuesta Biológica?

Veamos las imágenes:

La figura A muestra un Agonista interactuando con 3 sitios del

receptor

La figura B muestra un compuesto que interactúa con 2 sitios del

receptor, pero que tiene un tercer sitio con el que no hay interacción.

La figura C muestra el caso de un compuesto que puede ser el isómero

óptico del de la figura B en el que también hay interacción con 2 de los

3 sitios del receptor.

Los compuestos de las figuras B y C podrían ser Antagonistas.

Page 22: Receptor Es

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Hay dos tipos de compuestos que interactúan con receptores:

AUTOCOIDES: circulan libremente por el cuerpo humano:

Hormonas, Neurotransmisores y otros agentes que modifican la

actividad celular. Generalmente actúan como AGONISTAS.

XENOBIÓTICOS: compuestos externos al cuerpo humano: la

mayoría actúa como ANTAGONISTA.

Page 23: Receptor Es

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E) TEORÍAS DROGA-RECEPTOR

1- Teoría De la Ocupación:

La intensidad del efecto farmacológico es directamente proporcional al

número de receptores ocupados por la droga.

Se hace una modificación que incluye a los agonistas parciales: las

interacciones D-R tienen dos estadíos:

1) Complejación con el receptor: AFINIDAD ( KD)

2) Iniciación del efecto Biológico: ACTIVIDAD INTRÍNSECA o

EFICACIA ()

Cuando las drogas tienen el mismo pKD: tienen la misma afinidad.

Cuando tienen el mismo : tienen la misma Actividad intrínseca

Si = 1 es un agonista completo

Si es menor que 1 es un agonista parcial

En general:

- Los Antagonistas se unen más fuerte al receptor (tienen gran

afinidad) pero escasa o nula actividad (eficacia)

- Los Agonistas potentes pueden tener menos afinidad que los

Agonistas parciales y Antagonistas por los receptores.

Entonces la Afinidad y la Eficacia están desacopladas.

Page 24: Receptor Es

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2- Teoría de la Velocidad:

La activación de los receptores es proporcional al número de choques

de la droga con los mismos por unidad de tiempo. Entonces la

actividad farmacológica es una función de la velocidad de Asociación y

Disociación del complejo D-R.

o AGONISTAS: asociación y disociación rápida.

o ANTAGONISTAS: asociación rápida y disociación lenta.

o AGONISTAS PARCIALES: velocidad de disociación intermedia

3- Teoría del Ensamblaje Inducido:

Se aplicó al complejo Enzima-Sustrato, pero puede extenderse al

complejo D-R.

El receptor no necesariamente está en la conformación adecuada

requerida para unirse a la droga.

A medida que la droga (ligando) se acerca al receptor (proteína) se

induce un “cambio” que “oriente” los sitios de unión.

AGONISTA: induce el cambio conformacional y produce una

respuesta.

ANTAGONISTA: se une sin efectuar cambio conformacional.

Page 25: Receptor Es

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4- Teoría de la Perturbación Macromolecular:

En la interacción de una droga con su receptor existen dos tipos

generales de perturbaciónes macromoleculares.

a- Perturbaciones conformacionales específicas: hacen posible la unión

de moléculas que producen una respuesta biológica: AGONISTAS.

b- Perturbaciones conformacionales no-especificas: acomodan otro

tipo de moléculas que no producen respuesta: ANTAGONISTAS.

5- Teoría de Activación- Agregación:

Aún en ausencia de droga el receptor está en equilibrio entre:

Rº TºAntagonistas

Agonistas

Donde Rº: forma activada del receptor que produce respuesta

biológica.

Donde Tº: es la forma inactiva del receptor.

Hemos visto hasta ahora:

- Qué estabiliza un complejo Droga- Receptor.

- Cómo se pueden medir las interacciones Droga- Receptor.

- Posibles maneras en que el complejo Droga-Receptor puede

formarse.

Page 26: Receptor Es

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F) CONSIDERACIONES ESTEREOQUÍMICAS:

FARMACÓFORO: porción de la molécula de una droga que

interactúa con el receptor y es responsable de su actividad.

Histamina(aquiral)

NHN

NH2

Antagonistasde los receptores H1 tambiénson la mayoría aquirales.

Los receptores (Proteínas y Poliaminoácidos) son quirales, los AA son

L-AA.

Para drogas quirales:

Son diasterómeros, por lo tanto tienen diferentes propiedades.

N

H

N(CH3)2

Cl

(S)-(+)-Dexchlorpeniramina

Antihistamínico quiral, el (S)-(+) isómero tiene mayor potencia que el

(S)-(-) isómero a lo que se le llama estereoselectividad ISOMÉRICA.

EUTÓMERO: isómero + activo

DISTÓMERO; isómero – activo

RELACIÓN EUDÍSMICA = Eutómero Distómero

De1.R De2.Ry

Page 27: Receptor Es

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ED

E (Eutómero) tiene buena afinidadcon R

-

Si un Antagonista tiene un centro asimétrico en el farmacóforo, se

observará una elevada Relación Eudísmica entre los estereoisómeros

dado que la complementación con el receptor no será observada con el

Distómero pero sí con el Eutómero.

REGLA DE PFEIFFER:

ED

E (Eutómero) tiene poca afinidad(complementariedad) con R

-

Distómero:

Puede ser considerado como una impureza (Lastre Isomérico)

Puede contribuír o ser responsable de efectos colaterales o

tóxicos.

Ejemplo:

ONHCH3

Cl

KETAMINA

d-Ketamina: es hipnótico y analgésico

l-Ketamina: es responsable de efectos indeseables

Page 28: Receptor Es

28

HN

CH3

O CH3

NH

CH3*

PRILOCARPINA

(d) Y (l) son biológicamente activosPero el (l) es también tóxico

En algunos casos es necesario que ambos isómeros estén presentes.

Ejemplo:

NNH

O

*

BUPIVACAINA

ambos son anestésicos localesPero solo el (l) isómero esvasoconstrictor

Page 29: Receptor Es

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O

H3C

ClCl

O CO2H

INDACRINONA

Diurético Experimentalefecto colateral: retención de Ácido Úrico

d-isómero: es el Eutómero para el efecto diurético yla retención de ácido úrico (efecto secundario)

l-isómero: reduce la concentron de ácido úrico

*

La relación terapéutica óptima es= 1d.8l y no 1d:1l como sería el

racémico.

Los enantiómeros también pueden tener diferente actividad

terapéutica:

N NH3C

CH3

H3C

O O

H3CCH3

CH3OO

DARVON NOVRAD

analgésico antitusivo

* * * *

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Los enantiómeros pueden tener efectos opuestos:

N CH3

H3C

H3C

OH

**

PICENADOL

d-Picenadol:anticonvulsivantel-Picenadol: antagoniza al d-isómero

racemato: agonista parcial

Los compuestos quirales muestran estereoselectividad con el receptor.

Esta puede variar con los diferentes receptores.

Ejemplos:

+ Butaclamol: antipirético- Butaclamol: inactivo R eudísmico= 1250 +

-

- Baclofen: relajante muscular+ Baclofen: inactivo

R eudísmico= 800 -+

Page 31: Receptor Es

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Tipos de Receptores

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