aula 3 medicina
TRANSCRIPT
Corpora non agunt nisi fixata
• Uma vez que o xenobiótico tenha chegado até o órgão-alvo, deve interagir com as moléculas receptoras de forma a produzir um efeito farmacológico.
• Podemos dividir essa etapa em1. Reconhecimento molecular2. Reação de ligação3. Reação de ativação4. Transdução de sinal
A especificidade das interações moleculares
• Fischer (1894): Modelo “chave-e-fechadura” valoriza a complementaridade da forma das moléculas.
• Koshland (1958): Tanto o receptor quanto o ligante adaptam suas estruturas para ligarem-se uns aos outros (“induced fit”).
• Foote e Milstein (1994): Existem diferentes conformações tanto do receptor quanto do ligante, e a ligação ocorre preferencialmente entre as conformações que são complementares.
Proteínas não são peças de Lego®
• Como as propriedades biofísicas das interfaces de ligação de uma proteína diferem das propriedades do resto da proteína?
• Essas diferenças são suficientes para prever quais são os sítios de ligação?
Base física do reconhecimento
• Pauling e Delbrück (1940) propuseram que as interações de van der Waals, as interações eletrostáticas, e as pontes de hidrogênio estabilizam moléculas e complexos.
• Kauzmann (1959) descreveu o efeito hidrofóbico, uma atração baseada na entropia.
Efeito hidrofóbico
• A dissolução das partes polares e carregadas da molécula no momento da formação do complexo tem um grande custo energético.
• Esse custo energético é parcialmente compensado pelas interações de Coulomb e pontes de hidrogênio que são formadas no complexo.
• Essas interações não são tão favoráveis qto as interações com a água.
• A dissolução das partes apolares da superfície libera moléculas de água, o que aumenta a entropia do sistema. Isso ocorre quando a proteína forma um “buraco” em sua estrutura.
• Esse ganho de entropia é favorável à formação de complexos.
Biofísica da especificidade
• O efeito hidrofóbico é o maior termo estabilizador dos complexos moleculares em sistemas biológicos.
• As interações de Coulomb e pontes de hidrogênio provém especificidade a interações proteína-ligante.
Funções padrão de energia potencial
• A energia potencial eletrostática é representada como a somação em pares das interações Coulombicas
• O potencial de van der Waals geralmente é modelado pela função 12-6 de Lennard-Jones
A BN
i
N
j ij
jicoul r
qqrE
1 1 04)(
N
j
N
i ij
ij
ij
ijvdW rr
rE1 1
612
4)(
Kitchen et al., 2004
Reação de ligação
• A primeira etapa na ação de uma droga consiste na formação de um COMPLEXO DROGA-RECEPTOR reversível, governada pela Lei da Ação das Massas.
ADroga
(XA)
RReceptor livre
(Ntot - NA)
+ ARComplexo
(NA)
k+1
k-1
Lei da Ação das Massas
)(, 1 AtotARA NNkV
ADroga
(XA)
RReceptor livre
(Ntot - NA)
+ ARComplexo
(NA)
k+1
ADroga
(XA)
RReceptor livre
(Ntot - NA)
+ARComplexo
(NA)
k-1
ARAA NkV 1,
Em equilíbrio...
AAtotA NkNNXk 11 )( 11 /ˆ
kkX
Xp
A
AA
Constante deequilíbrio paraa reaçãoA + R AR
AA
AA KX
Xp
ˆ
KA
1
ˆ
A
A
A
A
KX
KX
Ap
EQUAÇÃO DE HILL-LANGMUIR
•Possui a dimensão de concentração
•É numericamente igual à concentração da droga necessária para ocupar 50% dos sítios em equilíbrio
•Quanto maior a AFINIDADE da droga pelos
receptores, menor o KA
“Tendência ou grau com que as moléculas de drogas são atraídas para seus receptores”
AFINIDADEDescreve a relação entre a ocupação dos receptores e a concentração da droga.
Entropia na reação de ligação
• Além do aumento da entropia do solvente, também aumenta a entropia dos solutos:– Perda de entropia translacional e rotacional
devido à formação do complexo.– Mudanças na entropia vibracional devido à
formação do complexo.– Mudanças na entropia conformacional devido
à restrição dos ângulos diedricos durante a formação do complexo.
Estabilidade do complexo ligante-receptor
• A estabilidade de um dado complexo pode ser mensurada determinando-se KA ou determinando-se k+1 e k-1.
• A constante KA é diretamente relacionada à energia livre de Gibbs.
1
1lnlnk
kRTKRTG Aligação
Energia de ligação
• A energia de ligação também pode ser determinada através da estimação das contribuições entálpicas e entrópicas para a estabilidade do complexo ligante-receptor.
• A melhor forma de determinar numericamente a energia de ligação é por métodos de dinâmica molecular (perturbação de energia livre e integração termodinâmica). Isso precisa ser feito tanto para o complexo qto para o ligante livre.
)( ligantereceptorcomplexoligação GGGSTHG
Experimentos de ligação competitiva
• Uma única concentração do radioligante.
• Várias concentrações de ligante não-marcado.
IC50
)log(]log[ 50101
)(ICB
caInespecífiTotalcaInespecífiY
Experimentos de ligação competitiva
• “‘Competir’ significa que o receptor pode ligar-se a apenas uma molécula da droga de cada vez” (Rang)
• Assim, se adicionarmos uma droga B à preparação com a droga A, e B for um antagonista competitivo, esse irá reduzir a ocupação pela droga A.
1ˆ
B
B
A
A
A
A
KX
KX
KX
Ap
Experimentos de ligação competitiva
• O valor de IC50 é determinado por 3 fatores:
– Constante de dissociação para a ligação da droga B, não-marcada (KB); se KB é baixa (i.e., a afinidade da droga B é alta), o IC50 tbm será baixo.
– Concentração do radioligante (droga A); qto > a [A], mais droga B é necessária para deslocar a droga A do receptor.
– Afinidade do radioligante pelo receptor (KA)
Cinética de ligação: Experimentos de dissociação
• Mensuração da taxa de dissociação do complexo radioligante-receptor.
• Utiliza-se um radioligante e permite-se que ele se ligue aos receptores, interrompendo a reação qdo. do equilíbrio.
tkecaInespecífiTotalcaInespecífiTotal 1)(
ln(2)/k-1
Reação de ativação
• “As drogas que atuam sobre receptores podem ser agonistas ou antagonistas do receptor.
• Os agonistas causam alterações na função celular, produzindo vários tipos de efeitos; os antagonistas ligam-se aos receptores sem provocar essas mudanças.” (Rang)
Antagonismo competitivo
• “‘Competir’ significa que o receptor pode ligar-se a apenas uma molécula da droga de cada vez” (Rang)
• Assim, se adicionarmos uma droga B à preparação com a droga A, e B for um antagonista competitivo, esse irá reduzir a ocupação pela droga A.
1ˆ
B
B
A
A
A
A
KX
KX
KX
Ap
Agonistas parciais
• Se aplicarmos agonistas diferentes (mas quimicamente relacionados) sobre uma preparação, verificamos que a resposta máxima difere de uma droga para outra.
• Alguns compostos (AGONISTAS PLENOS) podem produzir uma resposta máxima, enquanto (AGONISTAS PARCIAIS) só podem produzir uma resposta submáxima.
• PORTANTO, a capacidade de uma molécula de droga em ativar o receptor é mais uma propriedade graduada do que “tudo-ou-nada”
Agonistas inversos
• Além disso, certos agonistas diminuem o nível de atividade que é observado em uma preparação. Esses são chamados AGONISTAS INVERSOS, e também podem ser parciais ou plenos.
Rang et al., 2007
Alosterismo• Modulador alostérico: Um ligante que aumenta ou diminui a ação
de um agonista ou antagonista primários ligando-se a um sítio distinto na molécula receptora.
• Agonista alostérico: Um ligante que pode mediar a ativação do receptor por si próprio, ligando-se a um domínio de ligação que é distinto do sítio primário (ortostérico).
• Modulador ago-alostérico: Um ligante que funciona tanto como agonista quanto como modulador alostérico da eficácia e/ou potência e um ligante ortostérico.
• Co-agonista: Um modulador ago-alostérico que age junto com o agonista endógeno, de forma a promover eficácia aditiva.
[email protected] e Holst, 2007
Eficácia
• A relação quantitativa entre o grau de ocupação e o grau de resposta produzida é chamado de EFICÁCIA.
• Agonistas (inversos ou não) parciais são menos eficazes do que agonistas plenos.
• Diferente de POTÊNCIA (EC50)
Eficácia
• A eficácia é determinada– Por características do tecido– Por características da droga
AA
Atot
KX
XNfR
http://www.slideshare.net/caio_maximino/medicina1_aula3
Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso Não-Comercial-Compartilhamento pela mesma Licença 2.5 Brasil. Para ver uma cópia desta licença, visite http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/br/ ou envie uma carta para Creative Commons, 171 Second Street, Suite 300, San Francisco, California 94105, USA.