Aula 3 Medicina

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Aula 3 Medicina

  1. 1. Farmacodinâmica 1 Interações ligante-receptor
  2. 2. Corpora non agunt nisi fixata <ul><li>Uma vez que o xenobiótico tenha chegado até o órgão-alvo, deve interagir com as moléculas receptoras de forma a produzir um efeito farmacológico. </li></ul><ul><li>Podemos dividir essa etapa em </li></ul><ul><ul><li>Reconhecimento molecular </li></ul></ul><ul><ul><li>Reação de ligação </li></ul></ul><ul><ul><li>Reação de ativação </li></ul></ul><ul><ul><li>Transdução de sinal </li></ul></ul>
  3. 3. A especificidade das interações moleculares <ul><li>Fischer (1894): Modelo “chave-e-fechadura” valoriza a complementaridade da forma das moléculas. </li></ul><ul><li>Koshland (1958): Tanto o receptor quanto o ligante adaptam suas estruturas para ligarem-se uns aos outros (“induced fit”). </li></ul><ul><li>Foote e Milstein (1994): Existem diferentes conformações tanto do receptor quanto do ligante, e a ligação ocorre preferencialmente entre as conformações que são complementares. </li></ul>
  4. 4. Proteínas não são peças de Lego® <ul><li>Como as propriedades biofísicas das interfaces de ligação de uma proteína diferem das propriedades do resto da proteína? </li></ul><ul><li>Essas diferenças são suficientes para prever quais são os sítios de ligação? </li></ul>
  5. 5. Base física do reconhecimento <ul><li>Pauling e Delbrück (1940) propuseram que as interações de van der Waals, as interações eletrostáticas, e as pontes de hidrogênio estabilizam moléculas e complexos. </li></ul><ul><li>Kauzmann (1959) descreveu o efeito hidrofóbico, uma atração baseada na entropia. </li></ul>
  6. 6. Efeito hidrofóbico <ul><li>A dissolução das partes polares e carregadas da molécula no momento da formação do complexo tem um grande custo energético. </li></ul><ul><li>Esse custo energético é parcialmente compensado pelas interações de Coulomb e pontes de hidrogênio que são formadas no complexo. </li></ul><ul><li>Essas interações não são tão favoráveis qto as interações com a água. </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>Esse ganho de entropia é favorável à formação de complexos. </li></ul>
  7. 7. Biofísica da especificidade <ul><li>O efeito hidrofóbico é o maior termo estabilizador dos complexos moleculares em sistemas biológicos. </li></ul><ul><li>As interações de Coulomb e pontes de hidrogênio provém especificidade a interações proteína-ligante. </li></ul>
  8. 8. Superfície acessível
  9. 9. Propriedades do sítio de ligação <ul><li>Aminoácidos presentes </li></ul>
  10. 10. Propriedades do sítio de ligação <ul><li>Estrutura secundária </li></ul>
  11. 11. Propriedades do sítio de ligação <ul><li>Curvatura da superfície </li></ul>
  12. 12. Propriedades do sítio de ligação <ul><li>Potencial eletrostático </li></ul>
  13. 13. Farmacologia in silico e ancoragem p38 MAPK BIRB796 Kitchen et al., 2004
  14. 14. Funções padrão de energia potencial <ul><li>A energia potencial eletrostática é representada como a somação em pares das interações Coulombicas </li></ul><ul><li>O potencial de van der Waals geralmente é modelado pela função 12-6 de Lennard-Jones </li></ul>Kitchen et al., 2004
  15. 15. Reação de ligação <ul><li>A primeira etapa na ação de uma droga consiste na formação de um COMPLEXO DROGA-RECEPTOR reversível , governada pela Lei da Ação das Massas . </li></ul>A Droga ( X A ) R Receptor livre ( N tot - N A ) + AR Complexo ( N A ) k +1 k -1
  16. 16. Lei da Ação das Massas A Droga ( X A ) R Receptor livre ( N tot - N A ) + AR Complexo ( N A ) k +1 A Droga ( X A ) R Receptor livre ( N tot - N A ) + AR Complexo ( N A ) k -1
  17. 17. Em equilíbrio... Constante de equilíbrio para a reação A + R  AR K A EQUAÇÃO DE HILL-LANGMUIR <ul><li>Possui a dimensão de concentração </li></ul><ul><li>É numericamente igual à concentração da droga necessária para ocupar 50% dos sítios em equilíbrio </li></ul><ul><li>Quanto maior a AFINIDADE da droga pelos receptores, menor o K A </li></ul>“Tendência ou grau com que as moléculas de drogas são atraídas para seus receptores” AFINIDADE Descreve a relação entre a ocupação dos receptores e a concentração da droga .
  18. 18. Entropia na reação de ligação <ul><li>Além do aumento da entropia do solvente, também aumenta a entropia dos solutos: </li></ul><ul><ul><li>Perda de entropia translacional e rotacional devido à formação do complexo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Mudanças na entropia vibracional devido à formação do complexo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Mudanças na entropia conformacional devido à restrição dos ângulos diedricos durante a formação do complexo. </li></ul></ul>
  19. 19. Estabilidade do complexo ligante-receptor <ul><li>A estabilidade de um dado complexo pode ser mensurada determinando-se K A ou determinando-se k +1 e k -1 . </li></ul><ul><li>A constante K A é diretamente relacionada à energia livre de Gibbs. </li></ul>
  20. 20. Energia de ligação <ul><li>A energia de ligação também pode ser determinada através da estimação das contribuições entálpicas e entrópicas para a estabilidade do complexo ligante-receptor. </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  21. 21. Experimentos de saturação de ligação
  22. 22. Experimentos de ligação competitiva <ul><li>Uma única concentração do radioligante. </li></ul><ul><li>Várias concentrações de ligante não-marcado. </li></ul>IC 50
  23. 23. Experimentos de ligação competitiva <ul><li>“‘ Competir’ significa que o receptor pode ligar-se a apenas uma molécula da droga de cada vez” (Rang) </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  24. 24. Experimentos de ligação competitiva <ul><li>O valor de IC50 é determinado por 3 fatores: </li></ul><ul><ul><li>Constante de dissociação para a ligação da droga B, não-marcada (K B ); se K B é baixa (i.e., a afinidade da droga B é alta), o IC 50 tbm será baixo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Concentra ção do radioligante (droga A); qto > a [A], mais droga B é necessária para deslocar a droga A do receptor. </li></ul></ul><ul><ul><li>Afinidade do radioligante pelo receptor (K A ) </li></ul></ul>
  25. 25. Cinética de ligação: Experimentos de dissociação <ul><li>Mensuração da taxa de dissociação do complexo radioligante-receptor. </li></ul><ul><li>Utiliza-se um radioligante e permite-se que ele se ligue aos receptores, interrompendo a reação qdo. do equilíbrio. </li></ul>ln(2)/k -1
  26. 26. Determinando k -1
  27. 27. Cinética de ligação: Experimentos de associação
  28. 28. Reação de ativação
  29. 29. Reação de ativação <ul><li>“ As drogas que atuam sobre receptores podem ser agonistas ou antagonistas do receptor. </li></ul><ul><li>Os agonistas causam alterações na função celular, produzindo vários tipos de efeitos; os antagonistas ligam-se aos receptores sem provocar essas mudanças.” (Rang) </li></ul>
  30. 30. Curvas de concentração-efeito
  31. 31. Antagonismo competitivo <ul><li>“‘ Competir’ significa que o receptor pode ligar-se a apenas uma molécula da droga de cada vez” (Rang) </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  32. 32. Antagonismo competitivo Rang et al., 2007
  33. 33. Agonistas parciais <ul><li>Se aplicarmos agonistas diferentes (mas quimicamente relacionados) sobre uma preparação, verificamos que a resposta máxima difere de uma droga para outra. </li></ul><ul><li>Alguns compostos ( AGONISTAS PLENOS ) podem produzir uma resposta máxima, enquanto ( AGONISTAS PARCIAIS ) só podem produzir uma resposta submáxima. </li></ul><ul><li>PORTANTO, a capacidade de uma molécula de droga em ativar o receptor é mais uma propriedade graduada do que “tudo-ou-nada” </li></ul>
  34. 34. Agonistas inversos <ul><li>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. </li></ul>Rang et al., 2007
  35. 35. Alosterismo <ul><li>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. </li></ul><ul><li>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). </li></ul><ul><li>Modulador ago-alostérico: Um ligante que funciona tanto como agonista quanto como modulador alostérico da eficácia e/ou potência e um ligante ortostérico. </li></ul><ul><li>Co-agonista: Um modulador ago-alostérico que age junto com o agonista endógeno, de forma a promover eficácia aditiva. </li></ul>
  36. 36. Schwartz e Holst, 2007
  37. 38. Eficácia <ul><li>A relação quantitativa entre o grau de ocupação e o grau de resposta produzida é chamado de EFICÁCIA . </li></ul><ul><li>Agonistas (inversos ou não) parciais são menos eficazes do que agonistas plenos. </li></ul><ul><li>Diferente de POTÊNCIA (EC 50 ) </li></ul>
  38. 39. Eficácia <ul><li>A eficácia é determinada </li></ul><ul><ul><li>Por características do tecido </li></ul></ul><ul><ul><li>Por características da droga </li></ul></ul>
  39. 40. Eficácia vs. potência
  40. 41. Modelos de dois estados Leff et al., 1997
  41. 42. Modelos mais complexos Kenakin, 1999
  42. 43. <ul><li>http://www.slideshare.net/caio_maximino/medicina1_aula3 </li></ul><ul><li>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. </li></ul>

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