11. HLAVNÍ MÍSTA PŮSOBENÍ LÉČIV ( RECEPTORY, KANÁLY, … ) 12. INTERAKCE LÁTKA- RECEPTOR ( AGONISTÉ, ANTAGONISTÉ ) 13. INTERAKCE L
= studium biochemických a fyziologických účinků látek včetně mechanismu působení s cílem určit jejich terapeutické účinky a toxické důsledky jejich podávání
-většina léků – do organismu – vazba na receptor – vyvolání specifického účinku
receptor = specifická makromolekula, na kterou je určitá látka schopna se navázat a vyvolat bio odpověď ( změnou bioch – biofyz vlastností receptoru zahájen sled reakcí vedoucích k pozorovanému účinku látky )
-většina receptorů jsou proteiny ( receptory pro hormony, RF,neurotransmittery )
enzymy ( acetylcholinesteráza ) - ACHE
strukturální proteiny (tubulin )
DNA, lipoproteiny
ligandy = ionty, malé molekuly, makromolekuly – se s určitou specifitou vážou na receptory a působí jako :
a) agonisté = látky, které se vážou k fyziologickému receptoru a napodobují regulační účinky endogenních signálních molekul
b)antagonisté= látky, které se vážou na receptor, ale jsou bez regulačního účinku, jejich vazba
blokuje navázání endogenního agonisty
c)částeční (parciální )agonisté = látky, které jsou ve srovnání s agonisty účinné pouze částečně
d)inverzní agonisté = látky, které stabilizují receptor v jeho inaktivní konformaci
-receptor existuje ve dvou stavech – aktivní a inaktivní ( změny konformace umožní otevírání/zavírání iontového kanálu, aktivaci/inaktivaci proteinu tyrosinkinázy nebo G proteinu)
-moment, kdy se rovnováha posune směrem k aktivnímu stavu je určen relativní afinitou látky ke 2 konformacím
(všichni agonisté v podstatě částečnými agonisty – selektivita receptorů není absolutní )
1) látka vázající se se stejnou afinitou k oběma konformacím nebude měnit efekt (kompetitivní antagonista )
2) látka vázající se s vyšší afinitou k Ri ( inverzní agonista )
-rovnováha Ra/Ri posunována mutacemi
vazby na receptor: iontové, vodíkové, hydrofobní, van der Waalsovy, kovalentní
-kovalentní – často účinek prodloužen (nekovalentní se silnou afinitou může být skoro ireverzibilní )
-receptory zodpovídají za selektivní působení ( selektivita závisí na : velikosti molekuly, tvaru a el.náboji – určují intenzitu vazby na receptor )
-chemická struktura látky určuje její afinitu a vnitřní aktivitu ( malé modifikace molekuly – velké změny farmkol.vlastností
-nové léky zabudovány do farmakologických knihoven ( léky testovány na bio modelech )
-o místě a intenzitě účinku léčiv rozhoduje lokalizace a fční kapacita receptorů (př: digitalisové glykosidy – na chronické srdeční selhání inhibují zároveň Na/K/ATPázu )
-ideální léčivo – max.specifické, NÚ minimální, 0 toxicita
RECEPTORY
1)ENZYMY
membránové proteinkinázy = mají vnitřní enzymovou aktivitu ( fosforylace proteinů na vnitřním povrchu plazmatické membrány ), fosforylují hlavně: tyrosin ( inzulinové , cytokinové receptory, RF ), serin, treonin
-tvoří je 3 komponenty: 1)doména – váže se na ni ligand
2)překlenovací ( spanning ) element
3)efektorová proteinkinázová doména na vnitřním povrchu
receptory bez 3) = nemají vnitřní enzymovou aktivitu (účinek díky součinnosti s proteinkinázami na vnitřní straně ) – interakcí dochází k fosforylaci proteinů ( receptory pro neurotropní hormony, receptory pro antigeny na T a B lym )
tyrosinové proteinfosfatázy = často není znám ligand ( 1)podobná adhezivním molekulám )
( př: receptory pro NAF: 3)je guanylátcykláza tvořící cGMP
2)RECEPTORY S IONTOVÝMI KANÁLY = ligandem otevírané iontové kanály
Př:nikotinový cholinergní receptor, receptory pro GABA, serotonin, glutamát, aspartát,glycin
-proteinové receptory složeny z podjednotek ( symčkovitě prochází BM ) – výsledkem změny membránového potenciálu a nitrobuněčné koncentrace iontů
3)RECEPTORY SPŘAŽENÉ S G-PROTEINY
G-proteiny =heterotrimerická regulační molekula ( schopnost vázat GTP a GDP )
př:receptory pro biogenní aminy, PG, leukotrieny, cytosiny, lipidové signální molekuly, peptidy, fotoreceptory tyčinek a čípků
-efektory regulované G-proteiny – adenylátcykláza, fofsolipáza C, membránové iontové kanály selektivní pro Ca, K
-receptory s G-proteiny ( GPCR ) 7x prochází BM
-aminoskupiny zevně ( vazba agonisty ), karboxyskupiny vnitřně (vazba G-proteinu )
-vazba agonisty na receptor – zvýšení vazby GTP s G-proteiny ( aktivní ) – podjednotka α se odtrhne od ostatních – kaskáda fosforylující proteiny
-G-protein – složen ze 3 podjednotek ( α,β,γ )
4)RECEPTORY REGULUJÍCÍ TRANNSKRIPCI DNA
Př:receptory pro hormony, vit.D,retinoly ( = solubilní proteiny )
-komplex se váže na DNA a reguluje transkripci specifických proteinů
Př:PPAR (receptor aktivovaný peroxysomovým proliferačním faktorem )
PPAR-α ( místo hypolipidemického působení fibrátů )
PPAR-γ ( místo zásahu antidiabetik glitazonů )
INTRACELULÁRNÍ POSLOVÉ = molekuly, které předávají a šíří signál ( druzí poslové )
cAMP = cyklický adenosinmonofosfát
-tvořen adenylátcyklázou (tvorba závisí na aktivitě receptorů s G-proteiny, stimulace Gs, inhibice Gi )
-10 izoenzymů adenylátcyklázy ( některé stimulovány/inhibovány i β,γ podjednotkami, Ca/kalmodulin
-degradace fosfodiesterázami ( hydrolýza, ven z bb.plazmatickými proteiny CM )
-exprese fosfodiesteráz regulována druhými posly
-fce cAMP: aktivace proteinkináz závislých na cAMP (ty fosforylují efektorové molekuly )
+ kontrola exprese genů
regulace aktivity plazmatických kationových kanálů ( u n.I )
cGMP = signalizační úloha pouze u málo typů bb. ( př: střevní sliznice, hl.sv.cév )
-tvořen guanylátcyklázou
-fce: aktivace cGMP dependentních proteinkináz
-konec akce – degradace cGMP a defosforylace kináz
-↑c GMP – relaxace hl.svalstva cév (defosforylace myosinu ) – vazodilatace ( ligandem je NAF, NO )
-NO tvořen bb.endotelu jako odpověď na vazodilatační látky ( acetylcholin, histamin )
Ca2+ = IC regulátorem mnoha procesů ( normálně málo c= 10-7 mol/l )
-↑c : receptory s iontovými kanály, membránovým potenciálem, Ca nebo K, kanály na ER ( IP3 ), ve svalech po depolarizaci bb.
-nadbytek do ER ( reuptake Ca-pumpami ), do ECT
-ligand pro zvýšení c Ca: kalmodulin
NO = aktivuje guanylátcyklázu vazbou na hemovou skupinu (nízká fyziologicky přítomná c NO je důsledkem tvorby cGMP, tyto účinky blokovány guanylátcyklázou )
REGULACE RECEPTORŮ
-kontrola funkce – regulace syntézy a degradace, kovalentní modifikace receptorů, přemístění uvnitř bb., asociace s jinými regulačními proteiny
-zpětnovazebná regulace ( signálními produkty receptorů )
desenzitizace = příčinou je a) trvalá stimulace bb. agonisty ( snižování odpovědi na podání agonisty )
-rychlost v sec – min
b)down-regulace receptorů – biodegradace receptorů ( hodiny-dny )
-tam, kde je léčivo podáváno kontinuálně
-př: léčba astmatu bronchodilatancii
( desenzitizace homologní/heterologní = u více receptorů )
internalizace = obnova ( recyklace ) receptorů, po krátkém kontaktu s agonistou
supersenzitivita ( hyper- ) = vznik při chronickém snížení stimulace receptoru ( zvýšená citlivost )
nemoci dané změnou receptorů
př: sy testikulární feminizace (deficit androgenního receptoru )
myastenia gravis ( autoimunitní deplece nikotinových cholinergních receptorů )
DMI ( autoimunitní delpece insulinových receptorů )
generalizovaná endokrinopatie ( poruchy komponent signálních drah)
retinitis pigmentosa
pubertas praecox
maligní hyperthyreoidismus
(ACH – agonista muskarin, antagonista atropin )
-podtypy receptorů stanovovány pomocí molekulárního klonování
izoforma receptoru = receptor, pro který není známý selektivní ligand ( = sirotčí receptory )
-stupeň selektivity léčiva může být vodítkem pro posouzení úspěšnost/NÚ
FARMAKOLOGIE RECEPTORŮ
-základem je křivka ukazující závislost účinku léčiva na dávce ( maximální hodnoty účinku dosahuje dávka, při níž jsou zaplněny všechny receptory )
-křivka má 3 základní vlastnosti: práh
sklon
max.účinek
( tyto vlastnosti charakterizují a kvantifikují aktivitu – účinnost látky )
interakce léčivo-receptor:
1) látka se naváže na receptor ( vazba látky určena chem.vl. = afinita )
2) vazbou na receptor mění látka funkci receptoru ( = vnitřní aktivita, účinnost , závisí také na chem.vl., po vazbě látka změní strukturní konformaci receptoru )
receptorová teorie = okupační receptorová teorie předpokládá, že odpověď organismu na léčivo je podmíněna obsazením receptoru léčivem ( počtem receptorů obsazených látkou )
( ideálně in vitro vztah dávka-účinek vyjádřen hyperbolickou křivkou )
rovnovážná disociační konstanta = koncentrace látky, při níž je obsazeno 50% receptorových míst ( jeli Kd nízká, je vazebná afinita vysoká )
přenos receptor-cílová tkáň
-bb.vybaveny amplifikačními schopnostmi + transmisními vlastnostmi ( = transaaktivační systém ) – fce: kontrola výsledného efektu interakce látky s receptorem
3 typy bb:
1) bb.málo amplifikuje signál
a) látka A vyvolá plnou odpověď ( plný agonista )
b)látka B vyvolá jen částečnou odpověď ( parciální agonista )
c) látka C nevyvolá odpověď, ikdyž obsazuje receptory (zabrání ale účinku A a B a je kompetitivní antagonista )
2) bb.více amplifikuje signál
a) látka A plný agonista
b) látka B také
c) látka C parciální agonista
3) bb. hodně amplifikují signál
a) látka A,B,C jsou plní agonisté
-proto nutné vždy charakterizovat látku podle afinity a vnitřní aktivity!!!
kvantifikace agonistů
intenzita efektu
biologický potenciál = dáno hustotou receptorů, účinností transaktivačního systému, afinitou, vnitřní aktivitou ( agonisté mají stejnou vnitřní aktivitu, ale různou afinitu – poměr potenciálů je metodou k měření schopnosti léčiva vyvolat odpověď
-jinou metodou je srovnávat vnitřní aktivitu dvou látek
kvantifikace antagonistů
kompetitivní antagonismus = látce chybí vnitřní aktivita, ale má afinitu (naváže se na rector, ale nevyvolá konformační změny receptoru ), soutěží s agonistou o vazbu na receptor
-projevem je posun křivky koncentrace/účinek léku doprava k vyšším koncentracím ( míra posunu závisí na koncentraci antagonisty a jeho afinitě )
-s agonistou soutěží také parciální agonista
nekompetitivní antagonismus = potlačení nebo snížení efektu agonisty tím, že je antagonista na receptor pevně vázán a trvá dlouho, než se odstraní (blokáda vazby pro agonistu )
ireverzibilní antagonista = podobný, dlouhodobě, nevratně se váže a tím blokuje receptor
alosterický antagonismus = vazba antagonisty na jiné místo receptoru, než kam se váže agonista (důsledkem je pokles vazby agonisty / někdy vazbu potencuje – Myastenia gravis, Alzheimer )
inverzní agonista = funkční antagonisté, selektivně se vážou na inaktivní formu receptoru a inaktivují je ( stejné chování jako kompetitivní antagonisté )
coupling = provázanost signálních mechanismů od vazby na receptor před transdukční faktory v bb.
( = transaktivační systém – jeho účinnost je zčásti určena počáteční změnou receptoru,
závisí na biochem.vl. přenášejících signál )
rezervní ( = spare ) receptory = při existenci receprotové rezervy je dosaženo max.farmakol. odpovědi, ikdyž ještě nedošlo ke kompletnímu obsazení všech receptorů
-přítomny např v myokardu ( průkaz působením ireverzibilních antagonistů )
ANTAGONISMUS
( reverzibilní / ireverzibilní )
-když se zvyšuje c rev.antagonistů, prohlubuje se intenzita inhibice agonisty (lze to ale překonat zvýšením koncentrace agonisty ) = znak kompetitivního antagonismu ( posun doprava )
-vysoká afinita antagonisty může způsobit téměř nulovou vazbu agonisty ( mohou ale být přítomny rezervní receptory, které umožní vazbu agonisty, pokud je ve vysoké koncentraci ) = ireverzibilní antagonismus ( léky, eliminace závisí na obměně receptorů ),př:phenobenzamin
-některá léčiva používaná jako kompetitivní antagonisté jsou ve skutečnosti slabí parciální agonisté ( fumazenil – antidotum při předávkování benzodiazepiny )
-chemický antagonismus = nesoutěží o vazbu, ale léčivo se na druhé léčivo naváže a tím ho inaktivuje ( př.protamin inaktivuje heparin )
-fyziologický antagonismus = účinky méně specifické, ale užívají se (př:insulin při zvýšené syntéze glukokortikoidů sníží glykémii )
LÉČIVA S ÚČINKY NEZÁVISLÝMI NA RECEPTORECH
-mohou se v organismu vázat ( na malé molekuly, ionty )
-př:chemický antagonismus (antacida, proti radikálům – mesna, mannitol – zvýší osmolaritu )
-mohou být inkorporována do bb. a tak ovlivní fci ( chemoterapie )
Př: látky ovlivňující pH, oxidace a redukce ( intoxikace ), precipitace proteinů ( dermatologie ), mechanické krytí povrchu ( GITologie, dermatologie ), adsorbencia (černé uhlí ), detergentia ( mýdla, dezinfekce ), chlátotvorné látky ( detoxikace iontů ), denzní látky ( RTG-kontrastní látky v diagnostice), radionuklidy ( diag.+terapie )