Presentazione di PowerPoint

Farmaci che
agiscono come inibitori
enzimatici
Catalisi enzimatica e sistemi
biologici
Caratteristiche generali degli enzimi:
•
•
•
•
Velocità di reazione più elevata
Condizioni di reazione più blande
Maggiore specificità di reazione
Capacità di regolazione
Interazioni enzima-substrato:
un prerequisito per la catalisi
• Forze importanti per
il riconoscimento del
substrato
• Caratteristiche del
sito attivo
Modelli per le interazioni
enzima-substrato
LOCK AND KEY
INDUCED FIT
Carbossipeptidasi A-
Cambiamenti indotti dal substrato
nella conformazione del sito attivo
Cofattori enzimatici
Alcuni enzimi richiedono la presenza di composti organici
noti come “coenzimi” e/o ioni metallici e composti
inorganici (cofattori) per l’attivazione.
I coenzimi e i cofattori sono specie chimiche separate
che si legano agli apoenzimi mediante interazioni
elettrostatiche, legami H e forze di van der Waals a dare
un sistema attivo complesso detto oloenzima.
Apoenzima + Coenzima e/o Cofattore = Oloenzima
(inattivo)
(inattivo)
(attivo)
Cofattori enzimatici
ATP
NAD+/NADH
CoASH
Classificazione degli enzimi
1) Ossido-riduttasi
2) Transferasi
3) Idrolasi
4) Liasi
5) Isomerasi
6) Ligasi
Le reazioni enzimatiche sono caratterizzate da
elevata specificità strutturale
I gruppi principali del substrato
devono “fittare” con il sito attivo,
cioè devono essere complementari
in modo da avere un corretto
allineamento per il binding
ottimale con l’enzima.
Sito attivo
enzimatico
Come agiscono gli enzimi…
• Gli enzimi accelerano le reazioni abbassando
l’energia libera di attivazione
• Gli enzimi esplicano questa azione legandosi allo
“stato di transizione” della reazione, uno stato
intermedio tra la struttura del substrato e
quella del prodotto finale
Lo stato di transizione
• Differenza tra G e G‡
• Il cambiamento di energia libera di una reazione
(∆G) è proporzionale al rapporto all’equilibrio tra
[S] e [P]
• L’energia libera di attivazione (G‡ ) di una
reazione è correlata alla velocità di reazione
E+S
ES
EP
E+P
Gli enzimi
abbassano ∆G‡
senza
influenzare il
∆G della
reazione.
Catalisi: come agiscono gli enzimi
• 4 Meccanismi comuni
• 1) Vicinanza e effetto “Strain”
Il substrato “fitta” il sito catalitico con
un’appropriata orientazione verso i gruppi
catalitici dell’enzima. La conformazione
dell’enzima cambia a dare il complesso E-S.
• 2) Effetto Elettrostatico
Il “binding site” del substrato elimina H2O e
abbassa la costante dielettrica, rafforzando in
questo modo le interazioni elettrostatiche tra E
e S.
Catalisi: come agiscono gli enzimi
Il legame del substrato causa un cambiamento
conformazionale nella proteina
Catalisi: come agiscono gli enzimi
• 3) Catalisi Acido-Base
Le catene laterali dell’enzima agiscono da donatori e
da accettori di legame H.
His
HN
His
+
N H
HN
N.. +
H+
+ R2
NH2
• 4) Catalisi covalente
Una catena laterale nucleofila forma un
legame covalente instabile con il substrato.
O
R1 C NH R2
+
HO CH2 E
O
R1 C O CH2 E
Temperatura e pH
Temperatura e pH
Ogni enzima ha una temperatura
ottimale che è generalmente vicina
alla temperatura fisiologica,
p.e.37oC nell’uomo.
Il calore eccessivo può
denaturare una proteina e
distruggere il suo potere
catalitico.
Temperatura e pH
Gli enzimi lavorano
meglio a pH fisiologico.
Valori estremi di pH
denaturano la proteina.
La pepsina (stomaco) e la
chimotripsina (intestino
tenue) hanno differenti
valori di pH ottimale.
pepsina
Chimotripsina
Farmaci come inibitori enzimatici
Enzima
Inibitore
Condizione (o
azione)
Dihydropteroate
synthetase
Sulfametossazolo
Batteriostatico
Dihydrofolate
reductase
Metotrexate
Cancro
Thymidylate synthase
Fluorouracile
Cancro
Angiotensin-converting
enzyme
Captopril
Ipertensione
b-Lactamase
Penicilline
Battericida
HIV reverse
tyranscriptase
Zidovudine
AIDS
Cyclooxygenase
Aspirina
Antiinfiammatorio
Xanthine Oxidase
Allopurinolo
Gotta
Come agiscono i farmaci nell’inibizione enzimatica?
Active Enzyme
Substrate
Product
Cellular Function
Come agiscono i farmaci nell’inibizione enzimatica?
Inactive Enzyme
Substrate
Bound Enzyme
Inhibitor (Drug)
• Gli enzimi catalizzano la biosintesi di prodotti da substrati.
• Alcuni farmaci legano gli enzimi bloccandone l’attività enzimatica
• La perdita di prodotto dovuta all’inibizione enzimatica media
gli effetti degli inibitori enzimatici.
Farmaci come inibitori enzimatici clinicamente utili
Esempi:
• Inibitori delle Cicloossigenasi come antiinfiammatori,
(aspirina, ibuprofen, ketoprofen)
• Inibitori di HMG-CoA Redutasi per il trattamento della
ipercolesterolemia
(atorvastatin; pravastatin)
• Inibitori dell’ Angiotensin Converting Enzyme (ACE)
per il controllo della pressione arteriosa, dell’infarto e
dell’insufficienza renale cronica
(captopril; ramipril)
Come agiscono i farmaci nell’attivazione enzimatica?
Active Enzyme
Substrate
Product
Enzyme Activator
(Drug)
Cellular Function
• Gli enzimi catalizzano la biosintesi di prodotti da substrati
• Alcuni farmaci si legano all’enzima aumentandone l’attività enzimatica
• L’aumentata biosintesi del prodotto media gli effetti degli attivatori enzimatici
Farmaci come attivatori enzimatici clinicamente utili
Esempi:
• Attivatori della Guanylyl Ciclasi nel trattamento
dell’angina pectoris
(nitroglicerina; isosorbide dinitratoe)
• Riattivatori delle Colinesterasi dopo avvelenamento da
gas nervino o da pesticidi organofosfati
(pralidoxime)
Solfonammidi
La scoperta delle solfonammidi risale al 1935 (G. Domagk), in
seguito alla valutazione dell’effetto antibatterico di alcune
sostanze fino a quel momento ritenute solo dei coloranti
(Prontosil).
NH2
Riduzione
H2N
N N
Prontosil
SO2NH2
H2N
SO2NH2
p-Aminobenzenesulfonamide
Il Prontosil è un prodrug della sulfanilammide che viene
liberata a livello epatico
Solfonammidi
 Le solfonammidi sono inibitori competitivi della sintesi
dell’acido folico.
 Sono batteriostatiche in quanto prevengono la
replicazione dei batteri.
 Agiscono inibendo la Dihydropteroate Synthetase, enzima
necessario per la sintesi del tetraidrofolato (THF).
 Il THF è un coenzima usato nella sintesi delle purine
necessarie per la produzione del DNA e dunque per la
replicazione cellulare.
Solfonammidi
N
H2N
N
H
N
O
O P O P O
N
O
OH
Via metabolica normale
Deidropteroato sintetasi
N
H2N
N
O
O
Inibizione della solfonammide
Trattamento con sulfametossazolo
H
N
N
H
N
N
H2N
N
OH
N
COO-
Diidrofolato
OH
Residuo di PABA
H
N
H
N
O
S
O
HN
CH3
N O
N
H2N
N
H
N
N
Nessuna reazione successiva
H
N
H
N
OH
THF
O
O
COO-
Solfonammidi
COOH
SO2NH2
H
O
N
O S
N
O
CH3
NH2
PABA
NH2
p-Amminobenzensolfonammide
NH2
Sulfametossazolo
 Le solfonammidi sono analoghi strutturali del PABA (acido
p-amminobenzoico).
 Si ritiene che agiscano come competitori per lo stesso sito
attivo enzimatico.
 L’uomo non sintetizza l’acido folico, ma lo assume con la dieta, per
cui gli inibitori della Dihydropteroate Synthetase non hanno
effetti collaterali significativi.
L’infiammazione
Effetti dei mediatori inflammogeni
sui vasi e sulla migrazione cellulare
Cascata dell’acido
arachidonico –
Sintesi di
trombossani e
prostaglandine
Classi chimiche di NSAIDs non selettivi per
COX-1/COX-2
Classificazione di NSAIDs in base all’efficacia clinica
Meccanismo d’azione di NSAIDs
Sia la COX-1 che la COX-2 esistono come dimeri.
Il substrato, acido arachidonico, giunge sul sito
catalitico veicolato da un canale idrofobico.
L’aspirina acetila in modo irreversibile un residuo
di Serina, che è vicino al sito catalitico, anche se
distinto.
Questa interazione previene l’accesso
del substrato al sito catalitico dell’enzima
L’Aspirina