Chim Farm 2 2015-2016

ENZIMI
 Proteine globulari che
catalizzano le reazioni chimiche
nelle cellule (62 residui aa 4ossolocrotonato tautomerase a >
2500 residui in acidi grassi
sintetasi )
Esistono un ridotto numero di
catalizzatori biologici che
agiscono nel ribosoma: RNAenzimi o ribozimi
L’attività enzimatica viene
determinata dalla loro struttura
tridimensionale
Una piccola porzione
dell’enzima (3-4 aminoacidi) è
coinvolta direttamente nella
catalisi: Sito attivo dell’enzima
Profilo generale d’una reazione
chimica
Un catalizzatore (enzima) è semplicemente un composto che
accelera la reazione senza apportare cambi durante essa
I
n
t
e
r
a
z
i
o
n
i
E
n
z
i
m
a
S
u
b
s
t
r
a
t
o
Meccanismi enzimatici
Catalisi Acid-Base
Triose Phosphate Isomerase
Meccanismi enzimatici
Catalisi elettrostatica
Meccanismi enzimatici
Catalisi covalente
trypsin,
chymotrypsin,
and elastase
Strategie dattivazione per Proteasi
ENZYME
REACTION CATALYZED
Kinases
catalyze the addition of phosphate groups to molecules.
Protein kinases are an important group of kinases that
attach phosphate groups to proteins.
Phosphatases
catalyze the hydrolytic removal of a phosphate group from a
molecule.
Oxido-Reductases
general name for enzymes that catalyze reactions in which
one molecule is oxidized while the other is reduced.
Enzymes of this type are often called oxidases, reductases,
and dehydrogenases.
ATPases
hydrolyze ATP. Many proteins with a wide range of roles
have an energy-harnessing ATPase activity as part of their
function, for example, motor proteins such as myosin and
membrane transport proteins such as the sodium–
potassium pump.
ENZYME
REACTION CATALYZED
Hydrolases
general term for enzymes that catalyze a hydrolytic cleavage
reaction.
Nucleases
break down nucleic acids by hydrolyzing bonds between
nucleotides.
Proteases
break down proteins by hydrolyzing bonds between amino
acids.
Synthases
general name used for enzymes that synthesize molecules in
anabolic reactions by condensing two smaller molecules
together.
Isomerases
catalyze the rearrangement of bonds within a single
molecule.
Polymerases
catalyze polymerization reactions such as the synthesis of
DNA and RNA.
INIBIZIONE SUICIDA
Una classe particolare di inibitori irreversibili è quella degli inibitori suicidi,
relativamente poco reattivi se non quando raggiungono il sito attivo di un dato
enzima. Questi inibitori portano avanti le prime tappe di una normale reazione, ma
invece di essere trasformati nel prodotto previsto, vengono convertiti in prodotti
molto reattivi che si combinano in maniera irreversibile con l’enzima.
ESEMPIO: Inibizione suicida del CYP2B11 da parte del cloramfenicolo
O2N
CH2OH
NHCOCHCl2
OH
cloramfenicolo
H
OH
CYP2B11
R C Cl
R C Cl
Cl
Cl
Legame covalente
O
R
Cl
reattivo
ENZIMI NELLA DIAGNOSI DI PATOLOGIE
In seguito al danno tissutale può verificarsi il rilascio di enzimi nel sangue
La misura di variazioni della concentrazione serica di numerosi enzimi è alla
base di analisi diagnostiche
Sono utilizzati enzimi epatici quali: amino trasferasi (ALT e AST); lattato deidrogenasi
(LDH1, LDH2, LDH3, LDH4 e LDH5); creatina chinasi (CPK1, CPK2, CPK3);
e g-glutamil transpeptidasi (GGT)
APPLICAZIONI:
Epatiti virali (rapporto ALT/AST › 1)
Danno cardiaco (AST)
Infarto al miocardio (LDH, CK)
Danni muscolari (CK)
Danni cerebrali (CK)
Nucleotidi, acidi nucleici, DNA e RNA
Basi azotate
Lo scheletro del DNA (backbone) è un polimero
costituito dall’alternanza di residui zucchero-fosfato.
Ciascun desossiribosio è legato al precedente e al
successivo mediante gli idrossili in posizione 3’ e 5’
grazie ad un residuo fosforico che funge da ponte. Il
legame che si insatura fra zucchero e fosfato prende il
nome di legame fosfodiesterico
Il DNA è costituito da una
doppia elica. Le due catene
sono antiparallele (5’-3’ e
3’-5’) e la struttura è
stabilizzata da legami
idrogeno intercatena che
coinvolgono coppie di basi
complementari
Complementarietà delle basi azotate
legame H
ingombro sterico
Le due catene si
avvolgono su se stesse
a formare
un’elica destrorsa e le
basi sono rivolte
internamente alla
struttura esponendo
sulla superficie
i gruppi fosforici polari
Strutture
DNA
A-DNA
B-DNA
Right-handed helix
Right-handed
Short and broad
Long and thin
thinner
Helix Diameter
Rise / base-pair
Base-pair / helical turn
Helix pitch
Tilt of the bases
25.5A
2.3A
~ 11
25A
20 deg
23.7A
3.4A
~ 10
34A
-1 deg
Z-DNA
Left-handed
Longer and
18.4A
3.8A
~ 12
47A
-9 deg
Strutture
RNA
 L‘RNA è composto da una sola catena nucleosidica
 Lo zucchero è un ribosio
 La timina del DNA viene rimpiazzata dall’uracile nell’RNA
Strutture secondaria e terziaria del RNA
DNA e geni
DNA ricombinante è sinonimo di manipolazione
genetica
Tecniche di DNA ricombinante alla base
dello sviluppo di farmaci biotecnologici
DNA e RNA target farmacologici?
Miscellaneous drug targets
 Building blocks biosintetici
Vancomycine (antibatterico) cattura il L-Lys-D-Ala-D-Ala
building block e previene la sua incorporazione nella
frazione di crescita della membrana batterica
Processi biosintetici
Puromycin (antibiotico) finisce la crescita della
catena proteica durante la traslazione. Mima
l’aminoacile terminale di un aminoacil-tRNA
Miscellaneous drug targets
 Interazioni proteine-proteine
Diversi ed importanti processi cellulari coinvolgono l’associazione di
due o più proteine
Farmaci che possono interferire con questi processi
 Inibizione dell’interazione proteina-proteina dei processi di
trasduzione del segnale: agenti anticancro

La prevenzione della formazione dei complessi di fattore di
trascrizione può prevenire la trascrizione di geni specifici
Anticorpi prevengono la PPI in una famiglia di proteine extracellulare:
integrine (coagulazione del sangue, infiammazione, protezione
cellulare e risposta immune)
L’interazione proteina-proteina coinvolge una grande area superficiale
ricondotta ad un piccolo numero d ’ interazioni particolarmente
importanti coinvolgendo relativamente piccole aree “Hot spot”
Miscellaneous drug targets
Inibitori dell’interazione proteina-proteina PPBIs
 Agenti anticancro
 Agenti antivirali
 Agenti antiinfiammatori
 Agenti autoimmuni??
 Osteoporosis
Approcci al disegno PPBIs
 Disegnare un peptide mimetico d’un regione peptidica crociale per il
binding con l’altra proteine
 Peptido mimetici
 Mimetici di strutture secondarie: a-elica, b-sheets
 Small molecules
Miscellaneous drug targets
 Lipidi
Farmaci che interagiscono con lipidi agiscono
alterando la struttura lipidica della membrana
cellulare

anestetici generali

agente antitumorale: cefalostatina I

antibiotico: daptomycin
Daptomycin
Miscellaneous drug targets
Molecole “tunnelling”
Farmaci che interagiscono con lipidi delle
membrane costruendo tunnel in essa
 Amphotericin B
 Gramicidin A peptide
 Magainins polipeptide
 Nanotubi killer: peptidi ciclici capaci d’auto
assemblaggio nella membrana cellulare dei
batteri formando tunnel
Amphotericin B
Struttura e meccanismo
d’azione
Miscellaneous drug targets
Trasportatori ionici
Farmaci che interagiscono con lipidi delle membrane trasportando ioni
 Valiomycin: struttura ciclica catene idrofobiche all’esterno (capace di
legarsi ai lipidi attraverso forze di Van der Waals) e idrofiliche all’interno
(permette di accomodare uno ione e stabilizzarlo attraverso legame con
il gruppo carbossiamine). Questo farmaco introduce un incontrollato
sistema di trasporto ionico fatale per la cellula
Altri trasportatori ionici
Nigericin
Monensin A
Iasalocid A
Polymyxin B trasporta piccole molecole (nucleoside) e non
ioni
Miscellaneous drug targets


Carboidrati
Carboidrati legati a lipidi (glicolipidi)
Costituenti delle membrane cellulari. La porzione lipidica si
inserisce nella membrana; il glicano si proietta nella fase acquosa

Carboidrati legati a proteine(glicoproteine o preoteo
glicano)
O-linked formate per glicosilazione di residui di Ser o Thr con vari
glicani (mucine, proteoglicani)
N-linked contengono un cuore comune (GlcNAc-b) collegato a
residui di asparagina in una tripletta Asn-Xxx-Ser/Thr
Sono presenti nelle membrane, nel siero, nella matrice
extracellulare, nel citoplasma e nel nucleo
Funzioni biologiche dei carboidrati
Funzioni intrinseche di glicani
Costituenti componenti strutturali
(Membrane, matrice estracellulare(ECM)
Stoccaggio d’energia ed strutturale
(glycogeno cellulosa))
Modificatori delle proprietà delle proteine
(Solubilità, stabilità)
Funzioni che risultano dalla interazione glicano-lectine
Traffico diretto di glicoconiugati
(inter- e extra cellulare)
Mediatori e modulatori della adesione cellulare
(Cellula –cellula, cellula-matrice)
Mediatori e modulatori della segnalizzazione cellulare
(inter- e extra- cellulare)
Interazione carboidrato-carboidrato
Interazioni carboidrati-proteine nella superficie
cellulare gioca un importante ruolo nei processi di
riconoscimento cellulare
Interazione cellula-cellula
Infiammazione fertilizzazione
Interazione zucchero-proteine come target
Sviluppo di probes, diagnostica e farmaci
Miscellaneous drug targets
 Antigeni ed anticorpi
 Molecole tag nel riconoscimento agiscono come antigeni se la cellula è
introdotta in un individuo differente
 Possiamo ipotizzare che un anticorpo specifico per questo antigene
risulterà efficace nella distruzione della cellula
Anticorpo ?????
La terapia del cancro con anticorpi sta basata su farmaci biotecnologici
che hanno come obbiettivo certi antigeni over espressi sulla superficie
della cellula tumorale
L’antigene così diventa il marcatore sia del target molecolare capace,
quindi, di provocare la morte cellulare sia della specificità del delivering
de farmaci
Farmaci multi-target
 Terapia combinata : somministrazione di più di un farmaco con
target diversi
Cancro
Infezione HIV
 Disegno di farmaci che possono agire selettivamente con
diversi target
 disegno di un farmaco con attività agonista per un determinato
sottotipo recettoriale ed attività antagonista per un altro
 il farmaco non inibisca enzimi metabolici o non agisca su
target che possano provocare tossicità
Precauzione nella scelta del target
 I sistemi biologici nel corpo umano sono altamente
complessi: per una determinata funzione ci sono differenti
messaggeri, recettori, ed enzimi coinvolti nel processo
Ipertensione: b-adrenoreceptori, canali di Ca 2+ canali di K+,
enzima convertitore di angiotensine (ACE), antagonisti di
renina…..
 L’importanza di un target può modificarsi con il tempo e
l’acquisizione di nuova informazione
Nausea …… recettore D2 il più potente antagonista risultò
essere poco attivo, implicando un differente recettore come
modulatore della nausea più importante……5HT3
Specificità e selettività del target
Specificità e selettività di target tra le specie
Specificità e selettività di target all'interno del corpo
Farmaci targeting specifici organi e tessuti
Farmaci che hanno come target sottotipi specifici di recettori possono
essere farmaci per specifici organi o per aree specifiche del cervello.
I vari sottotipi recettoriali non sono distribuite uniformemente nel corpo,
ma sono spesso concentrati in particolari tessuti
Raggiungere selettività per un sottotipo recettoriale è particolarmente
importante per i farmaci che hanno lo scopo di imitar neurotrasmettitori. I
neurotrasmettitori vengono rilasciati vicino ai loro recettori bersaglio e una
volta che hanno trasmesso il loro messaggio, sono rapidamente
disattivati ​e non hanno la possibilità di accedere recettori più lontani.
In molte malattie, vi è un ' anomalia di trasmissione ' ad un particolare
tessuto o in una particolare regione del cervello.