1

RECEPTORIKAO CILJNA MESTA DEJSTVA LEKOVA

Predavač: Doc. dr Slavica Erić

FARMACEUTSKA HEMIJA 1

Kako se prenose informacije u organizmu?

� receptori imaju ulogu prenosioca poruka� većina receptora se nalazi u ćelijskoj

membrani� receptori primaju poruke od transmitera koji

dolaze iz drugih ćelija� prenošenje informacija od transmitera do

receptora dovodi do ćelijskog odgovora� različiti receptori su specifični za različite

transmitere� svaka ćelija sadrži različite receptore

nervni završetak → neurotransmiter → receptor → ćelijski odgovor

2

Hemijski transmiteri

Hemijski transmiteri:

Neurotransmiteri: -hemijske supstance osloboñene iz nerva, prolaze kroz nervne sinapse i vezuju se za receptor druge ćelije (mišića ili nerva); -kratkotrajan efekat, koji služi za prenošenje informacija izmeñu ćelija

Hormoni: -hemijske supstance osloboñene iz ćelija ili žlezda koje prolaze odreñeno rastojanje da bi se vezale za receptore ciljnih ćelija u organizmu

Hemijski transmiteri prenose informaciju a da ne podležu reakcijama

receptor

nerv

jedroćelija

ćelija

nerv

Transmiteri

Razlikuju se po strukturi i kompleksnosti:

� monoamini (acetilholin, noradrenalin, dopamin, serotonin)� aminokiseline (GABA, glutaminska kiselina, glicin)� kalcijumov jon� lipidi (prostaglandini)� purini (adenozin, ATP)� neuropeptidi (endorfini i enkefalini)� peptidni hormoni (angiotenzin, bradikinin)� enzimi (trombin)

3

Transmiteri

acetilholin R=H noradrenalinR=CH3 adrenalin

dopamin serotonin

glutaminska kiselina

γγγγ-aminobuterna kiselina glicin

Struktura i funkcija receptora

□ nervna ćelija oslobaña specifičan transmiter koji se vezuje za specifičan receptor□ ciljna ćelija može da sadrži više tipova receptora koji intereaguju sa različitim neurotransmiterima□ ćelija prima poruku i nizom hemijskih reakcija proizvodi odgovarajući biološki efekat

□ nervna ćelija oslobaña specifičan transmiter koji se vezuje za specifičan receptor□ ciljna ćelija može da sadrži više tipova receptora koji intereaguju sa različitim neurotransmiterima□ ćelija prima poruku i nizom hemijskih reakcija proizvodi odgovarajući biološki efekat

Nerv 1

Nerv 2Hormon

Krvotok

Neurotransmiteri

4

Aktivno mesto receptora

� ekvivalentno aktivnom mestu enzima� prihvata i vezuje transmiter� transmiteri se vezuju intermolekulskim vezama � na mestu vezivanja ne dolazi do reakcije ni katalize (različito

od enzima)

ENZYME

mesto vezivanjamesto vezivanja

Afinitet vezivanja za receptor

□ jačina veza izmeñu receptora i liganda odreñuje afinitet liganda

Kovalentne veze

Jonske veze

Vodonične veze

Hidrofobne veze

Van der Waalsoveveze

Jačina veza

KiAfinitet

vezivanja za receptor

5

Kako se prenosi poruka do receptora?

-vezivanjem transmitera za receptor dolazi do promene oblika receptora:

TTTT

EERR RR

TT

EERR

prenoprenoššenje signalaenje signala

Interakcije vezivanja treba da budu u ravnoteži:

□ dovoljno jake da bi se transmiter zadržao dok se ne prenese informacija

□ dovoljno slabe da bi transmiter mogao da ode sa mesta vezivanja

Jonski kanali: Signalni proteini:

Prenošenje signala

Načini prenošenja poruka preko receptora:□ jonski kanali (otvaranje i zatvaranje kanala)□ signalni proteini i enzimi□ enzimi vezani za membranu

6

Familije receptora

A. Receptori jonskih kanala2-TM, 3-TM, 4-TM

B. G protein receptori7-TM receptori

C. Receptori vezani za kinaze1-TM receptori

D. Faktori transkripcije

Jonski kanaliReceptorivezani za

tirozin kinazuG protein receptori

Faktori transkripcije

Promene u membranskom potencijalu ili

koncentraciji jona

Fosforilacijaproteina

Intracelularnisek.

transmiter

Ćelijski odgovor

Ćelijski odgovor

Ćelijski odgovor

Nikotinski ACH receptor

Insulinski receptor

Adrenergičkireceptor

Estrogenskireceptor

Ćelijski odgovor

jedro

joni

7

Jonski kanali

Jonski kanali:� kompleksi proteina koji prolaze kroz ćelijsku membranu i sastoje se iz

nekoliko proteinskih subjedinica� hidrofilni sa unutrašnje strane što omogućava prolazak jona� kontrola otvaranja jonskih kanala: kapije kanala kontrolišu receptori

primanjem signala preko transmitera

Hydrophilictunnel

Cellmembrane

Hidrofilni tunel

membrana

Prenos signala: Mehanizam kontrole jonskih kanala

-receptor je sastavni deo jonskog kanala (proteinska subjedinica)

-kanal će biti otvoren ili zatvoren u zavisnosti da li je receptor aktiviran (transmiter ili promena transmembranskog električnog potencijala)

-aktivacija Na+K+ ATPaze dovodi do promene transmembranskogelektričnog potencijala

Jonski kanal(zatvoren)

ćelija

Vezivno mestoreceptora

Jonskikanal

Jonskikanal Ćelijska

membranaĆelijska

membrana

Indukovanofitovanje i

otvaranje kanala

Jonski kanal(otvoren)

ćelija

Ćelijskamembrana

transmiter

Jonski kanal

jonskikanal

Ćelijskamembrana

8

Cellmembrane

Five glycoprotein subunitstraversing cell membrane

Messenger

Cellmembrane

Receptor

Indukovano fitovanje

‘Gating’(ion channel

opens)

Bindingsite

Katjonski jonski kanali: za K+, Na+, Ca++ (nikotinski receptori), ekscitatorni

Anjonski jonski kanali: za Cl-, (GABA receptori), inhibitorni

5 glikoproteinskih jedinica koje prolaze ćelijsku membranu

Otvaranje kanala

membrana membrana

TransmiterVezivno mesto

Prenos signala: mehanizam kontrole jonskih kanalaprimer: nikotinski receptor

Prenos signala: aktivacija enzima

deo receptora takoñe predstavlja i enzim

-spoljašnji deo proteina sadrži receptorsko aktivno mesto

-vezivanjem liganda i promenom oblika proteina otvara se aktivno mesto enzima i inicira hemijska reakcija

closed

messenger

inducedfit

active site open

closed

messengertransmiter

transmiter

zatvoreno aktivno mesto

otvoreno aktivno mesto zatvoreno

aktivno mesto

indukovano fitovanje

9

Prenos signala: aktivacija enzima

� Receptori vezani za kinaze

Receptori vezani za tirozin kinazu-receptori vezani za membranu koji imaju dvostruku ulogu receptora i enzima-fosforilacija tirozinskih rezidua-nakon fosforilacije, dolazi do vezivanja različitih signalnih proteina i enzima-receptor za epidermalni faktor rasta (bivalentni ligand koji se vezuje za

dva receptora istovremeno, dimerizacija receptora, fosforilacija)-insulinski receptor, receptor za citokine

Receptori koji aktiviraju guanilat ciklazu- stvaranja cGMP – otvaranje jonskih kanala u bubrezima, ekskrecija Na+

domen katalize →→→→intracelularni prostor)

← domen vezivanja T(ekstracelularni prostor)

ćelijska membrana →→→→

Prenos signala: aktivacija signalnih proteina

G-proteinsplit

inducedfit

closed open

-receptor se vezuje za transmiter i dolazi do indukovanog fitovanja-otvara se mesto vezivanja za G protein-G protein aktivira membranske enzime (vezuje se za alosterno mesto)-otvara se aktivno mesto enzima, kataliza reakcije unutar ćelije

zatvoreno otvoreno

razdvajanje G proteina

Indukovano fitovanje

10

Sekundarni transmiteri

� G protein receptori i cAMP-Adenilat ciklaza-Protein kinaze

� G protein receptori i fosfolipaza Csekundarni transmiteri (hidroliza fosfatidilinozitol difosfata):IP3 (inozitol trifosfat) – hidrofilna molekula – u citoplazmi-mobilisanje Ca++ iz depoa u endoplazmatičnom retikulumu otvaranjem jonskih kanala – aktivacija Ca-zavisnih protein kinaza – fosforilacija i aktivacijaspecifičnih enzima – kontrakcija glatkih i srčanog mišića, sekrecija egzokrimih žlezda, oslobažanje hormona i neurotransmitera

DI (diacilglicerol) – hidrofobna molekula – u membrani- aktivacija protein kinaze C – fosforilacija enzima – širenje tumora, infekcija, kontrakcija i relaksacija glatkih mišića

rekombinacija IP3 i DI → fosfatitidilinozitol difosfat

Intracelularni receptori

-u citoplazmi i jedru ćelije-regulacija transkripcije gena -transmiteri prolaze kroz ćelijsku membranu u citoplazmu i jedro

Receptori za steroidne hormone(citoplazmatski receptori)-jednostavni protein koji sadrži mesto vezivanja steroida i mesto vezivanja za DNK-steroidi i hidrofobne molekule difunduju kroz ćelijsku membranu do steroidnih receptora-dimerni kompleks steroid-receptor putuje kroz membranu jedra do jedra i vezuje se za DNK (zinc fingers)-estrogenski receptor: kompleks estrogen-receptor vezuje se DNK sekvencu, aktivira transkripciju i produkciju mRNK-mRNK- produkcija različituh funkcionalnih i strukturnih poteina-tamoksifen- antagomista estrogenih receptora, antineoplastik

Mesto vezivanja T

Vezivanje za DNK

Me2N

CH2CH3

tamoksifen

11

Agonisti i antagonisti

Ligandi (transmiteri) se vezuju za receptori "otključavaju" ćeliju koja nizom reakcija proizvodi biološki odgovor

Lekovi koji su komplementarni sa receptorom i simuliraju efekat prirodnih liganada nazivaju se AGONISTI

Lekovi koje se vezuju za iste receptore kao prirodni transmiteri, ali ne prouzrokuju isti odgovor nazivaju se ANTAGONISTI-antagonisti inhibiraju dejstvo prirodnih supstanci

vezivanje transmitera za receptor: teorija ključa i brave

Dizajniranje agonista

� dizajniranje lekova koji podražavaju dejstvo prirodnih transmitera

� ukoliko poznajemo vezivne grupe na receptorskom mestu i gde se one nalaze, lek se može dizajnirati da stupa u interakciju sa aktivnim mestom

-lek mora da sadrži odreñene funkcionalne grupe

-funkcionalne grupe leka treba da budu u odgovarajućem položaju

-lek mora da bude odgovarajuće veličine da bi mogao da se veže za aktivno mesto

12

Enantioselektivnost potencijalnih agonista

-enantiomeri pokazuju različit afinitet vezivanja za receptor(distomeri i eutomeri)-mnogi farmaceutski agensi se sintetišu kao racemati, 50% leka bez aktivnosti -neaktivan enantiomer može da bude bez efekta ili da se veže za drugi receptori ispolji neželjeno dejstvo (talidomid)

-asimetrična sinteza lekova

3 interakcije

2 interakcije

Dizajniranje antagonista

� dizajniranje liganada koji bi blokirali dejstvo transmitera

� uglavnom lekovi sličnog oblika kao transmiter, ali koji ne menjaju oblik receptora

� antagonistički efekat mogu da proizvode lekovi koji savršeno fitujusa receptorom tako da ne dolazi do konformacionih promena receptora

� neki antagonisti nemaju strukturne sličnosti sa agonistima, ali sadrže aromatične prstenove i funkcionalne grupe koje obezbeñuju vezivanje za receptor

13

Reverzibilni antagonisti

AnAn

EERR

TT

AnAn

RR

□ antagonisti se vezuju reverzibilno za aktivno mesto

□ intermolekulske veze su uključene u vezivanje antagonista

□ nivo dejstva antagonista zavisi od jačine vezivanja antagonista iкоncentracije antagonista

□ dolazi do blokade vezivanja transmitera za receptorsko mesto

□ povećanjem koncentracije transmitera oslobaña se aktivno mesto

ANTAGONISTI: kompetitivni i nekompetitivni

reverzibilniantagonisti:

Ireverzibini antagonisti

X

OH OH

X

O

□ antagonisti se ireverzibilno vezuju za aktivno mesto

□ stvaraju se kovalentne veze izmeñu antagoniste i receptora

□ dolazi do permanentne blokade vezivanja transmitera za aktivno mesto receptora

□ povećanje koncentracije transmitera ne utiče na vezivanje antagoniste

Kovalentnaveza

14

Alosterni antagonisti

□ antagonisti mogu da se vezuju za različiti deo receptora□ vezivanjem antagonista menja se oblik aktivnog mesta receptora tako da

je onemogućeno vezivanje transmitera□ tip nekompetitivnog antagonizma jer se antagonist i transmiter ne

takmiče za isto aktivno mesto

ACTIVE SITE(open)

ENZYMEReceptor

AlosternoAlosterno mesto mesto vezivanjavezivanja

Vezivno mestoVezivno mesto

Antagonist

(open)ENZYMEReceptor

Indukovanofitovanje

NeprepoznatljivoNeprepoznatljivovezivno mestovezivno mesto

Antagonisti: mehanizam kišobrana

Antagonist

Mesto vezivanja za antagonistu

Mesto vezivanja za transmiter

Receptor Receptor

Transmiter

□ antagonisti se reverzibilno vezuju u susedstvu aktivnog mesta receptora

□ antagonisti pokrivaju vezivno mesto za transmiter

□ blokira se aktivno mesto receptora za vezivanje transmitera

15

Parcijalni agonisti

□ lekovi koji se ne mogu definisati ni kao agonisti ni kao antagonisti

□ ligandi koji deluju kao agonisti ali ne ispoljavaju potpuni efekat:

-ukoliko konformacione promene receptora nisu potpune

-ukoliko postoje dva različita regiona na mestu vezivanja za receptor, pri čemu jedan način vezivanja izaziva agonističko, dok drugi način vezivanja izaziva antagonističko dejstvo

□ ravnoteža agonističke i antagonističke aktivnosti zavisi od načina vezivanja liganda

Inverzni agonisti

� vezuju se za receptor i proizvodi efekat suprotan od agoniste

� vezuje se za isti receptor kao agonista

� razlika od antagoniste: antagonista se vezuje za receptor, ali ne redukuje osnovnu aktivnost

� mogu da se vezuju za receptore koji ispoljavaju aktivnost i bez vezivanja transmitera (GABA receptori, dihidropiridinski receptori) i vrše prevenciju njihove aktivnosti

16

Senzibilizacija i desenzibilizacija

-neki lekovi mogu da deluju tako što se vežu za receptor, aktiviraju ga, a zatim blokiraju receptor za odreñeni period (agonističko/antagonističko dejstvo)

-produženo delovanje agonista za receptor dovodi do fosforilacijehidroksilnih i fenolnih grupa receptora, pri čemu receptor menja oblik i postaje neaktivan; nakon odlaska agoniste, aktivno mesto se defosforiliše i prelazi u originalni oblik

� DESENZIBILIZACIJA-nastaje ukoliko se receptor izloži dugotrajnom dejstvu agoniste-kompleks agonist-receptor može se potpuno ukloniti procesom endocitoze -ili može doći do redukovane sinteze receptora od strane ćelije

� SENZIBILIZACIJA-nastaje usled dugotrajnog dejstva leka-ćelija sintetiše više receptora da bi se nadoknadili receptori koji su blokirani

Desenzibilizacija i senzibilizacija

DESENZIBILIZACIJA□ nastaje ukoliko se receptor izloži dugotrajnom dejstvu agoniste

□ desenzibilizacija može nastati:

a) posredstvom receptora

b) bez posredstva receptora

kontinuirana izloženost ligandu

odgovorbiološki efekat

SENZIBILIZACIJA□ nastaje usled dugotrajnog dejstva leka

□ ćelija sintetiše više receptora da bi se nadoknadili receptori koji su blokirani

DESENZIBILIZACIJA

17

Desenzibilizacija

a) posredstvom receptora

□ gubitak funkcije receptora-brza desenzibilizacija usled promena u konformaciji receptora-uzrok - ćelijski efekti agoniste-primer: fosforilacija specifičnih amino kiselina G-protein receptora blokira kuplovanje G-proteina

□ smanjenje broja receptora-sporija desenzibilizacija usled postepenog smanjenja broja receptora-posledica ćelijskog efekta agoniste-primer: fosforilacija specifičnih amino kiselina u G-protein receptoru uzrokuje ukljanjanje receptora sa površine ćelije (egzocitoza)

b) bez posredstva receptora

□ redukcija komponenata signalnih proteina-produžena stimulacija G-proteina – potrošeni sekundarni transmiteri

□ smanjenje koncentracije leka-povećana metabolička degradacija, eliminacija, konc. u plazmi

□ fiziološka adaptacija

Desenzibilizacija

18

Tolerancija i zavisnost

� ZAVISNOST -ukoliko doñe do redukcije vezivanja transmitera za receptor usled

duže primene leka, ćelije mogu da sintetišu više receptora, što dovodi do povećane osetljivosti na transmitere

-nagli prestanak primene leka i oslobañanje svih receptora može da dovede do efekta predoziranja, jer i novi receptori reaguju na transmitere-postepeno smanjenje doze leka, dok se broj receptora ne vrati napočetni nivo

� TOLERANCIJA -na odreñeni lek (potrebna je veća koncentracija leka da bi se dobio isti biološki odgovor usled povećanog broja receptora)

Tipovi i podtipovi receptora

Receptori se identifikuju specifičnim neurotransmiterima ili hormonima koji ih aktiviraju

primer: dopaminergički receptor se aktivira vezivanjem dopaminaholinergički receptor - aktivacija acetilholinomadrenergički receptor - aktivacija adrenalinom i noradrenalinom

Tipovi i podtipovi receptora

-razlike u receptorima koji se aktiviraju jednakim transmiterima (podtipovireceptora, male razlike u sekvenci aminokiselina)

-npr. različiti podtipovi receptora dominiraju u različitim tkivima (adrenergički receptor u plućima se razlikuju od adrenergičkih receptora u srcu): alfa1a, alfa1b i alfa1d adrenergički receptori

19

Efekti leka

Efekti leka, toksični////neželjeni:

-isti receptori u istim tkivimaprimer: varfarinDejstvo: antikoagulansNeželjeni efekat: hemoragija

-isti receptori u različitim tkivimaPrimer: digoksinDejstvo: digitalizacija srca, jonotropski efekatNeželjeni efekti: disbalans elektrolita u bubrezima

-različiti receptoriPrimer: lekovi koji deluju na adrenergičke receptoreDejstvo: terapija hiperplazije prostate (alfa1d receptori u prostati)Neželjeni efekat: hipotenzija

Terapeutski indeks leka

SELEKTIVNOST LEKOVA - SPECIFIČNO dejstvo leka na odreñeni podtip receptora smanjuje neželjena dejstva leka

Terapeutski efekat/neželjeni efekatTerapeutski indeks leka (T.I.)

T.I. = Toksični ED50/Terapeutski ED50

Kd- afinitet vezivanja za receptor

ED – efektivna doza koja proizvodi maks. efekat

ED50 –doza koja proizvodi 1/2 maks. efekta (pD2)

IC50 – koncentracija koja proizvodi 50% inhibicije (antagonisti) (pA2)

20

Kancer dojkeKontracepcijaEstrogeni

AntiemeticiAntimigreniciStimulacija GI

5-HT1A, 5-HT1B

5-HT1D...5-HT5B

5-HT1-5HT7Serotoninski

Antidoti morfinaAnalgeticiµ, κ, δ, ORL1Opioidni

Antialergici, antiemeticiAntiulkusni l.

VazodilatacijaH1 - H3Histaminski

AntidepresiviParkinsonovabolest

D1, D2, D3, D4, D5

Dopaminski

AntihipertenziviHiperlazijaprostate

AntihipertenziviAntiastmatici (β2)

α1a, α1b ,α1d

α2A α2C

β1 , β2, β3

Alfa (α1, α2)Beta (β)

Adrenergički

Neuromuskularniblokatori i relaks.Ulceri

Stimulacija GI

Glaukom

Nikotinski (4 podtipa)M1-M5

Nikotinski (N)

Muskarinski (M)

Holinergički

Primer terapije antagonista

Primer terapije agonista

PodtipTipReceptor