biohemija lijekova.unlocked (1)

7/24/2019 Biohemija Lijekova.unlocked (1)

1/216


2/216


3/216

BIOHEMIJA LIJEKOVA


4/216

BIOHEMIJA LIJEKOVA

Autori:Dr.sc. Zlata Mujagi, vanredni profesor, Farmaceutski fakultet Univerziteta u TuzliDr.sc. Hamza Mujagi, redovni profesor, Medicinski fakultet Univeziteta u Tuzli;

Gostujui profesor hematologije i onkologije, Medicinski fakultet HarvardUniverziteta, MGH, Boston, USA

Izdavai:Zlata Mujagi

Hamza Mujagi

Recenzenti:

Dr. sc. Jasminka Nikoli, redovni profesor, ua nauna oblast Medicinskabiohemija

Dr. sc. Lejla Begi, redovni profesor, ua nauna oblast Biohemija

Tehnika pripema i dizajn:Mr. sc. Damir Alihodi

Odlukom Senata Univerziteta u Tuzli br. 03-3070-14.2/12 od

18.04.2012. godine odobrava se upotreba u nastavi.

CIP - Katalogizacija u publikacijiNacionalna i univerzitetska bibliotekaBosne i Hercegovine, Sarajevo

577(075.8)

MUJAGI, Zlata

Biohemija lijekova [Elektronski izvor] / ZlataMujagi, Hamza Mujagi. - Elektronski tekstualni

podaci. - Tuzla : autori, 2012. - 1 elektronski

zapis : tekst, slike, animacije

Tekst s nasl. ekrana. - Kratka biografija: str.[203, 205].

ISBN 978-9958-865-91-61. Mujagi, Hamza

COBISS.BH-ID 19958534


5/216

Zlata Mujagi Hamza Mujagi

BIOHEMIJA LIJEKOVA

Tuzla, 2012. god.


6/216


7/216

Predgovor

Osnovni razlog zbog kojega smo se odluili napisati udbenikBiohemija lijekova jeste nepostojanje odgovarajue struneliterature iz ovoga podruja biohemije u Bosni i Hercegovini, a kojaje napisana na naem jeziku. Prije nekoliko godina smo donijeliovakvu odluku i zapoeli sa potrebnim pripremama. Naedugogodinje iskustvo u radu na univerzitetu, kao i istraivakoiskustvo su nam bili od znaajne pomoi i nastojali smo ih ugraditiu ovu knjigu.

U Prvom poglavlju knjige se govori o fikim i hemijskim svojstvimalijekova, te o stereohemiji lijekova. U Drugom poglavlju se

razmatraju opi i specijalni aspekti prolaska lijekova kroz biolokemembrane. U Treem poglavlju se detaljno razmatraju biohemizmidjelovanja lijekova u ljudskom organizmu. U etvrtom poglavlju jeobraen metabolizam lijekova, sa posebnim naglaskom na ulogupojedinih enzima, a posebno izoenzima CYP450. U Petompoglavlju se razmatra farmakogetika i farmakogenomika. eljelismo posebno ukazati i naglasiti biohemijsku osnovu djelovanjalijekova, koja je razmatrana kroz ope principe i na pojedinanimprimjerima lijekova, te ulogu i biohemizam djelovanja pojedinihenzima u metabolizmu lijekova. Takoer smo eljeli skrenutipanju u poglavlju Farmakogenetika i farmakogenomika na novekoncepte i pristupe u farmakoterapiji.

Ovim ubenikom smo eljeli pomoi i olakati studentimaFarmaceutskog fakulteta Univerziteta u Tuzli savladavanjepredvienog gradiva nastavnog predmeta Biohemija lijekova, te jesadraj knjige u potpunosti usklaen sa programom ovogapredmeta. Smatramo da ovaj udbenik moe biti koristan istudentima srodnih fakulteta, kao i specijalizantima iz Medicinskebiohemije i Klinike farmacije, te djelatnicima kliniko-biohemijskihlaboratorija.

elimo se posebno zahvaliti recenzentima ove knjige: dr scJasminki Nikoli, redovnom profesoru i dr. sc. Lejli Begi,redovnom profesoru na strunoj pomoi koja nam je bila korisna ikoja je doprinijela kvalitetu ovog udbenika.

Tuzla, mart, 2012. godine

Autori


8/216


9/216

SADRAJ

FIZIKA I HEMIJSKA SVOJSTVA LIJEKOVA 1

1.1.LIPOFILNA SVOJSTVA 21.2.OBLIK,VELIINA I KONFIGURACIJA MOLEKULA 31.3.STEREOHEMIJSKI ASPEKTI FARMAKODINAMIJSKIH IFARMAKOKINETIKIH SVOJSTAVA LIJEKOVA 5

PROLAZAK LIJEKOVA KROZ BIOMEMBRANE 9

2.1.STRUKTURA I FUNKCIJA BIOLOKIH MEMBRANA 10

2.4.PROLAZAK LIJEKOVA KROZ POJEDINE MEMBRANE U LJUDSKOMORGANIZMU 29

BIOHEMIJSKA OSNOVA DJELOVANJA LIJEKOVA 41

3.1.INTERAKCIJE LIJEKOVA SA PROTEINIMA PLAZME 443.2.INTERAKCIJE LIJEKOVA SA MEMBRANSKIM TRANSPORTERIMA 473.3.INTERAKCIJE LIJEKOVA SA ENZIMIMA 503.4.INTERAKCIJE LIJEKOVA SA RECEPTORIMA 523.5.BIOHEMIZAM DJELOVANJA LIJEKOVA:NEKI PRIMJERI 84

METABOLIZAM LIJEKOVA 105

4.1. ADME KONCEPT 106

4.2.REAKCIJE PRVE FAZE BIOTRANSFORMACIJE 1154.3.REAKCIJE DRUGE FAZE BIOTRANSFORMACIJE 141

FARMAKOGENETIKA I FARMAKOGENOMIKA 151

5.1.DEFINICIJA 1525.3.ZABLUDE ZVANE PROSJEAN BOLESNIKI PROSJENATERAPIJSKA DOZA 1555.4.LJUDSKI GENOM 1565.5.GENETIKA VARIJABILNOST 1575.6.FARMAKOKINETIKA VARIJABILNOST 1605.7.FARMAKODINAMIJSKA VARIJABILNOST 1705.8.GENETIKI POLIMORFIZAM SA INDIREKTNIM UINKOM NAREAKCIJU NA LIJEKOVE 1755.9.FARMAKOGENOMIKA I OSOBNA MEDICINA 177


10/216

5.10.MOGUNOSTI FARMAKOGENOMIKE DANAS I U BLISKOJBUDUNOSTI 181

5.12.ZAKLJUCI 189

LITERATURA 191

POPIS I OBJANJENJE SKRAENICA 194

INDEKS POJMOVA 200


11/216

FIZIKA I HEMIJSKA SVOJSTVA LIJEKOVA

1

FIZIKA I HEMIJSKASVOJSTVALIJEKOVA

1. Fizika i hemijska svojstva lijekova

1.1. Lipofilna svojstva

1.2. Oblik, veliina i konfiguracija molekula

1.3. Stereohemijski aspekti farmakodinamijskih ifarmakokinetikih svojstava lijekova

POGLAVLJE

1


12/216


2

Bioloko djelovanje i djelotvornost nekog lijeka ovise o njegovimfizikim i hemijskim svojstvima, reaktivnosti i biohemijskim

transformacijama lijeka u organizmu (sudbina u organizmu).

Naunik Crom-Brown je formulirao opi izraz povezanostibiolokog efekta neke tvari sa njenom strukturom i fiziko-hemijskim osobinama:

BR=bioloki efekat (odgovor);S= hemijska struktura tvari

Apsorpcija lijeka ovisi o mnogim fizikim i hemijskimparametrima: rastvorljivost u vodi i lipidima, stupanj jonizacije,masa molekule, steriki parametri itd.

Matematiki izraz uticaja razliitih fiziko-hemijskih osobina lijekana apsorpciju lijeka:

Gdje je:LogK logaritam konstante apsorpcije lijeka; k1..., k4, m, n, q koeficijenti koji se izraunavaju primjenom metode najmanjih kvadrata;logP logaritam koeficijenta razdjeljenja (P);c(N)/c(D) omjer mnoinskih koncentracija nedisociranog c(N) i

disociranog c(D) oblika lijeka; ovaj omjer se za lijekove kiselogkaraktera izraunava:c(N)/c(D) = pKa pHza bazne lijekove: c(N)/c(D) = pH - pKa

X parametar koji odraava sterika svojstva strukture

Ovu jednainu su predloili naunik Lien i saradnici 1980. godinei pokazali su da se mogu dobiti znaajne korelacije; Lienovmodel uzima u obzir zakone termodinamike, osnovne principebiolokog prijenosa i relativne veliine ksenobiotika.

1.1. Lipofilna svojstva

Lipofilnost lijeka bitno utie na njegovu apsorpciju i na njegovtransport.

Logaritam koeficijenta razdjeljenja (logP) je parametar koji dobroodreuje lipofilnost molekule.


13/216


3

Koeficijent razdjeljenja je omjer mnoinskih koncentracijadjelujue tvari u 1-oktanolu, kao predstavniku lipofilne faze

biolokih sistema, i u vodi ili u puferu eljene pH vrijednosti, kaopredstavniku hidrofilne faze.

Koeficijent razdjeljenja je parametar slobodne energije isvojevrsna je konstanta ravnotee.

U prouavanjima kvantitativnih odnosa izmeu hemijskestrukture i djelovanja (QSAR prema engl. Quantitative structureactivity relationship), koeficijent razdjeljenja se moe smatratinumerikom karakteristikom hidrofobnosti djelujue tvari.

Mnogi lijekovi su slabe kiseline ili slabe baze. Za prolazak lijeka

kroz bioloke membrane vana je njegova jonizacija pri pHvrijednostima medija (fizioloki ili patoloki pH). Prolazaknejoniziranih oblika slabih elektrolita je znaajno vei odprolaska joniziranih oblika lijeka, te je udio joniziranih oblika utransportu kroz lipofilne membrane esto zanemarljiv.

U stanju ravnotee koncentracija nejoniziranog oblika lijekajednaka je sa obje strane membrane, a ukupna koliina lijeka jevea sa one strane membrane na kojoj je vea koncentracijajoniziranog oblika.

Koncentracija nedisociranog oblika lijeka koji slobodno difundira

kroz membranu izraunava se pomou Henderson-Hasselbalchove jednaine:

pH = pKa + log c(baza)/c(kiselina)

1.2. Oblik, veliina i konfiguracija molekula

Oblik i veliina molekule lijeka znaajno utiu na vrstu i intenzitet

interakcije lijeka sa makromolekulama (npr. enzimi, receptori) ina njihov prolazak kroz biomembrane.

Oblik molekule je ovisan o osnovnom skeletu strukture isvojstvima funkcionalnih grupa, te o svojstvima meusobnihveza u molekuli. Duina veze uvjetovana je oblikom i veliinompreklapanja orbitala. Uglovi veza odraavaju geometriju veznihorbitala, a steriki i elektronski efekti i napetost unutar molekulemogu ih znaajno modificirati.


14/216


4

Konfiguracija molekule podrazumijeva odreenu prostornuorjentaciju kovalentnih veza izmeu atoma u molekuli.

Planarnost aromatskih i heteroaromatskih ciklinih struktura ikoplanarnost reaktanata je bitna za brojne fizioloke ifarmakoloke interakcije.

Kovalentni i Van der Waalsovi radijusi

Duina kovalentne veze izmeu dva atoma se moe izraunati izjednaine:

dA-B= rA + rB C (XA XB)

dA-B duina kovalentne veze izmeu dva atomarA i rB kovalentni radijusi atoma A i B(XA XB) apsolutna vrijednost razlike elektronegativnosti atoma A i BC faktor korekcije

Vrijednosti kovalentnih radijusa (ra) su izvedene iz duina vezaizmeu atoma istih elemenata.

Kada se dvije molekule priblie jedna drugoj na oko 10-10 m,nastupa deformacija elektronskih oblaka i dolazi do slabihmeuatomskih privlaenja. Van der Waalsove veze (sile) se

uspostavljaju izmeu odgovarajua dva atoma u molekuli.

Za svaki atom ili atomsku skupinu u molekuli postoji odreenaudaljenost tzv. Van der Waalsov radius (rw) koji definira sferu ilivoluminoznost tog atoma ili skupine

Van der Waalsov volumen (Vw) je karakteristika strukturespojeva koja utie na bioloku aktivnost. Odreuje veliinu i oblikmolekule, ije poznavanje je veoma vano u prouavanjuinterakcije lijeka i njegovog receptora. Za izraunavanje Van derWaalsovog volumena neophodno je poznavati duinu veze,uglove veze, intermolekularne Van der Waalsove radijuse rw ikarakteristike oblika atoma u razliitim konfiguracijama molekule.

Minimalne sterike razlike

Vrsta i jakost interakcija lijekova sa makromolekulama, kao injihov prolazak kroz biomembrane, ovisi o obliku i veliinimolekula.


15/216


5

Parametri korisni u procjeni oblika i veliine malih molekula su:

- MSD = minimalna sterika razlika (engl. minimal stericdifference); afinitet bioloki aktivne molekule premanjezinom receptoru obrnuto je proporcionalan suminjihovih volumena koji se ne preklapaju u trenutkuinterakcije; broj atoma koji se ne prekrivaju (izuzevvodikovih) iz molekule nepoznate supstancije (M1) imolekule za koju se pretpostavlja da ima oblik koji jepriblino komplementaran sa udubinom receptora (S) ikoja ima najveu poznatu aktivnost daje podatke zaizraunavanje MSD vrijednosti.

- MTD = minimalna topoloka razlika (engl. minimal

topologic difference); konstruira se tzv. hipermolekula;svaka molekula iz promatrane serije strukturalnihanaloga zauzima odreene atome u hipermolekuli, asterika odstupanja od hipermolekule nazivaju se MTD.

Parametri MSD i MTD se izraunavaju uz pomo posebnihkompjuterskih programa.

1.3. Stereohemijski aspekti farmakodinamijskih ifarmakokinetikih svojstava lijekova

Stereohemijska svojstva lijekova

Hiralnost je definirana kao geometrijsko svojstvo molekule(molekula endogene supstancije: aminokiselina, lipid, protein ilimolekula lijeka) da se ne moe preklopiti sa svojim likom uogledalu. Termin hiralnost potie od starogrke rijei cheira(ruka), a hiralni spojevi se esto usporeuju sa lijevim i desnimdlanom ruke, odnosno predmetom i njegovim likom u ogledalu

koji se ne mogu preklopiti (slika1-1). Par hiralnih molekula jepoznat pod imenom antipodi ili enantiomeri. Racemat je smjesadva enantiomera u molarnom omjeru 1:1.


16/216


6

Slika 1-1. Odgovarajui par hiralnih molekula.

Mnogi lijekovi su hiralni tj. egzistiraju kao enantiomeri. Hiralnostje svojstvo molekula koje nemaju ravninu simertije, centarsimetrije i rotacijsko-refleksnu os. Enantiomeri (enantiomorfnioblici, optiki antipodi) imaju jednaka fizika i hemijska svojstva,a razliito se ponaaju prema linearno polariziranoj svjetlosti(hiroptika svojstva).

Slika 1-2. Enantiomerni par u hiralnom okruenju.

Enantiomeri reagiraju razliito sa optiki aktivnim supstancama.Zbog toga enantiomeri nemaju jednako izraen bioloki uinak u


17/216


7

hiralnom okruenju i razlikuju se prema farmakokinetikimparametrima (Slika 1-2).

Stereohemijski aspekti farmakodinamike ifarmakokinetike lijekova

U brojnim metabolikim procesima lijekova moe se stvoriti novicentar hiralnosti. Do stvaranja novog centra hiralnosti dolazi:redukcijom ketona i dvostruke C=C veze; oksidacijom sulfida;hidroksilacijom prohiralne metilenske grupe; oksidacijom nekogenantiotropnog dijela molekule.

Primjer:- 2-arilpropionati (antiinflamatorni lijekovi; inhibitori

prostaglandin sintetaze) su hiralni, a bioloko djelovanjeimaju (+) S-enantiomeri; (-) R-enantiomeri 2-arilpropionata su bioloki nedjelotvorni, ali se smatrajuprolijekovima S-enantiomera (inverzija konfiguracije).

Biotransformacija enantiomera se moe razlikovati: metabolikiprodukti enantiomera esto su razliiti.

Primjeri stereoselektivne biotransformacije lijekova:

- Primjer 1: hidroksilacija aromatskog prstena u 5,5-difenil-hidantoinu u ljudi odvija se uglavnom na poloaju C-4, adeset puta vie nastaje (-) S-produkta nego (+) R-hidroksiliranog produkta; oba enantiomera se izluujukao glukuronidi urinom.

- Primjer 2: antikonvulzivni lijek mefenitoin podlijeestereoselektivnom metabolizmu in vivo u ovjeka; uzdravih ljudi S-enantiomer mefenitoina se brzo hidrolizirau para-poloaju (t1/2 = 1 h); R-enantiomer se sporodemetilira u 5-fenil-5-etil-hidantoin (PEH) (t1/2 = 150-200

h); u oko 7% evropske populacije postoji genski defektenzima citohroma P-450 koji ima za posljedicunakupljanje PEH u organizmu.

Veina enzima odgovornih za metabolizam ksenobiotika jestereoselektivna tj. odgovarajui enzim metabolizira pretenojedan stereoizomer datog lijeka.

Metabolike stereohemijske reakcije mogu biti:


18/216


8

- supstratno stereoselektivne, kada enzim metabolizira dvaenantiomera hiralnog supstrata razliitom brzinom

- produktno selektivne, kada se uvodi novi hiralni centar usimetrinu molekulu- supstratno-produktno stereoselektivne, kada je preferiran

nastanak jednog od dva diastereoizomera pri uvoenjunovog hiralnog centra u asimetrinu molekulu.

Primjer supstratne stereoselektivnosti: dekarboksilacija S--metildope u S--metildopamin, dok R--metildopa ne podlijeeovoj reakciji.

Neki spojevi podlijeu i stereoselektivnoj apsorpciji, distribuciji ieliminaciji.

Uticaj stereoselektivnosti na djelotvornost i raspoloivost lijeka jepredmetom mnogih aktuelnih istraivanja, ali i farmakokinetikahiralnih lijekova i formulacijska pitanja, sa ciljem razvoja efikasnei pouzdane formulacije lijeka.

Razvoj metoda za sintezu hiralnih lijekova, kao istereospecifinih analitikih i preparativnih metoda znatno jedoprinio mogunosti za razvoj i primjenu hiralnih lijekova.

Pri sintezi jedinjenja sa hiralnom strukturom, obino se dobijuracemati (fluoksetin hidrohlorid (Prozac) i omeprazol (Losec)

se prodaju u formi racemata). Mnoge kompanije aktivno nastojepostii ''racemini okret'', tj. razviti isti enantiomer lijeka, a sciljem poboljanja terapijske efikasnosti, ali i proirenja patentnezatite.

U fazi razvoja formulacije hiralnog lijeka, osim ispitivanja odnosasvojstava u vrstom stanju i u otopini, potrebno je fokusirati se ina moguu interakciju hiralnih lijekova sa hiralnim ekscipijensimau formulaciji. Mnogi trino dostupni farmaceutski ekscipijensi(npr. celuloza i njeni derivati) mogu se prirodno javljati kaopojedini enantiomeri ili mogu biti derivati hiralnih molekula.Ovakve stereohemijski iste molekule mogu reagirati sa ostalim

hiralnim molekulama (tj. sa aktivnim sastojkom) i formiratistereoizomere, to za posljedicu moe imati promjenu fiziko hemijskih svojstava prvobitne hiralne molekule.


19/216

PROLAZAK LIJEKOVA KROZ BIOMEMBRANE

9

PROLAZAKLIJEKOVA KROZBIOMEMBRANE

2.1. Struktura i funkcija biolokih membrana

2.2. Fiziko-hemijski faktori u prolasku lijekova krozmembranu

2.3. Prijenosni sistemi: P-glikoprotein, ABC, BCRP

2.4. Prolazak lijekova kroz pojedine membrane uljudskom organizmu

POGLAVLJE

2


20/216


10

2.1. Struktura i funkcija biolokih membrana

Struktura biolokih membrana

Osnovni sastojci biolokih membrana su proteini i lipidi, ijimeusobni omjer varira, npr. u mijelinskim ovojnicama 1:4; unekim bakterijama 3:1; najee 1:1.

Lipidi ine 40-80% svih sastojaka biomembrane, od egapreovladavaju fosfolipidi. Najee prisutni tipovi fosfolipida (5):fosfatidilholin, fosfatidilserin, fosfatidiletanolamin, kardiolipin,sfingomijelin i manja koliina fosfatidilinozitola.

Osim fosfolipida, prisutni su i glikolipidi, te neutralni lipidi:holesterol, estri holesterola, triacilgliceroli i slobodne masnekiseline.

Plazma membrane se sastoje od dvosloja amfifilnih lipida iji suhidrogenkarbonatni lanci orjentirani unutra prema centruformirajui kontinuiranu hidrofobnu fazu, a njihove hidrofilneglave su orjentirane prema vani. Pojedine molekule lipida udvosloju se razlikuju u pojedinim membranama a mogu se kretatilateralno i povezivati se sa holesterolom, dajui membranama

fluidnost, fleksibilnost, organizaciju, visoku elektrinu rezistencijui relativnu impermeabilnost za visoko polarne molekule.

Membranski proteini su ugraeni u lipidni dvosloj i imaju razliitefunkcije: strukturalna sidra, receptori, jonski kanali, transporterikoji sudjeluju u elektrinim ili hemijskim signalnim putevima iobezbjeuju selektivne ciljeve za djelovanje lijekova.

Prema svome poloaju u membrani, proteini se dijele na:integralne (intrinziki, transmembranski) i periferni (asocirani).

Neki proteini su glikoproteini i svojim ugljikohidratnim dijelom su

okrenuti prema okolini stanice.

Pojedini proteini ili grupe proteina formiraju sloene strukturekoje sudjeluju u prometu jona, interakciji sa hormonima,neurotransmiterima ili lijekovima, mnogi proteini imaju enzimskefunkcije.

Novija saznanja ukazuju na visoku ureenost i kompartmentacijumembrana, za razliku od ranijih pretpostavki da su one fluidne ida se proteini u njima sudaraju na nepravilan nain.


21/216


11

Proteini u membranama mogu biti asocirani sa kaveolinom, amogu se i sekvestrirati (izolirati) sa kaveolatom. Proteini mogu

biti organizirani u signalizirajue domene bogate holesterolom isfingolipidima, a bez kaveolina ili nekog drugog proteina kojigradi skele u strukturi membrana.

Gibljivost i fleksibilnost (fluiditet) membrane ovisi o stupnjunezasienosti masnih kiselina prisutnih u njenoj strukturi.Prisustvo dvostruke cis-veze u lancu masnih kiselina, te sadrajdrugih molekula nepravilnog oblika kao to su proteini i steroli,doprinosi nabiranju njene strukture.

Slika 2-1. Struktura bioloke membrane: model tekueg mozaika.Asimetrinost i fluiditet membrane. (Modificirano prema Mathews CK,Van Holde KE, Ahern KG. Biochemistry, Benjamin Cummings, SanFrancisco, 2000)

Na dovoljno niskim temperaturama lipidni dvosloji su kruti:difrakcijom X-zraka utvreno je da se radi o relativno vrstoorganiziranim lancima masnih kiselina poredanim uheksagonske cjeline.

Povienjem temperature, prostor koji zauzimaju lanci masnihkiselina postaje vei i iznad temperature talenja lanci rotirajuslobodno u prostoru, uz ouvanu strukturu dvosloja.


22/216


12

Kretanje lanaca masnih kiselina potvreno je 13C NMR-spektroskopijom i analizama elektronske spinske rezonancije

(ESR).

Na temperaturi ivotnih procesa lipidi membrana su u djelominotekuem stanju.

Rotacijom oko jednostruke C-C veze lanci masnih kiselina mogupromijeniti svoj poloaj za ugao od 120o; u trenutku rotacije ususjedstvu jednostruke veze nastaju procjepi, najee blizupovrine dvosloja.

Molekule u biomembrani se mogu na razliit nain kretati:lateralna gibanja lipidnih i proteinskih molekula; kretanje lipida

koje je okomito na smjer pruanja membrane i druga.

Biohemizam djelovanja pojedinih vrsta lijekova povezan je sabiomembranama (opi i neki lokalni anestetici, alkohol ibarbiturati; kardiotonini glikozidi).

Transport

Prilikom teorijskog razmatranja procesa transporta krozbiomembranu, slijedimo odreene principe:

- stanica ili tkivo ine homogeni odjeljak koji je okruenjedinstvenom ovojnicom (zanemarujemo sloenost iraznolikost membranske grae)

- tvar koja prolazi kroz membranu prikazuje se kaopotpuno otopljena bez obzira sa koje strane staninemembrane se nalazi

- koliina tvari koja je prola kroz membranu rauna se naosnovu promjene njezine koncentracije sa jedne ili saobje strane membrane

Permeabilnost (propusnost) stanine membrane ovisna je o:

- pumpama (crpkama),- kanalima

Pumpe su primjer aktivnog transporta; koriste izvor energije kaoto je ATP ili svjetlost za termodinamiki nepovoljan oblikprijenosa jona ili molekula; sposobne su preoblikovati jedan oblikslobodne energije u drugi (Na,K-ATPaza, Ca-ATPaza).


23/216


13

Kanali su primjer pasivnog transporta ili olakane difuzije(receptor za acetilholin; Na+i K+kanali).

Pasivna difuzija kroz membrane je dominantan transport prilikomdispozicije mnogih lijekova, meutim nosaima-posredovanimehanizmi takoer igraju vanu ulogu.

Jednostavna difuzija

Difuzija se definira kao pasivna migracija molekula sa podrujavie koncentracije ka podruju nie koncentracije.

Brzina jednostavne difuzije moe se opisati Fickovim zakonomdifuzije:

Gdje je: dQ/dt- brzina difuzije;D koeficijent difuzije (ovisi o obliku i veliini molekule);P koeficijent razdijeljenja izmeu membrana i vodene faze;A povrina membrane;C koncentracijski gradijent (c1-c2);X debljina membrane.

Procesom jednostavne difuzije u stanicu ulaze male molekulenpr. voda, ugljini dioksid, kisik, neki anestetici.

Difuzija kroz pore

Najee se radi o prolasku malih molekula (promjer manji od 2nm) iz citoplazme jedne u citoplazmu druge stanice. Putemtransporta kroz pore mogu se prenositi aminokiseline, eeri,nukleotidi.

Pore u biomembrani nastaju specifinom organizacijomintegralnih proteina u membrani: najee est proteinskihpodjedinica tvori heksagonalnu cjelinu u membrani. esto sepore dviju susjednih stanica vrsto meusobno priljubljuju i tvorezajedniki kanal.

Prolazak supstancija kroz pore zasniva se na izmijenjenomzakonu difuzije:


24/216


14

Gdje je: dQ/dt - brzina difuzije;K konstanta permeabilnosti;C koncentracijski gradijent izmeu dvije stanice (c1-c2);X debljina membrane.

Olakana difuzija

Olakana difuzija oznaava kretanje molekula veom brzinom odone koja bi se postigla jednostavnom difuzijom. Migracija se

odvija niz koncentracijski gradijent i ukljuuje sudjelovanjeprenosioca (transportera) molekule ili jona.

Ovakav mehanizam moe biti visoko selektivan za specifinukonformaciju molekule lijeka i ukljuen u transport endogenihsupstancija koje se pasivnom difuzijom prenose veoma sporo. Udrugim sluajevima, ovi transporteri se mogu ponaati kaoeksporteri, stvarajui barijeru koja e sprijeiti intracelularnuakumulaciju potencijalno toksinih supstancija. Farmakolokivani transporteri mogu posredovati i u prihvatu lijeka i unjegovom efluksu i obino olakavaju vektorski transport krozpolarizirane membrane. Dobar primjer takvog transportera je P-

glikoprotein kojeg kodira MDR1 gen (multidrug resistance-1).

Osobine prenosioca su: specifinost, ogranienost kapaciteta,mogunost zasienja, kompetitivna inhibicija.

Kada se postigne ravnotea izmeu procesa asocijacije sa jednestrane membrane i procesa disocijacije sa druge strane, dolazido uspostavljanja ustaljenog stanja koje se moe opisatirelacijama Michaelis-Mentenove ezimske kinetike:

Brzina transporta je:

Gdje je:vmax - maksimalna brzina transporta, ovisi o broju raspoloivihmjesta na membrani;c(S) koncentracija tvari koja difundira kroz membranu;Km - konstanta vezivanja tvari i prenosioca.

Olakana difuzija pokazuje mnoga svojstva enzimskih reakcija tj.efekte zasienja, odnosno tendenciju dosezanja maksimalne


25/216


15

brzine, koja se ne moe poveati usprkos progresivnom porastukoncentracije tvari sa jedne strane membrane.

Saturacija tj. zasienje prenosioca oznaava zaposjedanjeodreenog i definiranog broja mjesta vezivanja namakromolekuli prenosioca (na membrani).

Mehanizam olakane difuzije koji je utemeljen na validnimdokazima i koji je najprihvatljiviji jeste: postojanje transportera(pora ili kanal) koji moe zauzeti najmanje dvije konformacije;transport oznaava reverzibilnu promjenu konformacije koja imaza posljedicu izlaganje vezujuih mjesta na jednoj, pa zatim nadrugoj strani membrane.

Aktivni transport

Glavna karakteristika ovog tipa transporta jeste transport tvari samjesta manje ka mjestu vee koncentracije, za to je potrebanutroak energije staninog metabolizma. Aktivni transport seodlikuje direktnom potrebom za energijom, kretanjem nasuprotkoncentracijskog gradijenta, saturabilnou, selektivnou ikompetitivnom inhibicijom od strane ko-transportiranihkomponenata.

Najvaniji izvor energije za aktivni transport jeste hemijskaenergija molekule ATP.

S obzirom na nain mobiliziranja energije iz ATP tj. namehanizam uea ATP u prijenosu, razlikujemo:

- primarni aktivni transport (hidroliza ATP je direktni izvorenergije), i

- sekundarni aktivni transport (pozitivan koncentracijskigradijent neke tvari je primarni izvor energije, a ATP sekoristi za odravanje koncentracijskog gradijenta date

tvari, pa otuda naziv sekundarni; vrlo esto se radi ogradijentu jona Na+).

Primjeri primarnog aktivnog transporta su ABC transporteri kojisadre jednu ili vie ATP-vezujuih kaseta: ATPaze; P-tipATPaza pumpi (Na+, K+- ATPaza; Ca2+- ATPaza; H+- pumpa).

Primjeri sekundarnog aktivnog transporta: Naovisni glukozatransporteri SGLT1 i SGLT2 u membranama gastrointestinalnog


26/216


16

epitela i renalnih tubula; Naovisni kotransport aminokiselina;Na-Ca izmjenjivi protein.

Generalno reeno, transmembranski prolazak lijeka je ogranienna nevezane lijekove: lijek-protein kompleksi predstavljajuneaktivne rezervoare lijeka koji mogu uticati i na terapijske i naneeljene efekte lijeka.

Slika 2-2. Razliiti putevi prolaska lijeka kroz biomembranu.(Modificirano prema Brunton L, Chabner B, Knollman B (Eds.).Goodman&Gilman's the Pharmacological basis of Therapeutics,McGrawHill Medical, 2011)

2.2. Fiziko-hemijski faktori u prolasku lijekovakroz membranu

Mehanizmi prolaska lijekova kroz biomembrane i fiziko-hemijska

svojstava molekula i membrana koja utiu na njihov transfer jesukritini momenti u razumijevanju dispozicije lijekova u ljudskomorganizmu.

Karakteristike lijekova koje pretpostavljaju njihovo kretanje iraspoloivost na mjestu djelovanja su: molekularna veliina,strukturalne karakteristike, stepen jonizacije, relativna lipidnasolubilnost joniziranih i nejoniziranih formi lijeka, vezivanje lijekana serumske i tkivne proteine.


27/216


17

Slabi elektroliti i uticaj pH

Mnogi lijekovi su slabe kiseline ili slabe baze i u rastvorima suprisutni i u joniziranom i u nejoniziranom obliku.

Nejonizirane molekule su bolje rastvorljive u lipidima i moguprolaziti kroz biomembranu.

Jonizirane molekule tee penetriraju kroz lipidni dvoslojmembrane zbog svoje manje liposolubilnosti i njihov prolaz jeovisan o propustljivosti membrane, a koja je povezana sanjenom elektrinom rezistencijom.

Transmembranska distribucija slabih elektrolita je pod uticajemvrijednosti njihove pKa i pH gradijenta uspostavljenog krozmembranu. pKa vrijednost je onaj pH pri kojemu je polovinalijeka (slaba kiselina ili baza) u joniziranom obliku.

Slika 2-3. Raspodjeljivanje slabe kiseline (pKa=4,4) izmeu plazme(pH=7,4) i eluanog soka (pH=1,4). (Modificirano prema Brunton L,Chabner B, Knollman B (Eds.). Goodman&Gilman's thePharmacological basis of Therapeutics, McGrawHill Medical, 2011)

U cilju ilustriranja efektapHsredine na distribuciju lijeka, na slici2-3. je prikazano raspodjeljivanje slabe kiseline (pKa=4,4)izmeu plazme (pH=7,4) i eluanog soka (pH=1,4). Gastrinasluznica se ponaa kao jednostavna lipidna barijera sa visokomelektrinom rezistencijom i permeabilna je jedino za liposolubilnenejonizirane oblike kiselina. Odnos nejoniziranog i joniziranoglijeka pri aktuelnom pH moe se izraunati iz Henderson-Hasselbalch ove jednaine:


28/216


18

Protonizirana forma=HA ili BH+; Neprotonizirana forma=A-ili BKa= [A- ][H+ ]/[HA], opisuje disocijaciju kiseline;Ka= [B][ H+]/[BH+ ], opisuje disocijaciju protonizirane forme baze.

Odnos nejoniziranog i joniziranog lijeka u plazmi je 1:1000, a ugastrinom soku je 1:0,001, to je dato u zagradama na slici 2-3.U stanju uspostavljene dinamike ravnotee, kiseli lijek e seakumulirati na bazinijoj strani membrane, a bazini lijek na

kiselijoj strani membrane.

este jonizabilne grupe na molekulama lijeka su karboksilnagrupa i primarna amino grupa, ali su mogue i brojne drugegrupe. Rezonantne strukture i elektrofilne grupe mogu promijenitivrijednosti pKa, tako da njihove vrijednosti mogu varirati uirokom rasponu. Dalje, neki lijekovi sadravaju kvaternerneamino grupe sa permanentnim pozitivnim nabojem.

Dobar primjer je druga generacija antihistaminika koji su ujoniziranom stanju pri fiziolokompHto ih ini manje lipofilnim ioteava njihov prolazak kroz krvno-modanu barijeru.

Uticaj ukupnog naboja molekule lijeka na njegov prolazak krozmembrane uoljiv je i u drugim dijelovima tijela: npr, u bubrenimtubulima. pH urina varira u irokom rasponu: od 4,5 do 8.Sniavanjem pH urina, slabe kiseline i slabe baze egzistiraju uveoj mjeri u protoniziranoj formi (HA i BH+), a obrnuta situacijaje ukoliko pH raste, kada su favorizirani A- i B oblici lijeka.Liposolubilni lijekovi (nenabijeni) se reapsorbiraju u bubrenimtubulima pasivnom difuzijom, a izluivanje lijekova moe bitipospjeeno mijenjanjem pH urina i favoriziranjem joniziranogoblika (A- ili BH+). Na taj nain, alkalni urin favorizira ekskrecijuslabih kiselina, a kiseli urin favorizira izluivanje slabih baza.

Povienje pH urina (npr. uzimanjem Na-bikarbonata) epromovirati izluivanje lijekova-slabih kiselina u urinu, kao to suaspirin (pK~3,5) i urati (pK~5,8).

Uspostavljanje koncentracijskog gradijenta slabih elektrolita krozmembrane sa ve uspostavljenim pH gradijentom je fizikalniproces i ne trai aktivne transportne sisteme za elektrolite.Meutim, uspostavljanje pH gradijenta kroz membranu je aktivniproces.


29/216


19

2.3. Prijenosni sistemi u biomembranama

Transporteri su membranski proteini koji su prisutni u svihorganizama. Ukljueni su u kontrolu ulaska esencijalnihnutrijenata i jona i u kontrolu izlaska staninog otpada, okolinihtoksina, lijekova i ostalih ksenobiotika. Oko 2000 gena humanoggenoma kodira za transportere ili proteine povezane sa njima.

U transportu lijekova kroz bioloke membrane vanu ulogu imajutransporteri iz dvije glavne superfamilije: ABC transporteri (ABCvezujue kasete ATP binding casette) i SLC (solute carrier)transporteri.

Veina ABC proteina su primarni aktivni transporteri koji koristeenergiju ATP hidrolize za aktivno pumpanje svojih supstrata krozmembranu. ABC proteini se dijele u sedam subklasa ili familija(ABCA do ABCG), a najpoznatiji meu njima su P-glikoprotein(P-gp, kodiran od strane ABCB1 gena; naziva se i MDR1) itransmembranski regulator cistine fibroze (CFTR, kodiran odstrane ABCC7 gena).

SLC superfamilija obuhvata transportere olakanog transporta isekundarne aktivne transportere povezane sa jonima. Do sadaje identificirana 41 SLC familija sa oko 315 transportera. Mnogiod njih su mete za lijekove ili sudjeluju u apsorpciji i dispozicijilijekova. Najpoznatiji meu njima su serotonin transporteri (5-HT)(SERT, kodiran od strane SLC6A4 gena) i dopamin transporteri(DAT, kodiran od strane SLC6A3 gena).

Transporteri za lijekove sudjeluju u farmakokinetikim ifarmakodinamijskim putevima, ukljuujui puteve i terapijski ineeljenih efekata.

Sudjelovanje membranskih transportera u terapijskomdjelovanju lijekova

Transporteri vani u farmakokinetici lijekova (apsorpcija,distribucija, metabolizam i ekskrecija), generalno, locirani su uintestinalnom, renalnom i hepatikom epitelu gdje sudjeluju uselektivnoj apsorpciji i eliminaciji endogenih supstancija iksenobiotika, ukljuujui i lijekove, te u kontroli tkivne distribucijelijekova. Ovi transporteri djeluju usklaeno sa enzimima umetabolizmu lijekova, a u cilju eliminacije lijekova i njihovihmetabolita (slika 2-4).


30/216


20

Slika 2-4. Hepatiki transporteri lijekova. Membranski transporteri suprikazani kao crvene ovalne ploice sa strelicama. Djeluju povezano saenzimima faze1 i faze2 metabolizma lijekova u hepatocitima u ciljuposredovanja prihvata i efluksa lijekova i njihovih metabolita.(Modificirano prema Brunton L, Chabner B, Knollman B (Eds.).Goodman&Gilman's the Pharmacological basis of Therapeutics,McGrawHill Medical, 2011)

Transporteri ukljueni u farmakodinamiku lijekova estopredstavljaju mete za lijekove. Brojni su primjeri takvih lijekova:neurotransmiterski transporteri su mete za lijekove koji se koriste

u tretmanu neuropsihijatrijskih bolesti; SETR je meta za vanuklasu antidepresiva: selektivne inhibitore ponovnog prihvataserotonina. Ne-neuronalni transporteri takoer mogu biti mete zapojedine lijekove: holesterol transporteri u bolestimakardiovaskularnog sistema; nukleozid transporteri u malignimbolestima; glukoza transporteri u metabolikim sindromima;Na+,H+antiporteri u hipertenziji.

Membranski transporteri mogu imati kritinu ulogu u nastajanju irazvoju rezistencije na citostatike, antiviralne agense iantikonvulzive. Rezistencija na lijekove, osobito na citotoksinelijekove, nastaje putem razliitih biohemizama, a dva od njihukljuuju membranske transportere. To su:

- smanjenje preuzimanja lijeka, to je posredovanoredukcijom ekspresije influks transportera neophodnih dabi lijek stigao do tumora (folat antagonisti; nukleozidanalozi; platinski kompleksi)

- povean efluks hidrofobnih lijekova, to je najeimehanizam razvoja rezistencije malignih stanica naantitumorske lijekove. Npr., P-gp ekspresija u malignomtkivu je znaajno poveana nakon njihovog izlaganja


31/216


21

citostaticima. U razvoj rezistencije na antitumorskelijekove ukljueni su i neki drugi efluks transporteri kao

to su BCRP (rezistentni protein za rak dojke, breastcancer resistance protein) i MRPs (proteini povezani samultiplom rezistencijom na lijekove, multidrug resistance-associated proteins).

Sudjelovanje membranskih transportera u neeljenimefektima lijekova

Transporterima-posredovani neeljeni efekti lijekova mogu seklasificirati u tri kategorije:

- povienje plazma koncentracije lijeka usljed smanjenjaprihvata lijeka i/ili njegove sekrecije u clearenceorganima kao to su jetra i bubrezi

- poveanje koncentracije lijeka u toksikolokim ciljnimorgnima (jetra, bubrezi, mozak) usljed ili poveanogprihvata ili reduciranog izbacivanja (efluks) lijeka

- poveanje plazma koncentracije endogene komponente(npr. une kiseline) usljed lijekom inhibiranog ulaska(influksa) endogene supstancije u njen ciljni organ iliorgan eliminacije ili usljed poveanja koncentracijeendogene supstancije u ciljnom tkivu usljed lijekom-inhibiranog izlaska endogene supstancije (efluks).

Vektorski transport

Vektorski transport je asimetrini transport kroz monoslojpolariziranih stanica kakve su epitelne stanice i endotelnestanice modanih kapilara. Kada je rijeo apsorpciji i dispozicijilijekova, vektorski transport ima glavnu ulogu u hepatobilijarnoj iurinarnoj ekskreciji lijekova iz krvi u lumen i u intestinalnoj

apsorpciji lijekova. Takoer i efluks lijekova iz mozga prekomodanih endotelijalnih stanica i epitelnih stanica horoidnogpleksusa ukljuuje vektorski transport.

ABC transporteri posreduju samo u jednosmjernom prolasku,dok SLC transporteri sudjeluju i u prihvatu i u izbacivanju lijeka.Za lipofilne tvari sa dobrom membranskom permeabilnoudovoljno je sudjelovanje samo ABC transportera u vektorskomtransportu. Za relativno hidrofilne organske katjone i anjone


32/216


22

neophodno je koordinirano djelovanje i transportera za prihvat ionih za izbacivanje u toku vektorskog transporta.

Slika 2-5. Transepitelijalni ili transendotelijalni fluks lijekova: zahtijevarazliite transportere na dvjema povrinama epitelne ili endotelnebarijere. (Modificirano prema Brunton L, Chabner B, Knollman B (Eds.).Goodman&Gilman's the Pharmacological basis of Therapeutics,McGrawHill Medical, 2011)

Regulacija ekspresije transportera

Ekspresija transportera moe biti regulirana na nivoutranskripcije rezultirajui indukcijom mRNK za dati transporter, akao odgovor na terapiju lijekom i na patofizioloke uvjete. Novijestudije ukazuju na vanu ulogu nukleranih receptora tip II kojiformiraju heterodimere sa receptorima 9-cis-retinoine kiseline(RXR) u regulaciji enzima u metabolizmu lijekova i transportera.Radi se o ligand-aktiviranim nuklearnim receptorima koji se,nakon to preu u formu heterodimera sa RXR, veu naspecifine regije u ciljnim genima. DNK metilacija je takoerjedan od mehanizama u epigenetikoj kontroli ekspresije gena.

Molekularna struktura i biohemijska uloga transportera

Rezultati analiza dobivenih hidropatskom analizom dali suvrijedne podatke o sekundarnoj strukturi transportera kojipripadaju ABC i SLC superfamilijama. Rezultati ukazuju da seradi o proteinima koji viestruko proimaju membranu. Na slici 2-


33/216


23

6 je prikazana pretpostavljena sekundarna struktura ABCtransportera MRP2 (ABCC2).

Slika 2-6. Pretpostavljena sekundarna struktura ABC transporteraMRP2 (ABCC2). Tamno plavi krugovi su mjesta glikozilacije. Walker Amotiv je obojen svijetlo plavo. Crne kocke su Walker B motiv. Svijetlosivo je srednja regija izmeu dva motiva. Walker A motivi interreagirajusa i fosfatima di- i tri-nukleotida; Walker B motivi pomau ukoordinaciji jona Mg2+. (Modificirano prema Brunton L, Chabner B,Knollman B (Eds.). Goodman&Gilman's the Pharmacological basis ofTherapeutics, McGrawHill Medical, 2011)

Rezultati dobiveni metodom difrakcije X-zraka dali su viepodataka o tercijernoj strukturi ovih transportera, zajedno sakomplementarnim molekularnim informacijama oaminokiselinskim ostacima koji su ukljueni u prepoznavanje,asocijaciju i disocijaciju njihovih supstrata.

ABC superfamilija transportera

ABC transporteri se dijele na osnovu homologije u njihovojaminokiselinskoj sekvenciji na sedam grupa: ABCA (12 lanova),

ABCB (11 lanova), ABCC (13 lanova), ABCD (4 lana), ABCE(1 lan), ABCF (3 lana) i ABCG (5 lanova).

Prostorna struktura ABC transportera

ABC transporteri posjeduju u svojoj strukturi nukleotid-vezujuedomene (NBDs) koje se nalaze u citoplazmi i koje se smatrajupokretakim domenama ABC transportera budui da posjedujuvisoko konzervirane motive prostorne strukture (tzv Walker-A


34/216


24

motiv, ABC-signature motiv) koji sudjeluju u vezivanju i hidroliziATP-a.

Ustanovljena je kristalna struktura bakterijskog ABC transporterabakterije Staphylococcus aureus sa 3.0-angstrem rezolucijom:homodimerni protein koji se sastoji od 12 transmembranskihheliksa u aranmanu. Dobiveni rezultati su konzistentni sarezultatima analiza unakrsnog povezivanja i onih dobivenih uzpomo elektronskog mikroskopa za humani MDR1 protein.Konformacija koja vezuje ATP je otvorena prema spoljanosti iposjeduje dvije nukleotid-vezujue domene koje su u tijesnomkontaktu sa dvjema transmembranskim domenama kojeformiraju centralnu upljinu, a to je najvjerovatnije puttranslokacije lijeka.

Tabela 2-1. ABC transporteri ukljueni u farmakokinetike putevelijekova u ljudskom organizmu.

TransporterTkivnadistribucija

Biohemijskauloga

Supstrat

MDR1(ABCB1)

Jetra,bubrezi,tanko crijevo,BBB, BTB,BPB

Prirodnidetoksikacijskisistem protivksenobiotika

Fiziko-hemijskekarakteristike: neutralneili katjonske tvari saglomaznom strukturomCitostatici: etoposid,doksorubicin, vinkristinBlokatori Ca++kanala:

diltiazem, verapamil

MRP1,MRP2,MRP3(ABCC1,ABCC2,ABCC3)

Ubikvitaran(Jetra,bubrezi,crijevo)

Sekrecijaleukotriena C4iz leukocitaEkskrecijabilirubinglukuronida uu

Fiziko-hemijskekarakteristike: amfifilnesupstancije AntitumorskilijekoviGlutation konjugatiGlukuronid konjugatiHIV proteaza inhibitoriAntibiotici

MRP4,MRP5,MRP6(ABCC4,

ABCC5,ABCC6)

Ubikvitaran(jetra,bubrezi,

crijevo)

?

Antitumorski lijekovi(analozi nukleotida)Glutation konjugatiGlukuronid konjugatiDiuretici

Antiviralni ljekoviHIV proteaza inhibitoriAntibiotici

BCRP (MXR)(ABCG2)

jetra, bubrezi

Normalnimetabolizamhema/transportza vrijemesazrijevanjaeritrocita?

Antitumorski lijekovi(analozi nukleotida)Glutation konjugatiGlukuronid konjugatiSulfat konjugatiAntibioticiStatini


35/216


25

Biohemizam djelovanja ABC transportera

Biohemizam djelovanja ABC transportera ukljuuje vezivanjeATP na NBD podruja to, potom, dovodi do uspostavljanjakonformacije transportera koja je otvorene premaekstracelularnom prostoru. Disocijacija produkata hidrolize ATP-a dovodi do uspostavljanja konformacije koja je otvorena premaunutranjosti stanice. U sluaju izbacivanja lijeka iz stanice,vezivanjem ATP-a transporter prelazi u konformaciju otvorenuprema spoljanosti i lijek izlazi. Nakon disocijacije produkatahidrolize ATP-a, transporter se vraa u konformaciju otvorenuprema unutranjosti stanice i na taj nain omoguava vezivanjeATP-a i supstrata.

Podaci o detaljnijem biohemizmu djelovanja ABC transporteradobiveni su metodom elektron paramagnetne rezonantnespektroskopije, a analiziran je transporter MsbA (transporter zavie lijekova, multidrug).Vezivanjem ATP za transporter,zatvara se supstrat vezujue mjesto prema citoplazmi, apoveava se hidratacija na periplazmatskoj strani. Hidroliza ATPrezultira promjenama u dielektrinoj okolini i geometriji mjesta zavezivanje supstrata (lijeka), to je, najvjerovatnije, pokretakasnaga za brzo pokretanje amfipatikih supstrata i njihovoizbacivanje u spoljanju sredinu.

P-glikoprotein (P-gp)

P-glikoprotein (permeabilni glikoprotein) je dobro okarakteriziraniABC transporter koji pripada MDR/TAP subfamiliji; naziva se iABCB1, ATP-vezujua kaseta, subfamilija B, lan 1. To jemembranski protein kojeg kodira ABCB1 gen u ovjeka.

P-gp je ATP-ovisna efluks-pumpa za ksenobiotike, sa irokomspecifinou za supstrat, sa osnovnim zadatkom da zatitiljudski organizam od ksenobiotika prenosei ih izvan organa itkiva.

P-glikoprotein koji je lokaliziran u enterocitima limitira oralnuresorpciju transportiranog lijeka budui da ga vraa u lumencrijeva nakon to je apsorbiran pasivnom difuzijom.

P-gp djeluje kao transporter i u krvno-modanoj barijeri.

P-glikoprotein moe sudjelovati u razvoju rezistencije na nekehemoterapeutike. Sposoban je da smanji akumulaciju lijeka ustanicama koje su rezistentne na vie lijekova. esto sudjeluje urazvijanju rezistencije na citostatike.


36/216


26

P-gp transportira razliite supstrate kroz staninu membranu:

- lijekove kao kolhicin, doksorubicin, vinblastin, ciklosporin,taksol, loperamid, domperidon, ondansetron- kardiane glikozide kao digoksin- glukokortikoide kao deksametazon- imunosupresivne agense- HIV-tip 1 antiretroviralne terapijske agense, poput

inhibitora proteaza i inhibitora reverzne transkriptaze- ksenobiotike- peptide- bilirubin- lipide- steroide

Brojne su uloge P-gp:

- regulacija distribucije i bioraspoloivosti lijekova:poveana intestinalna ekspresija P-gp moe reduciratiapsorpciju lijeka, pa se ne mogu postii terapijskekoncentracije u plazmi; supraterapijske plazmakoncentracije i toksino djelovanje lijeka mogu rezultiratizbog smanjene ekspresije P-gp u intestinalnoj sluznici

- uklanjanje toksinih metabolita i ksenobiotika iz stanica uurin, u, i crijevni lumen

- transport supstancija iz mozga putem krvno-modane

barijere- preuzimanje digoksina- sprjeavanje ulaska ivermektina u CNS- migracija dendritikih stanica- zatita hematopoetikih stem stanica od toksina

Struktura P-gp

P-gp je 170 kDa transmembranski glikoprotein sa 10-15 kDa N-terminalne glikozilacije. N-terminalna polovina se sastoji od 6transmembranskih domena, na koje se nastavlja velikacitoplazmatska domena sa ATP-vezujuim mjestom, a na nju senastavlja drugi dio od 6 transmembranskih domena i ATP-vezujuim mjestom koji pokazuje vie od 65% poklapanja saaminokiselinskom sekvencom prve polovine polipeptida.

Struktura apo P-gp je odreena uz pomodifrakcije x zraka i pri3.8 angstrema. Centralna upljina je veliine oko 6. 000angstrema, sa dvije nukleotid-vezujue domene. U centralnojupljini se nalaze razliita mjesta za vezivanje lijeka sastereoselektivnim svojstvima koja su bazirana na hidrofobnim i


37/216


27

aromatskim interakcijama. Apo i lijek-vezani P-gp imaju portaleza ulazak lijeka otvorene prema citoplazmi i prema unutarnjem

sloju lipidnog dvosloja. Konformacija okrenuta premaunutranjosti stanice predstavlja inicijalni stadij transportnogciklusa koji je kompetentan za vezivanje lijeka.

Biohemizam djelovanja P-gp

Vezivanje supstrata i ATP odvija se istovremeno. Hidroliza ATPpostavlja supstrat u poloaj za izluivanje iz stanice.Oslobaanje fosfata (potie iz ATP) odvija se istovremeno saekskrecijom supstrata. ADP se oslobaa, a nova molekula ATPse vee na sekundarno ATP-vezujue mjesto. Hidroliza ioslobaanje ADP i P vraa molekulu P-gp u prvobitno stanje.

Tkivna distribucija

P-gp je iroko distribuiran i izraen u odreenim tipovima stanicau intestinalnoj sluznici i kolonu, jetri, renalnim proksimalnimtubulima, adrenalnoj lijezdi i endotelu kapilara koji pripadajukrvno-modanoj i krvno-testikularnoj barijeri.

Slika 2-7. Kristalografska struktura miijeg MDR3 proteina.Aproksimativna pozicija proteina u membrani je oznaena plavombojom (ekstracelularna strana) i crvenom bojom (citoplazmatskastrana). N-terminus je plavo oznaen, a C-terminus crveno.(http://en.wikipedia.org/wiki)


38/216


28

Detekcija aktivnosti transportera P-gp

Aktivnost P-gp moe se odrediti pomou membranske ATP-aze ipomou eseja sa celularnim kalceinom.ABCB1 transporter se moe upotrijebiti za razlikovanje pojedinihB-stanica; boja Rodamid 123 i MitoTracker boje se mogu koristitiu tu svrhu.

Opisana je procedura za sintezu radioaktivnog verapamila kojise moe upotrijebiti za mjerenje funkcije P-gp pomou pozitronemitirajue tomografije.

SLC superfamilija transportera

SLC superfamilija ukljuuje 48 familija i predstavlja oko 315 genau humanom genomu.

SLC transporteri sudjeluju u transportu razliitih endogenihsupstancija i ksenobiotika koji mogu biti u joniziranom ili unejoniziranom obliku. SLC transporteri mogu sudjelovati utransportnim procesima olakane difuzije ili u sekundarnimaktivnim transportima kao simporteri ili antiporteri.

Tabela 2-2. Pojedini lanovi SLC superfamilije.

Transporter Supstrat (lijek)Genetiki uzrokovanabolest povezana satransporterom

SLC1 melfalanamiotrofika lateralnaskleroza

SLC9 diuretici-tiazidikongenitalna sekrecijskadijareja

SLC10 benzodiazepinimalapsorpcija primarnihunih kiselina

SLC16salicilna kiselina,atorvastatin

slabost miia

SLC19 metotreksatmegaloblastina anemija

koja odgovara na tiaminSLC22 pravastatin, metformin

sindrom sistemskogkarnitin deficita

SLC26salicilna kiselina,ciprofloksacin

kongenitalna dijareja sagubljenjem Cl-

SLC31 cisplatin


39/216


29

2.4. Prolazak lijekova kroz pojedine membrane uljudskom organizmu

Prolazak lijekova kroz krvno-modanu i krvno-likvorsku barijeru

Krvno-modana i krvno-likvorska barijera su mjesto ulaska nekihlijekova, aminokiselina i niza endogenih i egzogenih metabolitaiz krvi u mozak ili u cerebrospinalni likvor (CSL). To su strukturesastavljene od spleta lipofilnih membrana u kojima su ugraeniaktivni proteinski nosai.

Funkcije i osobitosti grae krvno-modane barijere

Funkcije krvno-modane barijere:

- Prijenos metabolita u modane stanice i iz njih- Onemoguavanje ulaska velikih i polarnih molekula u

mozak- Kontrola tkivne homeostaze (tj. stanja stalne dinamike

ravnotee osnovnih staninih sastojaka u mozgu)

Endotelne stanice modanih kapilara su povezane

nepermeabilnim vezama koje onemoguavaju slobodnu difuziju;pinocitoza je svedena na najmanju mjeru; supstancije koje ulazeiz krvi u mozak moraju proi kroz samu stanicu endotela.

Funkcije i osobitosti grae krvno-likvorske barijere

Glavna funkcija krvno-likvorske barijere je stvaranjecerebrospinalne tekuine. Najvei dio likvora nastaje uhorioidnim pleksusima i modanim ventrikulima (resiastetvorevine koje sadre mnogo isprepletenih krvnih sudova a napovrini resica je tanak sloj epitelnih stanica).

Likvor nije jednostavni filtrat horioidnih kapilara, ve je proizvodkoji nastaje aktivnom sekrecijom iz horioidnog pleksusa(koncentracija Na+jona je via nego u drugim ekstracelularnimtekuinama, dok je koncentracija glukoze i K+ jona nia;koncentracija hlorida i aminokiselina bitno se razlikuje u odnosuna krvnu plazmu). U toku dana stvori se oko 750 ml likvora igotovo sav se apsorbira u krv kroz posebne tvorevine -arahnoidne resice, odnosno granulacije.


40/216


30

Izmeu stanica endotela postoje otvoreni procjepi to omoguujeslobodnu penetraciju; epitelne stanice horioidnog pleksusa su

povezane vrstim nepermeabilnim strukturama, pa prolazak tvariiz krvi u CSL vodi kroz stanice epitela.

Razlike u penetraciji tvari iz krvi u mozak i iz krvi u likvor suposljedica specifinih razlika u strukturi endotelnih i epitelnihstanica.

Krvno-modana i krvno-likvorska barijera aktivno i selektivnoodravaju razlike u koncentracijama pojedinih tvari u tri odvojenaodjeljka u CNS: to su mozak, krv i likvor.

Tvari koje nisu rastvorljive u lipidima teko mogu prodrijeti u

mozak i/ili likvor (organske kiseline i baze).

Tvari topljive u lipidima difundiraju lahko u mozak i likvor (npr.alkohol).

U normalnim okolnostima postoji elektrini i pH gradijent izmeukrvi i CSL; veliina i smjer gradijenta su direktno povezani sa pHkrvi.

Ukoliko pH krvi raste, uz nepronijenjen pH likvora, dolazi dopreraspodjele slabih organskih baza iz krvi u likvor: porastom pHmedija poveava se udio nejoniziranog oblika baze koji slobodno

difundira kroz membranu u drugi odjeljak, a zbog nieg pHlikvora, u njemu raste udio joniziranog oblika baze koji se nemoe vratiti kroz membranu natrag u krv. U stanju metabolikeacidoze uspostavlja se suprotan smijer gradijenta

Krvno-modana barijera je nepropusna za hidrogenkarbonat jon,te ukoliko je promjena pH krvi rezultat promjene koncentracijehidrogenkarbonata, pH likvora se ne mijenja.

Ugljini dioksid slobodno difundira kroz krvno-modanu i krvno-likvorsku barijeru, te e se respiratorne promjene direktnoodraziti na pH likvora.

Penetriranje lijekova u mozak i likvor

Dva uvjeta su veoma bitna za penetriranje lijeka iz krvi u mozak iu likvor: molekula lijeka mora biti slobodna u krvnoj plazmi i lijekmora biti dobro rastvorljiv u lipidima.

Primjer poboljanja lipofilnosti lijeka: uvoenje lipofilizirajuihestarskih skupina u hidrofilne molekule citostatika iantimetabolita (metotreksat, citarabin).


41/216


31

Prodiranje lijekova u CNS moe se ograniiti uvoenjem jakojoniziranih skupina u njegovu molekulu; primjer: kvaternizacija N

atoma u molekuli fenotiazina onemoguava njegovu penetracijukroz krvno-modanu barijeru i iskljuuje njegov centralni efekat(na taj nain se ostvaruje efekat fenotiazina kao inhibitoragastrine sekrecije ili kao bronhospazmolitika, a iskljuuje seinterakcija sa receptorima u mozgu).

Cjelovita i neoteena krvno-modana barijera potpuno eonemoguiti prolazak velikih i jako joniziranih molekula

Aktivni transport molekula lijeka iz krvi u mozak mogu je samoza one spojeve koji se zbog svoje hemijske slinosti mogukoristiti nekim od transportnih mehanizama prijenosa endogenih

supstrata.

Transport aminokiselina kroz krvno-modanu barijeru

Aminokiseline su hidrofilne molekule ija hidrofilnost proizilazi iznjihove disocijacije pri fiziolokom pH i iz prisustva hidrofilnihfunkcionalnih grupa u njihovom bonom lancu.

Transport aminokiselina i glukoze kroz krvno-modanu barijeruse odvija uz pomo specifinih transportera koji se nalaze uplazmatskoj membrani endotelijalnih stanica kapilara.

Identificirana su tri razliita transportna sistema za:- neutralne,- bazine i- kisele aminokiseline.

Svaki od transportnih sistema pokazuje selektivnost ovisnu onaboju molekule aminokiseline, dok na afinitet transportnogsistema prema aminokiselini mogu uticati aromatinost, veliinamolekule ili pobonog lanca aminokiseline.

Neutralne aminokiseline (fenilalanin, tirozin, triptofan, valin,leucin, izoleucin) mogu jedna drugoj ograniiti ulazak u mozakukoliko se jedna od njih pojavi u visokoj koncentraciji u krvi.

Prolazak lijekova kroz membrane gastrointestinalnogtrakta

Membrane u probavnom traktu su najee mjesto ulaskaksenobiotika u na organizam. To su sloene bioloke


42/216


32

membrane u sluznicama gastrointestinalnog trakta (GI-trakt) kojeobuhvataju usnu upljinu, drijelo, jednjak, eludac, tanko crijevo

i debelo crijevo.

Tipini presjek organa probavnog trakta idui izvana premaunutra sastoji se iz: 1. seroze, 2. longitudinalnog miinog sloja,3. cirkularnog miinog sloja, 4. submukoze i 5. sluznice.

Fizioloki faktori koji utiu na efikasnost apsorpcije lijeka krozmembrane GI-trakta su: brzina produkcije i sadraj i karaktereluanih i crijevnih sokova; brzina pranjenja i pokretljivostprobavnih organa; prisustvo ili odsustvo drugih tvari ili hrane uprobavnom traktu.

Intraluminalne razlike u fiziko-hemijskim karakteristikama i usadraju bitno utiu na mogunost prolaska pojedinihksenobiotika kroz membrane u GI-traktu.

Transport kroz membrane GI-trakta odvija se:- pasivnom difuzijom- olakanom difuzijom- aktivnim transportom- pinocitozom.

Openito, nejonizirane u mastima dobro rastvorljive supstancijese apsorbiraju pasivnom difuzijom.

Jedino se slabe kiseline i slabe baze apsorbiraju pasivnomdifuzijom. Srednje jake kiseline (salicilna kiselina) apsorbiraju sedjelimino u elucu, ali znatno bre u duodenumu. Srednje jakebaze (efedrin, amfetamin) slabo se apsorbiraju iz eluca, aznatno iz crijeva.

Polarne molekule (npr. neomicin, manitol) apsorbiraju se vrloslabo ili nikako, osim ako su dovoljno male molekule kojeprolaze kroz pore u membrani (urea).

Ksenobiotici otopljeni u jednostavnim otopinama apsorbiraju sekompletno, osim ako stvaraju netopive komplekse sa probavnimsokovima.Apsorpcija iz vodeno-alkoholnih otopina je vrlo brza; apsorpcijaiz suspenzija ovisi o veliini estica i bra je to je veliinamanja.

Stepen apsorpcije pojedinih lijekova moe se modificiratiuvoenjem joniziranih ili lipofilnih skupina.


43/216


33

- primjer: u molekule sulfonamida koji se koriste u terapijiintestinalnih infekcija uvode se hidrofilne grupe

stvaranjem konjugata sa dikarboksilnim kiselinama; visokstepen jonizacije u alkalnom sadraju crijeva; slabaapsorpcija i lijek dospijeva u nie dijelove tankog crijevagdje ostvaruje terapijski efekat.

Uvoenjem lipofilnih skupina ili maskiranjem hidrofilnih skupinamoe se ubrzati apsorpcija iz GI-trakta.

- primjer: penicilini koji imaju slobodnu karboksilnu grupugotovo su potpuno jonizirani u mediju sa visokim pHkakav vlada u crijevima; penicilinski esteri koji seprimjenjuju moraju biti otporni na niski pH koji vlada u

elucu i na visoki pH koji vlada u crijevima, ali se morajubrzo hidrolizirati u stijenci crijeva ili u krvnoj plazmi.

Neki lijekovi se apsorbiraju procesom olakane difuzije.

Samo lijekovi koji su strukturni analozi prirodnih spojeva mogubiti apsorbirani aktivnim transportom (5-fluorouracil, 5-bromouracil).

Slaba rastvorljivost nekih tvari moe se poboljati prevoenjemkiselina u njihove soli (npr. barbiturne kiseline, sulfonamida ipenicilina).

Amorfni oblici lijekova, zbog dovoljno velike povrine,apsorbirajuju se u znaajno veoj mjeri u odnosu na kristalinineoblike lijekova.

Nastajanje kompleksa izmeu lijeka i komponenata probavnihsokova moe jako uticati na apsorpciju lijeka (kaokompleksirajui agensi ponaaju se mucin, razne proteinskekomponente, elektroliti, soli unih kiselina).

une kiseline stvaraju netopive komplekse sa neomicinom,kanamicinom, polimiksinom i vankomicinom i zato se ne moguaplicirati oralno.

Specifini prenosioci sudjeluju u prijenosu kvaternernihamonijevih soli (anjoni visokomolekulanih organskih supstancija)ili vitamina B12(intrinziki faktor).

Procesom pinocitoze stanice sluznice probavnog traktaapsorbiraju kapljice ili krute estice i predaju ih ili u limfu ili u krv;stvara se vakuola koja putuje kroz stanicu do suprotne strane;


44/216


34

ovako se resorbiraju koloidno otopljene estice, skrob, masnekiseline, masti, neki proteini.

Prolazak lijekova kroz membrane u bubregu

Osnovna funkcionalna jedinica bubrega je nefron koji se sastojiod glomerula, proksimalnog tubula, Henleove petlje i distalnogtubula.

Najvaniji dio glomerula je filtracijska membrana koja se sastojiod tri sloja koja aktivno sudjeluju u filtraciji plazme: endotelkapilara, bazalna membrana i sloj epitelnih stanica koje oblau

povrinu Bowmanove ahure.

Izmeu pojedinih stanica endotela kapilara nalaze se poredimenzija 50-100 nm, to je vee i od najvee makromolekule uplazmi.

Bazalna membrana je kontinuirana fibrilarna struktura bez pora,graena od kolagenih i nekolagenih elemenata; s obzirom dasadri dosta ugljikohidrata, glikozaminoglikana i sialinskekiseline, bazalna membrana ima jaki jonski karakter.

Epitelne stanice se nalaze oko kapilara; nalaze se na stalnojudaljenosti zahvaljujui postojanju polianjonske membrane kojaih okruuje.

Glomerularna filtracija, te reapsorpcija i sekrecija u tubulima suosnovni principi rada bubrega.

Krvna plazma se filtrira kroz semipermeabilnu membranuglomerula uz pritisak od 9,33 kPa koji odgovara razlici pritiska uaferentnim kapilarima glomerula i pritiska u glomerulu i tubulima(pasivni proces).

Katjonske molekule se filtriraju znatno lake od neutralnih ianjonskih usljed polianjonskog naboja membrane glomerula.

Velike molekule proteina (Mr vea od 60.000) pod normalnimokolnostima ne mogu proi kroz glomerularnu membranu.Male molekule (glukoza, aminokiseline, urea) prolazeglomerularnu membranu, a u tubulima se reapsorbirajuorganizmu potrebni metaboliti, a oni nepotrebni se izluujuurinom.


45/216


35

Procesi tubularne reapsorpcije i aktivne sekrecije su podkontrolom hormona.

Reapsorpcija vode (glavno mjesto je Henleova petlja) tijesno jepovezana sa reapsorpcijom jona, prije svega Na+i Cl-.

Cjelokupan promet vode u bubrezima posljedica je razlike uosmotskom pritisku izmeu glomerularnog filtrata i sadraja ulumenu sa jedne strane, i tubularnih stanica i njihovih okolnihstanica sa druge strane.

Ksenobiotici se reapsorbiraju u tubulima uglavnom pasivnomdifuzijom: kontinuirana reapsorpcija vode u tubulima bubregapoveava koncentraciju lijeka u lumenu, a niska koncentracija

lijeka u peritubularnoj krvi favorizira reapsorpciju lijeka iz tubula(osobito ako je lijek vezan za proteine plazme).

Neutralni i nepolarni lijekovi (grizeofulvin) reapsorbiraju se upotpunosti; neutralni i polarni lijekovi (manitol, ksiloza) gotovopotpuno se eliminiraju urinom.

Lijekovi koji su slabe kiseline ili slabe baze, ovisno od pH filtrata,bit e u joniziranom ili nejoniziranom obliku, to e se bitnoodraziti na njihovo izluivanje urinom.

Klirens jakih kiselina je vrlo visok: jake kiseline kojima je pKa

manji od 2 bie u potpunosti jonizirane unutar cijeloga fiziolokograspona kiselosti urina. Takve molekule e se skoro u potpunostiizluiti urinom.

Klirens slabih kiselina je veoma nizak: slabe kiseline kojima jepKa vei od 7,5 (barbiturati) slabo su jonizirane u glomerularnomfiltratu i u sadraju tubula i lahko difundiraju iz lumena tubula utubularne stanice usljed koncentracijskog gradijenta. Prolaskomkroz bubreg njihova koncentracija se ne mijenja znaajno.

Osmotski pritisak neophodan za difuziju lijeka iz lumena ustanice stvara se fiziolokim kretanjem Na+ jona i vode (aktivnareapsorpcija Na+jona koju prati pasivna difuzija vode).

Slabe kiseline kod kojih je pKa izmeu 3,0 i 7,5 vrlo su osjetljivena promjenu pH glomerularnog filtrata i tubularne tenosti i pritakvim promjenama mijenja se odnos nejoniziranog i joniziranogoblika lijeka.

Vrijeme poluivota lijeka ovisit e u velikoj mjeri o stepenunjegovog vezivanja za proteine krvne plazme i o stepenupasivne reapsorpcije u tubulima bubrega.


46/216


36

U hitnim sluajevima kada je zbog prevelike doze uzetog lijekapotrebno ubrzati njegovu renalnu ekskreciju, pacijentu se daje

NaHCO3(alkalizacija urina) ili NH4Cl (zakiseljavanje urina).

U kiselom urinu se koncentriraju i brzo izluuju jonizirani bazinispojevi: amfetamin, kinin, prokain, hlorokin, itd.

U alkalnom urinu se izluuju jonizirani kiseli spojevi: barbiturati,salicilati, nitrofurantoin, sulfonamidi itd.

Promjene stepena jonizacije lijeka utiu i na odnos izmeuproteinski vezanoga i slobodnog oblika lijeka: pri niem pHplazme spojevi koji se ponaaju kao slabe kiseline mogu seodvojiti od proteina plazme. Poveana koncentracija slobodnog

oblika lijeka omoguit e njegovu glomerularnu filtraciju.

Neki lijekovi se iz organizma izluuju aktivnim procesom uproksimalnim tubulima, uz sudjelovanje molekula prenosioca:dihidromorfin, dopamin, neostigmin, acetazolamid, furosemid,penicilin, fenilbutazon, salicilat.

Prolazak lijekova kroz placentu

Placenta je jedinstven membranski sistem koji dijeli dvijeindividue razliitih genetikih karakteristika, fiziolokihreaktivnosti i osjetljivosti prema ksenobioticima.

Placenta je produkt genetike baze embrija i razvoj fetusa jeneposredno zavisan o placenti i u anatomskom i u metabolikomsmislu.

Placenta ima ulogu u osiguravanju normalnog rasta i razvojafetusa, te u odravanju metabolike i imunoloke ravnoteeizmeu fetusa i majke.

Tkivo placente obezbjeuje potrebne hranljive sastojke iomoguava eliminaciju tetnih produkata metabolizma: placentaujedinjuje funkcije plua, bubrega, jetre i endokrinih lijezda ufetusa.

Razvoj placente u toku intrauterinog razvoja fetusa odraava sena prolazak ksenobiotika i endogeno sintetiziranih molekula.

Difuzija je glavni nain prolaska tvari kroz placentu.


47/216


37

Na brzinu difuzije utiu fiziko-hemijska svojstva lijeka, kao ikoncentracijski gradijent koji se uspostavlja na placenti.

Razlika pH izmeu majine i krvi fetusa utie na jonizacijskostanje lijeka u ova dva odjeljka, to opet utie na uspostavljanjekoncentracijskog gradijenta.

pH majine arterijske krvi je od 0,1 do 0,15 jedinica vii od pH upupanom krvotoku: koncentracija nedisociranog bazinog lijekae biti vea u majinoj krvi nego u fetalnoj - spojevi poputantipirina i tiopentala, slabo su jonizirani i pri fiziolokom pHlahko prolaze kroz placentu, dok jako jonizirane supstance poputsukcinilholina, ne prolaze.

Placenta je razliito propusna za razliite polarne spojeve.

Vezanje lijeka za makromolekule smanjuje njegov prolazak krozplacentu.

Salicilati su skoro 100% jonizirani pri fiziolokom pH krvi, ali vrlobrzo prolaze kroz membrane placente; plazma fetusa ima vrloslab afinitet za vezanje ampicilina, benzilpenicilina,fenobarbitona i difenilhidantoina.

Dovoljno visok koncentracijski gradijent izmeu majine i fetalnekrvi uzrokovat e da mnogi lijekovi prodru do fetusa.

Gradijenti koji se odnose na samu placentu:

- razlika u koncentraciji supstancije izmeu arterijske ivenske krvi majke

- razlika u koncentraciji supstancije izmeu arterijske ivenskekrvi fetusa

- transplacentalni gradijent

Gradijenti na razliitim fetalnim membranama:

- horionski gradijent: majin odjeljak/fetalni odjeljak- amnijumski gradijent: fetalni odjeljak/ odjeljak

amnijumske tekuine- horioamnijumski gradijent: majin odjeljak/amnijumski

odjeljak

Stanje cirkulacije majine krvi utie na brzinu kojom e nekamolekula lijeka dospjeti u cirkulaciju fetusa: promjene u perfuzijipojedinih organa; opstrukcija protoka krvi u uterusu.


48/216


38

Dinamika umbilikalnog krvotoka uticat e na transplacentalnudifuziju.

Placente je aktivna u biotransformaciji nekih lijekova usljedprisustva razliitih enzima u njoj (aromatske oksidacije), kao i umetabolizmu endogenih supstrata (steroidi). Neke molekulemoraju proi kroz biotransformaciju u placenti da bi dospjele ukrvotok fetusa.

Osim jednostavnom difuzijom, lijekovi prolaze kroz placentu iprocesom olakane difuzije i aktivnim transportom.

Glukoza prolazi olakanom difuzijom (pojava zasienja uz velikekoncentracije supstrata i kompetitivnu inhibiciju fruktozom i

galaktozom).

Vitamin B12, aminokiseline, joni i kreatinin prolaze aktivnimtransportom kroz placentu.

Tabela 2-3. Karakteristini podaci o prolasku nekih lijekova krozplacentu.

Lijek

Vrije-me dopoja-ve ufetusu(min)

Ravnote-ac (majka)

/c(fetusa)(min)

OmjerKoncentra-cije u krvi

majka/fe-tus

Fetalni ilineonatalni

efekti

halotan 2 - -neonatalnadepresija

lidokain 1,5 6,0 0,6neonatalnadepresija

pentobarbiton

1,0 3,0 0,75neonatalnadepresija

prometazin 1,5 6,0 0,7neonatalnadepresija

morfin 2-3respiratornadepresija

ampicilin 15 45 0,8 nisu opisani

tetraciklini 120 - 0,7defekti nazubima ikostima

sulfonamidi 15 - - kernikterusantipirin 1 5 0,98 nisu opisani


49/216


39

Tabela 2-4. Prolazak tvari kroz biomembranu (rezime).

Tiptransporta

Tvar koja seprenosi Princip transporta

difuzijamale nejoniziranemolekule

brzina je proporcionalna razlicikoncentracija sa obje stranemembrane

osmoza voda

brzina i smjer su odreenikoncentracijom otopljene tvari:voda se kree sa mjesta manje kamjestu vee koncentracije

filtracijamolekule kojemogu proi krozmembranu

razlika u pritiscima sa obje stranemembrane

olakanadifuzija

glukoza,aminokiseline

transport niz koncentracijskigradijent, uz pomo specifinihtransportera

aktivnitransport

joni, velikemolekule, eeri,aminokiseline

endergoni transport nasuprotkoncentracijskog gradijenta;potreban je specifini transporteri/ili enzim

pinocitozavoda, velikemolekule, proteini,lipidi, hormoni

makromolekule okruenemembranom se uvlae u stanicu


50/216


40


51/216

BIOHEMIJSKA OSNOVA DJELOVANJA LIJEKOVA

41

BIOHEMIJSKAOSNOVA DJELOVANJA

LIJEKOVA

3.1. Interakcije lijekova sa proteinima plazme

3.2. Interakcije lijekova sa membranskim transporterima

3.3. Interakcije lijekova sa enzimima

3.4. Interakcija lijekova sa receptorima

3.5. Neki primjeri

POGLAVLJE

3


52/216


42

Uvod

Postoji vie temeljnih biohemizama putem kojih lijekovi djelujuna tkiva i stanice. Dezoksiribonukleinska kiselina (DNK)smjetena u staninoj jezgri je jedan od najvanijih ciljevanapada lijekova na tkiva. Prvi cilj na koji lijekovi naiu sumembranski receptori koji mogu biti specifini za pojedineskupine lijekova, ili za svaki lijek ponaosob. Lijekovi mogureagirati i sa ostalim nespecifinim i za sada nedefiniranimreceptorima. Vaan cilj napada lijekova jesu citoplazmatskiribozomi sa ribozomalnom RNK.

Slika 3-1. Shematski prikaz ljudske stanice i najvanijih ciljevadjelovanja lijekova. Lijekovi su simbolino prikazani kao razliitoobojena tjelaca, a stanini ciljevi lijekova su posebno naznaeni uisjecima.

Najvaniji biohemizmi djelovanja lijekova na tkiva i stanice su:

- Stimulacija receptorskim agonizmom i pospjeenjedjelovanja,

- Inhibicija receptorskim agonizmom i smanjenje reakcije(inverzni agonist),

- Blokiranje/antagonistiki uinak-tihi antagonist: lijek sevee za receptor, ali ga ne aktivira,


53/216


43

- Stabilizacijski uinak: lijek ne djeluje ni kao stimulator aniti kao inhibitor (neke hemikalije posjeduju takvu vrstu

uinka koji stabilizira receptore kao to su npr.buprenorfin u osoba ovisnih o opijatima ili aripiprazol ushizofrenikih bolesnika); uinak ovisi o dozi i oprimatelju,

- Razmjena/nadomjestak substance ili njihovo nakupljanjeda bi se stvorila rezervna koliina (odlaganje glikogena),

- Direktna dobrobitna hemijska reakcija, kao na primjer uhvatanju i neutraliziranju slobodnih radikala,

- Direktna tetna hemijska reakcija to moe rezultirati saoteenjem i smru stanica nakon toksinog ili smrtnoguinka (citotoksinost ili iritacija).

Postoje razliiti poeljni uinci hemikalija (lijekova) na tkiva, akoji su posredovani sljedeim mehanizmima:

- Oteenje stanine membrane u bakterija, virusa,protozoa ili tumorskih stanica,

- Hemijske reakcije sa pospjeenjem poeljnog terapijskoguinka,

- Interakcije sa enzimskim proteinima,- Interakcije sa strukturalnim proteinima,- Interakcije sa transportnim proteinima,- Interakcija sa jonskim kanalima u staninim

membranama,

- Vezivanje liganda za stanine receptore (hormoni,neuromodulator i transmiteri).

Lijekovi / hemikalije imaju tetne uinke koji se mogu poredati u4 skupine:

- Poveana vjerovatnost stanine mutacije (karcinogenikaaktivnost),

- Mnogobrojne istovremene tetne reakcije koje mogu bitirazorne,

- Interakcije (dodajue,umnogostruene i metabolike),- Oteenje funkcije i hronina bolesna stanja.

Za svaku hemikaliju koja se daje u svrhu lijeenja postojiterapijski prozor. Terapijski prozor je koliina lijeka izmeu dozekoja je uinkovita (terapijska ili efektivna doza) i doze koja dajevie nepoeljan/toksian negoli terapijski uinak. Na primjer,lijekovi sa malim terapijskim prozorom se moraju davati veomaobazrivo i uz mjerenje njihove koncentracije u krvi jer takvilijekovi brzo mogu iz maksimalnu terapijske prijei u toksinudozu.Takvi lijekovi su npr. citostatici.


54/216


44

Terapijski je indeks prost omjer izmeu korisnosti i tetnostilijeka. Lijekovi koji imaju mali terapijski prozor imaju i nizak

terapijski indeks, to znai da je ponekad teko ocijeniti da li jeod nekog lijeka vea teta negoli korist. Kao primjer se moguponovno uzeti citostatici, a i kardiovaskularni lijekovi. Velikaveina lijekova su nespecifini, to znai da nakon davanja neidu iskljuivo u svoje ciljno tkivo i u ciljne stanice, nego idu umnoga tkiva i stanice, pa i tamo gdje je poeljno. Na stanicama iu stanicama lijekovi ne djeluju podjednako na sve strukture.Postoje stanine organele koje su vie izloene djelovanjulijekova negoli druge. Ovo djelovanje je shematski prikazano uslici (3-1).

3.1. Interakcije lijekova sa proteinima plazme

Vezivanje (interakcija) lijeka za proteine je reverzibilna reakcijaizmeu lijeka kao egzogenog liganda i proteina kao endogenemolekule. Nastali kompleks lijek-protein djeluje kao transportnisistem koji doprema lijek do mjesta njegovog djelovanja (lijekovislabije rastvorljivi u vodi). Samo nevezana frakcija lijeka jefarmakoloki aktivna i odgovorna za njegov konani efekat, avezana frakcija je farmakoloki inertna. Interakcija lijeka saproteinima plazme usporava apsorpciju slobodnog lijeka iz krvi utkiva smanjujui koncentracijski gradijent, i znatno utie nanjegovu distribuciju i eliminaciju.

Najvei udio u vezivanju lijekova imaju serumski albumini.Lijekovi mogu stupiti u kompeticiju sa drugim endogenimligandima za vezivanje na albumin (npr. sa triptofanom,bilirubinom, neesterificiranim masnim kiselinama, metalnimjonima). Istiskivanje lijeka ili endogenog liganda esto moepojaati farmakoloki efekat ili dovesti do toksinog efekta lijeka(efekat istisnua).

Uticaj vezivanja za proteine na distribuciju, apsorpciju ieliminaciju lijeka

Uneseni lijek u organizam rasporeuje se izmeu tri osnovnatjelesna odjeljka: tkivo, intersticij i plazma. Unutar svakogodjeljka uspostavlja se ravnotea izmeu slobodne i proteinskivezane frakcije lijeka, a ravnotea se uspostavlja i izmeuslobodnog lijeka unutar svakog od ova tri odjeljka. Vezivanjelijeka na proteine plazme znaajno usporava njegovo prodiranje


55/216


45

u razliite tkivne odjeljke, a time i na njegovu izloenostdjelovanju odgovarajuih enzima za metaboliziranje: u prvim

fazama apsorpcije najvea frakcija lijeka u plazmi je vezana naproteine.

Volumen distribucije (Vd)

Volumen distribucije je parameter koji govori o uticaju vezivanjalijeka za proteine na distribuciju lijeka i njegovo zadravanje ukrvi.

D doza lijeka; cp- koncentracija lijeka u plazmi

Faktori koji utiu na vezivanje lijekova na albumineplazme

Faktori koji utiu na vezivanje lijekova na albumine plazme su:

- molekularna struktura lijeka i albumina,- koncentracija albumina i lijeka,- pH medija,- temperatura,- prisutnost drugih liganda,- jonska jakost sredine i- patoloki efekti

Patoloki efekti su: razliite bolesti jetre i bubrega, gdje jezapaeno smanjeno vezivanje lijeka; respiratorna insuficijencija,gdje je zapaen porast vezivanja lijeka za proteine.

Modikifacija doziranja lijeka u patolokim stanjima je veomavana u terapiji zbog moguih toksinih efekata lijeka.

Biohemizam interakcije i parametri vezivanja

Interakcija lijek-protein je reverzibilna reakcija pri emu razliitevrste hemijskih veza sudjeluju u interakcijama lijek-protein.


56/216


46

Tabela 3.1. Vrste hemijskih veza koje sudjeluju u interakcijama lijek-protein.

Tip vezeEnergijavezivanja(kJmol-1)

Aminokiselina u proteinu

kovalentna 210-460serin, tirozin, cistein, lizin,arginin

jonska do 210katjoni (glutamat)anjoni (lizin, arginin, histidin)

H-veza 8-21

elektron donori: glutamat,serin, tirozin, triptofanelektron akceptori: lizin,arginin, tirozin

prijenos

naboja8-21 fenilalanin, tirozin, triptofan

hidrofobneinterakcije

2,9-3,6 sve alifatske aminokiseline

Van derWaalsoveveze

2,1-4,2sve aminokiseline

Elektrostatske veze se najee uspostavljaju izmeu lijekova iproteina (plazma, tkiva). Za veinu proteina izoelektrina takapI je nia od pH koji vlada u krvi i u tkivima (pH=7,4). Kodneutralnog pH ukupan naboj veine proteina u naem organizmuje negativan: albuminska molekula ima oko 84 pozitivno nabijene

skupine i oko 100 negativno nabijenih to joj daje sposobnostvezivanja i anjona i katjona. U vezivanju steroida i parafina velikuvanost imaju hidrofobne interakcije; aspirin se veekovalentnom vezom za molekule proteina.

Na molekuli proteina moe biti jedno ili vie vrsta veznih mjestaovisno o fiziko-hemijskim svojstvima molekule.Kad protein ima m razliih vrsta veznih mjesta, od kojih svakoima ni ekvivalentnih i nezavisnih skupina sa pripadnomkonstantom vezanja Ki, tada je izraz za specifinu sposobnostvezivanja nekog lijeka na protein (r):

1


57/216


47

3.2. Interakcije lijekova sa membranskimtransporterima

Transporteri ukljueni u farmakokinetike putevelijekova

Hepatiki transporteri

Jetra prihvata organske anjone (lijekovi, leukotrieni, bilirubin),katjone i une soli uz pomo SLC-transportera lociranih nabazolateralnoj (sinusoidalnoj) membrani hepatocita i koji

posreduju prihvat putem olakane difuzije ili sekundarnih aktivnihmehanizama.

ABC transporteri locirani u kanalikularnim membranamahepatocita posreduju u ekskreciji (efluks) lijekova i njihovihmetabolita, unih kiselina i fosfolipida iz jetre u u koja seodvija nasuprot izraenog koncentracijskog gradijenta i za ijeodvijanje je neophodna energija hidrolize ATP-a.Neki ABC transporteri su prisutni u bazolateralnoj membranihepatocita i mogu imati ulogu u izbacivanju lijeka natrag u krv,iako njihova fizioloka uloga nije dovoljno pojanjena.

Slika 3.1. Hepatiki prihvat, vraanje u krv, metabolizam i efluks u u.Crveni krugovi predstavljaju lijek, zeleni trouglovi metabolite lijeka, PSje permeabilnost produkta na povrini, CLmet, metaboliki clearance;CLint, intrinziki clearance. (Modificirano prema Brunton L, Chabner B,Knollman B (Eds.). Goodman&Gilman's the Pharmacological basis ofTherapeutics, McGrawHill Medical, 2011)


58/216


48

Transporteri prisutni u jetri igraju kljunu ulogu u podevanjunivoa lijeka u krvi. Preuzimanje lijeka od strane jetre i njegov

kasniji metabolizam i ekskrecija putem jetre su glavnadeterminanta sistemskog klirensa mnogih lijekova.Vektorski transport lijekova iz cirkulacije u u uz pomotransportera za prihvat u jetru i uz pomo transportera zaizluivanje (izlazak) iz jetre je vaan u determinaciji izloenostilijeka u cirkulaciji i u jetri (sl. 3.1.)

Transporterima posredovani prihvat lijekova u jetru moe bitiuzrok lijek-lijek interakcija u sluaju lijekova koje jetra aktivnoprihvata i koji se metaboliziraju i/ili izluuju u u. Biohemizamovih farmakokinetikih interakcija lijekova moe biti inhibicijatransporterima-posredovanog prihvata lijeka u jetru ili

koncentriranje u hepatocitima inhibitora nekog od enzima umetabolizmu lijeka putem odgovarajuih transportnih sistema.

Renalni transporteri

Putem bubrega se odvija izluivanje dviju glavnih klasasupstrata: organskih katjona i organskih anjona. Nedavnemolekularne studije su doprinijele identifikaciji i karakterizacijirenalnih transportera koji igraju vanu ulogu u eliminaciji,toksinom djelovanju i odgovoru lijekova. Ustanovljene suodreene funkcionalne domene u njihovoj strukturi kao to susupstrat-prepoznavajue domene.

Transport organskih katjona. Sekrecija strukturalno razliitihorganskih katjona se odvija u proksimalnim tubulima. Primarnafunkcija transporta organskih katjona je izluivanje ksenobiotika itoksina iz organizma, meu kojima su i mnogi pozitivno nabijenilijekovi i njihovi metaboliti (cimetidin, ranitidin, metformin,prokainamid, N-acetilprokainamin). Izlueni organski katjonimogu biti i endogene supstancije (holin, dopamin) i na ovaj nainse normalizira njihova koncentracija u organizmu. U odnosu narastvorljivost, izlueni organski katjoni mogu biti hidrofobni ilihidrofilni. U toku transepitelijalnog prolaska (sekrecija)supstancija mora proi kroz dvije membrane sekvencijalno:bazolateralnu membranu, koja je okrenuta prema krvnom sudu, iapikalnu membranu koja je okrenuta prema lumenu tubula.Razliiti transporteri u svakoj membrani posreduju u pojedinimkoracima transporta.

Transport organskih anjona. Strukturalno razliiti organskianjoni izluuju se u proksimalnim tubulima. Primarna funkcijaovoga procesa je oslobaanje organizma od razliitihksenobiotika, ukljuujui mnoge lijekove koji su slabe kiseline(pravastatin, kaptopril, p-aminohipurat, penicilini). Uklanjaju se i


59/216


49

hidrofobni i hidrofilni anjoni, a moe nastupiti i njihova interakcijasa katjonima i neutralnim tvarima.

Transporteri ukljueni u farmakodinamijske putevelijekova

Pojedini transporteri iz dviju superfamilija, SLC1 i SLC6, mogubiti farmakoloke mete za neke neuropsihijatrijske lijekove. Ovitransporteri imaju ulogu u ponovnom neuronalnom prihvatuneurotransmitera -aminobuterne kiseline (GABA), glutamata imonoamino transmitera: noradrenalina, serotonina i dopamina,kao i u regulaciji njihovih nivoa u sinaptikoj pukotini.

Transporteri iz SLC6 familije u mozgu posjedujutransmembransku domenu sa 12 sekundarnih struktura i velikuekstracelularnu petlju sa glikoziliranim mjestima kojakomuniciraju sa transmembranskim domenama 3 i 4. Ovitransporteri su obino dugi oko 600 aminokiselina i ovisni su ogradijentu Na+ jona prilikom aktivnog transporta svojih supstratau stanice. Identificirane su domene za prepoznavanje supstrata idomene za njihov transmembranski prolaz. Cl- joni su takoerpotrebni, mada u razliitoj mjeri, ovisno o pripadnosti pojedinimfamilijama.

Mnogi od ovih transportera su prisutni i u drugim tkivima(bubrezi, trombociti) i imaju i druge uloge. Ovi transporteri mogudjelovati i u suprotnom smjeru i izbacivati neurotransmitere naNa+-neovisan nain.

Lijekovi koji djeluju u centralnom nervnom sistemu moraju proikroz krvno-modanu barijeru i/ili kroz barijeru krv-cerebrospinalna tekuina. Ove dvije barijere su graene odendotelijalnih stanica modanih kapilara i od epitelnih stanicahoroidnog pleksusa, respektivno. To nisu statine anatomskebarijere nego dinamine strukture u kojima efluks transporteri

igraju veliku ulogu.P-glikoprotein je dobro karakteriziran efluks transporter kojiizbacuje svoj supstrat-lijek na luminalnu membranu endotelijalnihstanica kapilara mozga u cirkulaciju i na taj nain ograniavapenetraciju lijeka u mozak. Prepoznavanje lijekova koji se koristeu lijeenju bolesti CNS od strane P-gp, kao svoga supstrata, jeveliki nedostatak kada je rijeo terapiji ovih bolesti.


60/216


50

3.3. Interakcije lijekova sa enzimima

Biohemizmi interakcije lijek-enzim

Veina lijekova nakon to se unesu u organizam u odreenojmjeri djeluju na enzimske reakcije i procese.

Biohemizmi interakcije lijek-enzim:

direktno djelovanje lijeka na odreeni enzim (lijek se ponaa kaoaktivator ili inhibitor enzima)djelovanje lijeka na supstancije u organizmu koje se ponaajukao modulatori enzimske aktivnosti (aktivatori i inhibitori enzima)lijek moe zamjeniti prave supstrate datog enzima (lijek seponaa kao antimetabolit).

Primjeri nekih lijekova koji u biohemizmu svoga djelovanjastupaju u interakciju sa odreenim enzimima:

- penicilin mijenja aktivnost bakterijske transpeptidaze kojaje odgovorna za sintezu stanine stijenke,

- neki lijekovi-antihipertonici djeliju na sistem renin-angiotenzin,

-

sulfonamidi djeluju na enzim dihidrofolat reduktazu,- neki diuretici djeluju na enzim karbonat dehidratazu,- neki lijekovi djeluju na enzimsku razgradnju

kateholamina,- lijekovi koji mijenjaju koncentraciju cAMP

Jedno veliko polje dizajniranja novih lijekova osniva se na sintezimolekulskih struktura koje e modificirati brzine enzimskihreakcija djelujui kao antimetaboliti ili kao inhibitori enzima.

Enzimske indukcija i inhibicija

Pravovremeno prepoznavanje da li primijenjeni lijek djeluje kaosupstrat za odreeni enzim, ili pak djeluje kao njegov induktor, ilikao njegov inhibitor od velike je vanosti u sprjeavanju klinikiznaajnih interakcija lijekova sa drugim lijekovima ili sa hranomili sa endobioticima, to sve skupa rezultira optimalnimodgovorom i minimalnim neeljenim djelovanjima primijenjenoglijeka.


61/216


51

Citohrom P450 (CYP450) je familija izoenzima koji su odgovorniza biotransformaciju mnogih lijekova putem njihove oksidacije. U

hemijskom pogledu, radi se o hem-proteinu koji je lociran umembranama endoplazmatskog retikuluma jetre i nekihekstrahepatikih tkiva (bubrezi, crijeva, plua). Neki lijekovibivaju inaktivirani veu crijevu, zahvaljujui djelovanju CYP3A4izozima (tzv. efekat prvog prolaska u gastrointesti

biohemija lijekova.unlocked (1)

Documents