introduÇÃo a quÍmica medicinal farmacodinâmica...

1

BioLab – www.iq.ufrgs.br/biolab/

Prof. Gustavo Pozza Silveira Introdução a Química Medicinal

1

INTRODUÇÃO A QUÍMICA

MEDICINAL

Prof. Gustavo Pozza Silveira [email protected]

Sala 209 – Bloco K

Farmacodinâmica - ENZIMAS

mailto:[email protected]

2



2

Farmacodinâmica

• Farmacodinâmica é a área responsável por estudar os

mecanismos pelos quais os fármacos produzem um

efeito biológico ou farmacológico.

• Optimizar as interações de um fármaco com seu alvo é

uma das formas de aumentar a potência da droga.

3



3

Processo completo de catálise enzimática

S

E

ES

P

E

EP

P

E

E + P

E

S

E + S

E

Notas:

• Interaçõs ligantes devem ser fortes o suficiente para manter o substrato preso o

tempo necessário para que a reação ocorra.

• Porém, as interações devem ser fracas o suficiente para permitir que o substrato deixe o sítio ativo após a catálise.

• Essa relação deve ser sempre levada em consideração!

• O planejamento de moléculas que liguem-se fortemente ao sítio ativo poderá

bloqueá-lo permanentemente (substratos suicidas)!

4



4

Inibidores Reversíveis

• Inibidor liga-se reversivelmente ao sítio ativo

• Ligações Intermoleculares estão envolvidas no processo de ligação

• O inibidor não sofre reação

• Inibição depende da força que o inibidor liga-se ao sítio ativo e da concentração

do inibidor • Substrato é impedido de entrar no sítio ligante (sítio encontra-se preenchido com

o inibidor)

• Aumento da concentração do substrato reverte a inibição

• Inibidor geralmente possui estrutura similar a do substrato, produto ou cofator

I

E E

S

I

E

5



5

Exemplos

Inibidores de ACE

Diuréticos

Estatinas

Sulfonamides

Inibidores de protease Antidepressivos

Inibidores de quinases

Inibidores Reversíveis

6



6

• Inibidor liga-se irreversivelmente ao sítio ativo

• Ligação covalente é formada entre o fármaco e a enzima

• Substrato é impedido de entrar no sítio ativo

• Aumento da concentração do substrato não reverte a inibição

• inibidor geralmente apresente estrutura semelhante ao do substrato

X

OH OH

X

O

Ligação covalente

Inibição irreversível

Inibidores Irreversíveis

Grupos eletrofílicos geralmente utilizados em inibidores irreversíveis

7



7

Exemplos

Gases nervosos

Penicilinas

Cefalosporinas

Dissulfuram (alcoolismo)

Inibidores da bomba protônica Orlistate (obesidade)


8



8

OH

SerPancreatic lipase

Exemplos - orlistate

Orlistate é um fármaco anti-obsidade que inibe lipases do pâncreas

A enzima é bloqueada não sendo capaz de digerir gorduras no intestino

Menor quantidade de gordura e glicerol são absorvidos pelo organismo

Diminui a biossíntese de gorduras no corpo

O


O

C6H13

O

O

C11H23

O

But NHCHOO


O

C6H13OH

C11H23

O

O

NHCHO

But

O

C6H13

O

O

C11H23

O

But NHCHO

Orlistat

O

C6H13

O

O

C11H23

O

But NHCHO

Orlistat

O


O

C6H13

O

O

C11H23

O

But NHCHO


9



9

ACTIVE SITE (open)

ENZYME Enzima

Inibidores alostéricos

• Inibidor liga-se reversivelmente ao sítio alostérico

• São formados ligações intermoleculares

• Preenchimento induzido altera o formato da enzima

• Sítio ativo é distorcido não sendo reconhecido pelo substrato

• Aumento da concentração do substrato não reverte a inibição • A estrutura do inibidor geralmente não é semelhante a do substrato

Sítio ligante

alostérico

Sítio ativo

(open) ENZYME Enzima

Preencimento

induzido

Sítio ativo

irreconhecível

Inibidor alostérico

10



10

Exemplo: 6-Mercaptopurina

N

N N

N

SH

H

• Inibe a primeira enzima da biossíntese de purinas

• Impede a biossíntese de purinas e DNA

• Utilizado no tratamento de leucemia

Inibidores alostéricos

11



11

• Fármacos são planejados para mimetizar o estado de transição (ET) de uma

reação catalisada por uma enzima.

• Inibidores de ET geralmente ligam-se mais fortemente que moléculas que

mimetizem ou que sejam semelhantes aos substratos ou produtos reacionais.

• ET são altamente energéticos: estados transientes que não podem ser isolados

ou sintetizados.

• Planejamento de fármacos pode ser baseado em intermediários reacionais que apresentem características mais próximas ao ET do que os substratos ou

produtos.

• A estratégia é planejar uma molécula que mimetize a estereoquímica e

propriedades ligantes do intermediário reacional, mas que, ao mesmo tempo, seja estável.

Inibidores de estado de transição

12



12

Renina Angiotensinogena Angiotensina I Angiotensina II

Enzima conversora de

angiotensina (ACE)

Inhibitor

• Inibidores de renina impedem a síntese de angiotensina I e II

• Angiotensina II leva a constrição dos vasos sanguíneos elevando a pressão

arterial

• Inibidores de renina agem como anti-hipertensivos, ou seja, diminuem a pressão

arterial

Inibidores de estado de transição Exemplo: inibidores de renina

13



13

Inibidores de estado de transição Exemplo: inibidores de renina

• Dois resíduos aspartil estão envolvidos na reação catalisada pela enzima

• O ET está relacionado com um intermediário tetraédrico (hidrato)

Mecanismo reacional

HN

O

R1

Substrate

R2

O O

H

A s p

O O

A s p

Renin

HO

H

O O

A s p

O O

A s p

Renin

H

HN

R1

O O

H H

R2

Tetrahedralintermediate

O O

H

A s p

O O

A s p

Renin

CO2HH2N

R1

+

R2

HN

O

R1

Substrate

R2

O O

H

A s p

O O

A s p

Renin

HO

H

O O

A s p

O O

A s p

Renin

H

HN

R1

O O

H H

R2

Tetrahedralintermediate

14



14

Exemplo: inibidores de Renina

• Alisquireno possui um grupo hdroxietileno que mimetiza o ET

• Mimetiza a geometria tetraédrica do intermediário reacional

• Mimetiza um dos grupos hidroxila (grupo ligante)

• Estável – não apresenta grupos de saída

Alisquireno (anti-hipertensivo)

MeO

OMeO

CHMe2

H2N

OH CHMe2

NH

O

Me Me

NH2

O

Intermediário

reacional

HN

OHHO

Protein

Protein

Hydroxietileno mimetiza

o estado de transição

MeO

OMeO

CHMe2

H2N

OH CHMe2

NH

O

Me Me

NH2

O

Inibidores de Estado de Transição

15



15

Exercício: O vírus da imunodeficiência humana contém uma protease (enzima

proteolítica) que é capaz de hidrolisar o peptídeo L-Phe-L-Pro. A estrutura I foi

planejada como inibidor de ET desta protéase. Qual o inibidor de ET e como a

estrutura I relaciona-se com um inibidor de ET? O que significa IC50 6500 nm?

16



16

Inibidores de Estado de Transição Exemplos

Estatinas (sivastatina,

atorvastatina, lovastatina…)

OH

CO2HHO

N N

NS CH3

F

H3C

OO

H

ACE inibitores

NH

CH3

N

O CO2H

HO2C

H

Inibidores de Protéase

HN

NH

N

N

OCONH2

HO

H

H

OHH

H

H NH

O

17



17

• Agentes que são convertidos em inibidores irreversíveis de uma reação

catalisada por uma enzima

• Produto reage com a enzima alvo após ser formado

Exemplo

Trifluroalanina age como substrato suicida da alanina transaminase.

Transaminases são resposáveis pela síntese de aminoácidos. Excesso indica

hapatotoxicidade.

+

PyruvicAcid

Pyridoxaminemonophosphate

Transaminaseenzyme

H2NC

CO2H

CH3

+

AlanineN

OH

CH3

CHO

P O

Pyridoxal phosphate

P = phosphate

H

N

OH

CH3

CH2NH2

P OO

CCO2H

CH3

F3C CH

NH2

CO2H

Trifluoroalanine

INHIBITION

Substratos Suicidas

(Coenzima)

18



18

Mecanísmo reacional - alanina transaminase

Base Enzyme

OH

CHO

CH3

R'

NH

CHCO2HH3C

NH2

Condensation

H3C CO2H

N

OH

CH3

R'

NH

H

N

NH

H3C CO2H

OH

CH3

R'

+

NH

R'

CH3

OH

O

CO2HH3C

NH2

Condensation

H3C CO2H

N

OH

CH3

R'

NH

H

Substratos Suicidas

Exercício: mostre o mecanismo de

formação da Imina.

19



19

Mecanísmo de inibição - alanine transaminase

Base Enzyme

OH

CHO

CH3

R'

NH

CHCO2HF3C

NH2

Condensation

Imine

NH

R'

CH3

OH

N

CO2HF3CH F2CF

N

NH

CO2H

OH

CH3

R'

N

NH

R'

CH3

OH

CO2HF2C

Enzyme Nu

Irreversiblealkylation

Enzyme Nu

F2C

NH

N

CO2H

OH

CH3

R'

H+Enzyme Nu

F2C

NH

N

CO2H

OH

CH3

R'

H

Substratos Suicidas

20



20

Cl

Cl

O

OOH

O

STienilic acid

• Colocado no mercado como diurético

• Retirado do mercado derivdo a interações com enzimas do citocromo P450

• Age como substrato suicida em enzimas do citocromo P450

Substratos Suicidas Ácido Tienílico

21



21

Substratos Suicidas Ácido Tienílico

SH

Cyt P450

Cl

Cl

O

OOH

O

STienilic acid

Cl

Cl

O

OOH

O

S

OS

H

Cyt P450

Cyt P450NADPHO2

Oxidation

Suicide substrate

Cyt P450

Alkylation

Ar

O

S

OS

H

Cyt P450

Ar

O

S

OS

H

Cyt P450

+ H

Ar

O

S

OS

H

H

-H2O

Cyt P450

Ar

O

SS

H

Cyt P450

Ar

O

SS

Enzyme alkylated and inhibited

22



22

Substratos Suicidas

Ácido clavulínico é um substrato suicida que é usado clinicamente de forma

associativa como medicamento antibacteriano/antibiótico inibindo a enzima -

Lactamase.

-Lactamase é a enzima responsável por clivar antibóticos penicilínicos

tornando bacterias resistentes a estes. O anel -lactâmico é aberto por um

resíduo serina.

23



23

Substratos Suicidas

Ácido clavulínico é um substrato suicida que é usado clinicamente como

medicamento antibacteriano. Ácido clavulínico também preenche o sítio ativo da

-lactamase e sofre o ataque do resíduo serina. A enzima acilada formada reage

com um segundo grupo nucleofílico presente na enzima (provavelmente um

RNH2) fazendo com que a molécula permaneça ligada irreversivelmente à enzima.

24



24

Inibidores seletivos de Isozimas

Refecoxib (vioxx) foi aprovado em 1999 sendo prescrito como medicamento de

escolha para tratamento de artrite reumatóide. Foi retirado do mercado em

2004, pois poderia aumentar o risco de derrame em pacientes que o utilizam

continuamente por mais de 18 meses.

A enzima ciclooxigenase está envolvida na síntese de prostaglandinas –

agentes responsáveis pela dor e inflamação em pacientes com artrite

reumatóide. Ciclooxigenase possui duas isozimas: cox-1 (ativa em condições

saudáveis) e cox-2 (ativada em processos inflamatórios). Fármacos específicos

para cox-2 (valecoxib, rofecoxib e celecoxib) permitem que os níveis de prostaglandinas permaneçam normais evitando problemas estomacais (células

parentais – secreção HCl) comuns em fármacos não específicos como a

indometacina.

25



25

Exercício: é sabido que o aminoácido na posição 523 das ciclooxigenases faz

parte do sítio ativo da enzima. Na isozima COX-1, este aminoácido é isoleucina,

enquanto na COX-2, valina. Sugira como está informação poderia ser utilizada

para planejar moléculas que poderiam inibir seletivamente a COX-2.

26



26

Inibidores seletivos de Isozimas

Monoamina oxidase (MAOs) são responsáveis pelo metabolismo de

neurotransmissores como serotonina, noradrenalina (MAO-A) e dopamina (MAO-

B) e existem em diferentes quantidades nos tecidos (especificidade). No entanto,

ambas enzimas catalisam a mesma reação metabólica.

Clorgiline é utilizado como inibidor seletivo de MAO-A sendo um antidepressivo.

Já seleginine é administrado com Levodopa protegendo-o do metabolismo

(conversão em dopamina no sistema periférico - Mal de Parkinson). Acredita-se

que ambos fármacos ajam como substratos suicidas formando ligações

covalentes com as respectivas MAOs.

27



27

Alvos enzimáticos úteis para medicamentos

Agentes Antibacterianos

Di-idropteroate sintetase, transpeptidase

Agentes Antivirais

HIV transcriptase reversa, HIV protease, DNA viral polimerase

Agentes Anti-inflammatórios

Ciclooxigenase

Agentes diminuidores de colestorol

HMG-CoA redutase

Antidepressivos

Monoamina oxidase

Agentes Anti-câncer

Tirosina quinase, di-idrofolato redutase, timidilate sintase, aromatase, etc

28



28

Agentes anti-hipertensivos

Renina, enzima conversora de angiotensina (ACE)

Tratamento de disfunção erétil masculina

Fosfodiesterase

Agentes anti-gota

Xantina oxidase

Agentes Anti-úlcera

Bomba protônica

Mal de Alzheimer

Colinesterases

Diuréticos

Anidrase carbônica

Alvos enzimáticos úteis para medicamentos

introduÇÃo a quÍmica medicinal farmacodinâmica...

Documents