Características estruturais e colinérgicos e anticolinérgicos

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Roteiro de Aula Prática - Colinérgicos e Anticolinérgicos 
 
Tema da aula: Estudo das características e propriedades de colinérgicos e 
anticolinérgicos 
Docente: Prof. Dr. Bruno Junior Neves 
Disciplina: Química Farmacêutica Medicinal 
 
1. INTRODUÇÃO 
Os receptores muscarínicos são receptores metabotrópicos acoplados a 
proteínas G, presentes em diversos órgãos associados a modulação parassimpática. 
Estes receptores são estimulados pelo neurotransmissor endógeno acetilcolina, 
desencadeando uma cascata intracelular que é responsável pelas respostas ditas 
"muscarínicas". Devem o seu nome à muscarina, um fármaco presente no cogumelo 
Amanita muscaria que ativa seletivamente estes receptores. O seu antagonista 
clássico é a atropina, produzido, por exemplo, pela planta Atropa belladonna. 
Os receptores muscarínicos são classificados em 5 subtipos, de M1 a M5. A 
ação que exercem depende da sua localização, assim como do tipo de proteína G a 
que estão acoplados: 
M1, M3 e M5 
Receptores acoplados à proteína Gq/11. A sua ativação promove a atividade da 
fosfolipase C (PLC), causando em regra aumento da função do órgão a que estão 
acoplados. São importantes dois mecanismos, tipificados nos seguintes exemplos: 
● Na célula muscular lisa - A ativação da proteína Gq induz aumento da atividade 
da PLC, que degrada fosfolipídeos da membrana aumentando a concentração 
citoplasmática de trifosfato de inositol (IP3) e diacilglicerol (DAG). O IP3 por 
sua vez leva à libertação para o citoplasma do cálcio (Ca2+) sequestrado no 
interior da célula, induzindo a contração (interação actina/miosina). O DAG 
tem, entre outros efeitos, um papel na fase tardia (tônica) da resposta. 
● Na célula endotelial - O aparente paradoxo colocado pela vasodilatação 
mediada por agonistas muscarínicos, contrária à esperada vasoconstrição por 
ação na musculatura da parede vascular, pode ser explicada pela ação das 
células endoteliais. A ativação da proteína Gq induz aumento da concentração 
citosólica de Ca2+, pelo mesmo mecanismo descrito acima. Na célula 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fosfolipase_C
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fosfol%C3%ADpido
https://pt.wikipedia.org/wiki/Trifosfato_de_inositol
https://pt.wikipedia.org/wiki/Diacilglicerol
https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1lcio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Actina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Miosina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Agonista
https://pt.wikipedia.org/wiki/Vasoconstri%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Endot%C3%A9lio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Citosol
endotelial, que não possuiu um mecanismo contráctil, o papel do Ca2+ passa 
ao invés por se ligar à calmodulina, ativando a sintetase do óxido nítrico (NO). 
Este gás difunde-se facilmente para a musculatura vascular, onde vai induzir 
uma ativação da guanilato ciclase e consequente aumento da concentração 
intracelular de GMPc, um potente relaxante da musculatura lisa. 
M2 e M4 
Estes receptores estão acoplados a uma proteína Gi/0 ("inibitória"), que atua inibindo 
a adenilciclase. Relembrando o papel dos nucleotídeos cíclicos no músculo, o AMPc 
e o GMPc são relaxantes, com a excepção do AMPc no coração, onde seu efeito é 
estimulante. Tipificando o mecanismo: 
● No músculo cardíaco - a activação da proteína Gi propicia três efeitos, que têm 
como consequência uma "diminuição" da actividade cardíaca: 
● Diminuição da concentração de AMPc; 
● Diminuição da concentração de Ca2+, por diminuição da atividade dos canais 
de Ca2+ dependentes da voltagem. 
● Aumento da concentração de K+, via canais dependentes de receptores. 
 
2. OBJETIVOS 
● Identificar as principais interações intermoleculares entre fármacos 
antagonistas/agonistas (Quadro 1) com receptores muscarínicos; 
● Analisar e propor o farmacóforo de antagonistas e agonistas com base nas 
interações intermoleculares identificadas; 
● Identificar as principais semelhanças e diferenças no modo de ligação destes 
fármacos associadas à modulação ou perda de atividade intrínseca em 
receptores muscarínicos. 
 
3. ROTEIRO DA AULA 
A) Para analisar as interações intermoleculares, utilize os códigos PDB 
destacados no quadro abaixo para encontrar os complexos fármaco-receptor 
determinados experimentalmente através de cristalografia de Raios-X; 
B) Em seguida, acesse o aplicativo online e gratuito PLIP (https://plip-
tool.biotec.tu-dresden.de/plip-web/plip/index); 
C) Digite o código PDB no campo “Find PDB ID using our search tool” e depois 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Calmodulina
https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_n%C3%ADtrico
https://pt.wikipedia.org/wiki/GMPc
https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Adenilciclase&action=edit&redlink=1
https://pt.wikipedia.org/wiki/AMPc
https://pt.wikipedia.org/wiki/GMPc
https://plip-tool.biotec.tu-dresden.de/plip-web/plip/index
https://plip-tool.biotec.tu-dresden.de/plip-web/plip/index
clique em “Run Analysis”; 
D) Após alguns segundos a página inicial do PLIP será redirecionada. Clique na 
imagem do complexo fármaco-receptor e anote as interações intermoleculares. 
Uma legenda indicando os tipos de interação estará disponível na página de 
resultados; 
E) Anote os resultados das interações intermoleculares no formato de um 
diagrama 2D. Um exemplo de diagrama 2D está representado abaixo: 
 
F) Você pode desenhar o diagrama 2D manualmente e colar uma foto do seu 
desenho (de caderno) no relatório, ou utilizar uma ferramenta de desenho de 
estruturas químicas, como o editor de estruturas químicas online MarvinDemo 
(https://marvinjs-demo.chemaxon.com/latest/demo.html). 
G) Adicionalmente, acesse a base de dados DrugBank 
(https://go.drugbank.com/drugs) para acessar/identificar os principais alvos 
moleculares de ação dos fármacos estudados nessa atividade. 
 
4. LISTA DE EXERCÍCIOS 
1) Aponte as principais interações fármaco-receptor dos complexos destacados 
no quadro utilizando diagramas de interação 2D. Insira o diagrama 2D dentro 
do próprio quadro. 
a) Código PDB: 4U14 
Complexo: Tiotropium - antagonista de receptores M3 
 
 
https://marvinjs-demo.chemaxon.com/latest/demo.html
https://go.drugbank.com/drugs
Diagrama de interação 2D: 
 
Tiotropium - 4U14 
AA Resíduo de AA Distância (Å) Tipo de ligação 
TYR 148A 3.50 Hydrophobic Interactions 
TRP 199A 3.44 Hydrophobic Interactions 
LEU 225A 3.80 Hydrophobic Interactions 
TRP 503A 3.46 Hydrophobic Interactions 
TYR 506A 3.91 Hydrophobic Interactions 
TYR 529A 3.95 Hydrophobic Interactions 
SER 151A 2.92 Hydrogen Bonds 
ASN 507A 2.38 Hydrogen Bonds 
ASN 507A 2.19 Hydrogen Bonds 
TYR 148A 5.61 π-Cátion Interactions 
ASP 147A 4.67 Salt Bridges 
 
b) Código PDB: 4U16 
Complexo: N-metil escopolamina - antagonista de receptores M3 
 
Diagrama de interação 2D: 
 
N-metil escopolamina – 4U16 
AA Resíduo de AA Distância (Å) Tipo de ligação 
TYR 148A 3.34 Hydrophobic Interactions 
TYR 148A 3.14 Hydrophobic Interactions 
TRP 199A 3.57 Hydrophobic Interactions 
ALA 238A 3.54 Hydrophobic Interactions 
TYR 506A 3.52 Hydrophobic Interactions 
TYR 529A 3.89 Hydrophobic Interactions 
SER 151A 1.96 Hydrogen Bonds 
ALA 235A 3.09 Hydrogen Bonds 
ASN 507A 2.46 Hydrogen Bonds 
TRP 503A 5.67 π-Cátion Interactions 
TYR 506A 5.70 π-Cátion Interactions 
TYR 529A 4.24 π-Cátion Interactions 
ASP 147A 4.85 Salt Bridges 
 
c) Código PDB: 5ZKB 
Complexo: AF-DX 384 - antagonista de receptores M2 
 
 
Diagrama de interação 2D: 
 
 
 
 
 
AF-DX 384 - 5ZKB 
AA Resíduo de AA Distância (Å) Tipo de ligação 
TRP 99A 3.33 Hydrophobic Interactions 
LEU 100A 3.64 Hydrophobic Interactions 
ASP 103A 3.73 Hydrophobic Interactions 
TYR 104A 3.79 Hydrophobic Interactions 
TYR 104A 3.94 Hydrophobic Interactions 
ASN 108A 3.95 Hydrophobic Interactions 
VAL 111A 3.72 Hydrophobic Interactions 
ALA 191A 3.69 Hydrophobic Interactions 
ALA 194A 3.92 Hydrophobic Interactions 
TRP 400A 3.73 Hydrophobic Interactions 
TYR 403A 3.60 Hydrophobic InteractionsVAL 407A 4.00 Hydrophobic Interactions 
AF-DX 384 
TYR 430A 3.78 Hydrophobic Interactions 
SER 107A 3.29 Hydrogen Bonds 
SER 107A 3.29 Hydrogen Bonds 
ASN 404A 1.66 Hydrogen Bonds 
ASN 404A 2.82 Hydrogen Bonds 
ASP 103A 4.52 Salt Bridges 
ASP 103A 4.06 Salt Bridges 
 
d) Código PDB: 4MQS 
Complexo: Iperoxo - agonista de receptores M2 
 
Diagrama de interação 2D: 
 
 
Iperoxo - 4MQS 
AA Resíduo de AA Distância (Å) Tipo de ligação 
TYR 104A 3.62 Hydrophobic Interactions 
VAL 111A 3.57 Hydrophobic Interactions 
ALA 194A 3.81 Hydrophobic Interactions 
ASN 404A 1.77 Hydrogen Bonds 
TYR 104A 4.73 π-Cátion Interactions 
TYR 403A 4.59 π-Cátion Interactions 
TYR 426A 4.46 π-Cátion Interactions 
ASP 103A 4.04 Salt Bridges 
 
2) Com base no modo de ligação (interações intermoleculares), descreva 
(de forma generalista) o farmacóforo dos antagonistas e agonistas de 
receptores muscarínicos. 
O farmacóforo dos antagonistas de receptores muscarínicos é um éster, anéis 
aromáticos – normalmente em forma de “T” ou “Y”, e uma amina básica podendo ser 
uma amina terciária ou quaternária. Enquanto que o farmacóforo dos agonistas de 
receptores muscarínicos é um grupo funcional éster e um grupo amônio quaternário 
separados por dois carbonos. 
3) Quais as diferenças pontuais entre o modo de ligação de agonistas e 
antagonistas. Discorra sobre os grupos funcionais ou átomos que podem 
levar a perda de atividade intrínseca nos receptores muscarínicos. 
As diferenças pontuais entre o modo de ligação de agonistas e antagonistas é que os 
agonistas são moléculas pequenas que realiza ligações limitados a dois grupamentos 
químicos, o éster e o nitrogênio quaternário. Já os antagonistas, além do éster e 
nitrogênio quaternário que fazem as mesma interações que as moléculas agonistas, 
tem-se os anéis aromáticos e/ou heteroaromáticos que realizam interações apolares 
com o receptor e que muda o caráter das moléculas de agonista para antagonista. Os 
anéis aromáticos tornam as moléculas maiores, diferentemente dos agonistas que 
são moléculas menores. Desta forma, os anéis aromáticos e/ou heteroaromáticos são 
responsáveis pela perda de atividade intrínseca nos receptores muscarínicos. 
 
4) Utilize a base de dados DrugBank para determinar os alvos moleculares 
de ação do fármaco tiotropium. Com base nessas informações, responda: 
a) O tiotropium é um antagonista seletivo para receptores M3? Quais outros 
receptores muscarínicos podem ser modulados por este fármaco? 
Não, o tiotropium não é um antagonista seletivo para receptores M3. Uma vez que 
ele também modula, como um antagonista, os receptores muscarínicos M1 e M2. Ele 
também modula os receptores muscarínicos M4 e M5, no entanto, sua ação ainda 
não é conhecida, ou seja, não se sabe se essa é uma modulação antagonista. 
b) Explique por que o tiotropium não tem atividade em receptores 
nicotínicos. 
Para que os receptores nicotínicos possam ser modulados, precisa-se de moléculas 
que tenha dois centros quaternários com um espaçamento especifico entre esses 
centros, normalmente, o esteroide é usado como espaçante, no entanto, pode ser 
feito sem o esteroide desde que tenha separação de 1.15nm que é o caso do 
suxametônio. Desta forma, o tiotropium não tem atividade em receptores nicotínicos, 
basicamente, devido ao fato de não possuiu os grupamentos necessários para 
modulação dos receptores nicotínicos. 
5) Em tempos de pandemia de COVID-19, aponte as principais aplicações 
para os fármacos antagonistas de receptores nicotínicos. Como e quais 
deles podem ser empregados em pacientes hospitalizados? 
Em tempos de pandemia a principal aplicação para os fármacos antagonistas de 
receptores nicotínicos é a sua utilização no momento de intubação de pacientes. Isso 
porque os fármacos antagonistas de receptores nicotínicos são moléculas 
bloqueadoras neuromusculares. Exemplos de antagonistas de receptores nicotínicos 
que podem ser empregados em pacientes hospitalizados são o pancurônio, 
vecurônio, suxametônio e o atracurium, que tem vantagens entre os demais por não 
ter efeitos cardíacos. 
 
 
 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] Williams, D. A., Lemke, T. L., Foye, W. O. Foye’s Principles of Medicinal Chemistry, 7º 
Edição, New York: Lippincott Williams & Wilkins Publishers, 2017. 
[2] Kruse, A.C.; Ring, A.M.; Manglik, A.; Hu, J.; Hu, K.; Eitel, K.; Hübner, H.; Pardon, E.; Valant, 
C.; Sexton, P.M.; Christopoulos, A.; Felder, C.C.; Gmeiner, P.; Steyaert, J.; Weis, W.I.; Garcia, 
K.C.; Wess, J.; Kobilka, B.K. Activation and Allosteric Modulation of a Muscarinic Acetylcholine 
Receptor. Nature, 2013, 504, 101–106. 
[3] Liu, H.; Hofmann, J.; Fish, I.; Schaake, B.; Eitel, K.; Bartuschat, A.; Kaindl, J.; Rampp, H.; 
Banerjee, A.; Hübner, H.; Clark, M.J.; Vincent, S.G.; Fisher, J.T.; Heinrich, M.R.; Hirata, K.; 
Liu, X.; Sunahara, R.K.; Shoichet, B.K.; Kobilka, B.K.; Gmeiner, P. Structure-Guided 
Development of Selective M3 Muscarinic Acetylcholine Receptor Antagonists. Proc. Natl. 
Acad. Sci., 2018, 115, 12046–12050.