AULA 3 ACÇÃO DOS FÁRMACOS NAS ENZIMAS

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ACÇÃO DOS FÁRMACOS NAS ENZIMAS
CATALISADORES – ACELERAM E PARTICIPAM NAS REACÇÕES MAS NÃO SÃO CONSUMIDOS
O CATALISADOR PROPORCIONA UMA SUPERFÍCIE QUE PERMITE
A LIGAÇÃO E A APROXIMAÇÃO DOS SUBSTRACTOS
PARA QUE POSSAM REAGIR
AS ENZIMAS ACTUAM DO MESMO MODO
AS ENZIMAS SÃO PROTEÍNAS – SÃO CONSTITUÍDAS POR
LONGAS CADEIAS DE CENTENAS DE AMINOÁCIDOS.
TÊM UMA ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL – AS CADEIAS 
APRESENTAM-SE ENROLADAS (LIGAÇÕES ENTRE
OS AMINOÁCIDOS) NUMA FORMA ESFÉRICA
AS ENZIMAS SÃO CATALISADORES BIOLÓGICOS
ACELERAM AS REACÇÕES NO ORGANISMO PARA QUE AS MESMAS OCORRAM A UMA VELOCIDADE COMPATÍVEL COM A VIDA
SEM ENZIMAS DIGESTIVAS LEVARÍAMOS 50 ANOS PARA QUEBRAR EM FRAGMENTOS DE FORMA A SEREM ABSORVIDOS, AS PROTEÍNAS, LÍPIDOS E AÇÚCARES DE UMA REFEIÇÃO
O ORGANISMO TEM CERCA DE 100 000 ENZIMAS
O LOCAL ACTIVO (ONDE SE LIGAM OS SUBSTRACTOS)
TEM FORMA TRIDIMENSIONAL
ESTÁ PRÓXIMO DA SUPERFÍCIE PARA QUE OS SUBSTRACTOS O ALCANCEM
 DEVIDO À FORMA ENROLADA, OS AMINOÁCIDOS QUE FAZEM PARTE
DO LOCAL ACTIVO PODEM ESTAR MUITO AFASTADOS UNS DOS OUTROS NA
ESTRUTURA LINEAR (ESTRUTURA PRIMÁRIA)
Modelo ultrapassado
Modelo actual: ADAPTAÇÃO INDUZIDA (induced-fit model)
INIBIÇÃO COMPETITIVA
O FÁRMACO COMPETE COM A SUBSTÂNCIA NATURAL PELO LOCAL ACTIVO
FÁRMACO
INIBIÇÃO COMPETITIVA
BLOQUEAMENTO COM EXCESSO DE ÁLCOOL
OXIDAÇÃO DO ETILENOGLICOL
HÁ MUITOS FÁRMACOS QUE FUNCIONAM COMO
INIBIDORES COMPETITIVOS
 AS SULFONAMIDAS INIBEM ENZIMAS BACTERIANAS
 MUITOS DIURÉTICOS USADOS NO CONTROLE DA TA
 MUITOS ANTIDEPRESSIVOS
 ANTICOLENESTERÁSICOS
(INIBEM A ACETILCOLINESTERASE DOS MAMÍFEROS)
TODOS APRESENTAM 
SEMELHANÇAS ESTRUTURAIS COM 
O SUBSTRACTO NATURAL
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
IRREVERSÍVEL
PARA PARAR O FUNCIONAMENTO DE UMA ENZIMA PODE DESENHAR-SE UM FÁRMACO QUE SE LIGUE IRREVERSIVELMENTE AO LOCAL ACTIVO E O BLOQUEIE PERMANENTEMENTE
OS INIBIDORES IRREVERSÍVEIS MAIS EFICAZES SÃO OS QUE SÃO
CAPAZES DE ESTABELECER UMA LIGAÇÃO COVALENTE COM UM
AMINOÁCIDO DO LOCAL ACTIVO.
A SERINA E A CISTEÍNA, CONTÊM GRUPOS OH E SH QUE PODEM 
FUNCIONAR COMO NUCLEÓFILOS PERANTE UM 
FÁRMACO ELECTROFÍLICO E FORMAR UMA LIGAÇÃO COVALENTE 
DESENHANDO UM FÁRMACO ELECTROFÍLICO QUE ENCAIXE NO LOCAL
ACTIVO, É POSSÍVEL ALQUILAR ESSES GRUPOS E BLOQUEAR
PERMANENTEMENTE O LOCAL ACTIVO
HÁ FÁRMACOS QUE FUNCIONAM COMO
INIBIDORES IRREVERSÍVEIS
 GASES DOS NERVOS (inibem irreversivelmente enzimas
de mamíferos <> altamente tóxicos)
 PENICILINAS (inibem uma enzima crucial para a síntese
da parede celular das bactérias <> tóxicas para as bactérias)
Nem todos os inibidores irreversíveis são tóxicos:
 ASPIRINA (inibe irreversivelmente a COX por acetilação
da serina no local activo)
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
REVERSÍVEL
INIBIDORES QUE NÃO TÊM SEMELHANÇA ESTRUTURAL COM O SUBSTRACTO
AUMENTANDO A CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRACTO NATURAL, A INIBIÇÃO MANTÉM-SE
 
SÃO INIBIDORES NÃO-COMPETITIVOS E LIGAM-SE EM LOCAIS DIFERENTES (ALOSTÉRICOS) E, POR ISSO, NÃO COMPETEM COM O SUBSTRACTO PELO LOCAL ACTIVO
Uma enzima com um local de ligação alostérico oferece ao químico farmacêutico
uma outra oportunidade para desenhar um inibidor:
1. O químico pode desenhar fármacos baseados na estrutura do substrato
que se ligam directamente ao local activo
ou
2. O químico pode desenhar fármacos baseados na estrutura do composto que
se liga ao local alostérico e controlar a actividade da enzima
INIBIÇÃO COMPETITIVA
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
alostérica
HÁ FÁRMACOS QUE FUNCIONAM COMO
INIBIDORES NÃO COMPETITIVOS REVERSÍVEIS
 A 6-MERCAPTOPURINA, USADA NO TRATAMENTO DA
LEUCEMIA, É UM INIBIDOR ALOSTÉRICO. INIBE A
PRIMEIRA ENZIMA ENVOLVIDA NA SÍNTESE DAS
PURINAS E, ASSIM, BLOQUEIA A SÍNTESE DE PURINA,
O QUE POR SUA VEZ IMPEDE A SÍNTESE DE ADN
ANÁLOGOS DO ESTADO DE TRANSIÇÃO
É POSSÍVEL DESENHAR INIBIDORES QUE SE LIGAM TÃO FORTEMENTE AO LOCAL ACTIVO ATRAVÉS DE LIGAÇÕES NÃO COVALENTES QUE FUNCIONAM COMO INIBIDORES IRREVERSÍVEIS
UMA FORMA DE OBTER ESTES INIBIDORES É DESENHAR FÁRMACOS QUE SE ASSEMELHEM AO ESTADO DE TRANSIÇÃO DA REACÇÃO CATALISADA POR UMA ENZIMA
ESTES FÁRMACOS LIGAM-SE MAIS FORTEMENTE À ENZIMA QUE O SUBSTRACTO E QUE O PRODUTO DA REACÇÃO ENZIMÁTICA, SENDO ASSIM INIBIDORES FORTES DA ENZIMA EM CAUSA
ESTAS SUBSTÂNCIAS DESIGNAM-SE COMO
INIBIDORES ou ANÁLOGOS DO ESTADO DE TRANSIÇÃO
O USO DESTA ESTRATÉGIA TEM SIDO PARTICULARMENTE ÚTIL
NO DESENVOLVIMENTO DE INIBIDORES DA RENINA
A RENINA É UMA ENZIMA (PROTEASE) RESPONSÁVEL PELA 
HIDRÓLISE DE UMA LIGAÇÃO PEPTÍDICA QUE TRANSFORMA
A PROTEÍNA ANGIOTENSINOGÉNICA EM ANGIOTENSINA I
Os sistemas renina-angiotensina tecidual e sistémico desempenham múltiplas funções sobre diferentes sistemas, como:
Cardiovascular, regulando a pressão arterial e o tônus vascular; 
Endócrino, libertando aldosterona; 
Neuronal, libertando catecolamina 
The renin-angiotensin-aldosterone system is a series of reactions designed to help regulate blood pressure. 
When blood pressure falls (for systolic, to 100 mm Hg or lower), the kidneys release the enzyme renin into the bloodstream. 
Renin splits angiotensinogen, a large protein that circulates in the bloodstream, into pieces. One piece is angiotensin I. 
Angiotensin I, which is relatively inactive, is split into pieces by angiotensin-converting enzyme (ACE). One piece is angiotensin II, a hormone, which is very active. 
Angiotensin II causes the muscular walls of small arteries (arterioles) to constrict, increasing blood pressure. Angiotensin II also triggers the release of the hormone aldosterone from the adrenal glands and antidiuretic hormone from the pituitary gland. 
Aldosterone causes the kidneys to retain salt (sodium) and excrete potassium. The sodium causes water to be retained, thus increasing blood volume and blood pressure. 
Mecanismo da hidrólise catalisada pela renina
- A RENINA CONTÉM 2 RESÍDUOS ASPARTILO E UMA MOLÉCULA DE ÁGUA NO LOCAL ACTIVO
QUE SÃO CRUCIAIS PARA O MECANISMO DE ACÇÃO.
- O SUBSTRATO ORIGINA UM INTERMEDIÁRIO TETRAÉDRICO DURANTE A REACÇÃO.
- O ESTADO DE TRANSIÇÃO DA REACÇÃO TEM UM CARÁCTER MAIS PRÓXIMO DO INTERMEDIÁRIO
DO QUE DO SUBSTRATO OU DO PRODUTO DA REACÇÃO.
 ASSIM, UM ANÁLOGO DO ESTADO DE TRANSIÇÃO MIMETIZA O INTERMEDIÁRIO
 O INTERMEDIÁRIO NÃO PODE SER USADO, UMA VEZ QUE REAGIRIA E SERIA CLIVADO
 POR ISSO, USA-SE UM ANÁLOGO QUE MIMETIZA O INTERMEDIÁRIO, LIGA-SE MAIS FORTEMENTE
QUE O SUBSTRATO OU O PRODUTO E NÃO SOFRE HIDRÓLISE
FORAM SINTETIZADOS VÁRIOS COMPOSTOS E AQUELES QUE CONTÊM O GRUPO
HIDROXIETILENO MOSTRARAM SER OS MAIS EFICAZES.
O GRUPO HIDROXIETILENO MIMETIZA O ESTADO DE TRANSIÇÃO: TEM GEOMETRIA
TETRAÉDRICA E UM DOS GRUPOS HIDROXILO. É ESTÁVEL, NÃO HIDROLISA PORQUE
NÃO CONTÉM UM GRUPO ABANDONADOR.
ESTA ESTRATÉGIA INSPIROU O DESENHO DE ANTIVIRAIS QUE MIMETIZAM O ESTADO
DE TRANSIÇÃO NA REACÇÃO CATALISADA PELA ENZIMA PROTEASE DO HIV
X-Ray Crystallographic Representation of Aliskiren in the Binding Complex With Human Renin. Renin molecule consists of 2 homologous lobes with the active site located in the cleft between the 2 lobes. Aliskiren occupies a specific subpocket in the cleft and blocks the enzymatic function of renin.
Mealy, N.E.; Cast, R.M.; Silvestre, J.S.; Casta, J.; Aliskiren Fumarate. Drugs Fut 2001, 26, 12, 1139
 a. Chemical structures of three generations of renin inhibitors: the peptide analogue H-142, the peptidomimetic remikiren and the non-peptidic aliskiren
 b. Graphic depiction of the binding of aliskiren to the active site of renin. S1, S1', S2', S3 and S3sp all represent binding pockets in the active site of renin. In this model of renin, the flap is in the closed position
c. Tables showing the potency, enzyme specificity and species specificity of aliskiren
SUBSTRATOS SUICIDAS
ANÁLOGOS DE SUBSTRATOS NATURAIS QUE SE LIGAM À ENZIMA
ATRAVÉS 
UMA LIGAÇÃO COVALENTE DURANTE A REACÇÃO ENZIMÁTICA “NORMAL”
A INIBIÇÃO SUICIDA É UM TIPO DE INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
DESENHO DE FÁRMACOS QUE SÃO SUBSTRATOS SUICIDAS
O PRINCIPAL OBJECTIVO É CRIAR SUBSTRATOS QUE SÓ SÃO
REACTIVOS QUANDO ESTÃO NO LOCAL ACTIVO DA ENZIMA E
QUE SEJAM ALTAMENTE ESPECÍFICOS
OS FÁRMACOS SUBSTRATOS SUICIDAS TÊM A VANTAGEM DE
APRESENTAREM POUCOS EFEITOS LATERAIS
 OS SUBSTRATOS SUICIDAS SÃO CONVERTIDOS EM ESPÉCIES
MUITO REACTIVAS QUANDO INTERVÊM NUMA REACÇÃO
CATALISADA POR UMA ENZIMA.
 LIGAM-SE COVALENTEMENTE COM A ENZIMA, INIBINDO-A
IRREVERSIVELMENTE
 NALGUNS CASOS A INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL PODE SER CAUSA 
DE TOXICIDADE
Some clinical examples of suicide inhibitors include:
Penicilina, which inhibits transpeptidase from building bacterial cell walls.
Sulfabactam, which prohibits penicillin-resistant strains of bacteria from metabolizing penicillin.
Allopurinol, which inhibits uric acid production by xanthine oxidase in the treatment of gout. 
AZT (zidovudine) and other chain-terminating nucleoside analogues used to inhibit 
HIV-1 reverse transcriptase in the treatment of HIV/AIDS.
Eflornithine, one of the drugs used to treat sleeping sickness is a suicide inhibitor of ornithine decarboxylase
Eflornitina (α-difluorometilornitina ou DFMO) Sanofi-Aventis
Foi desenvolvido inicialmente como anticancerígeno, mas verificou-se que era muito eficaz no tratamento da tripanossomíase africana (doença do sono), especialmente forma da África Ocidental (Trypanosoma brucei gambiense)
Um exemplo é o inibidor da biossíntese de poliaminas, a -difluorometilornitina (DMFO), um análogo do aminoácido ornitina e usado no tratamento da tripanossomíase africana (doença do sono). 
INIBIÇÃO SUICIDA
DFMO
INIBIÇÃO SELECTIVA DE ISOZIMAS
A INIBIÇÃO ESPECÍFICA DE ISOZIMAS SELECTIVAS PARA CERTOS TECIDOS
ABRE A POSSIBILIDADE DE DESENHAR INIBIDORES ENZIMÁTICOS
SELECTIVOS PARA DETERMINADOS TECIDOS
As isozimas ou isoenzimas são formas múltiplas da mesma enzima, que diferem na 
sequência de aminoácidos, mas que catalisam a mesma reacção química.
As isozimas são isoformas (variantes estreitamente relacionadas) de uma enzima.
The amino acid residues Val434, Arg513, 
and Val523 form a side pocket in COX-2 
that is absent in COX-1. 
A) Nonselective inhibitors have access to 
the binding channels of both isoforms. 
(B) The more voluminous residues in COX-1, Ile434, His513, and Ile532, obstruct access of the bulky side chains of COX-2 inhibitors
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TERAPÊUTICA POR INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDORES ENZIMÁTICOS CONTRA MICRORGANISMOS
INIBIDORES ENZIMÁTICOS CONTRA VÍRUS
INIBIDORES ENZIMÁTICOS DE ENZIMAS DO PRÓPRIO ORGANISMO
INIBIDORES ENZIMÁTICOS CONTRA MICRORGANISMOS
SE UMA FOR ENZIMA CRUCIAL PARA O FUNCIONAMENTO DE UM MICRORGANISMO E DEIXAR DE FUNCIONAR, ENTÃO O MICRORGANISMO MORRE, OU PÁRA DE CRESCER
IDEALMENTE, PROCURA-SE INIBIR UMA ENZIMA QUE EXISTA NAS CÉLULAS BACTERIANAS, MAS ESTEJA AUSENTE DAS CÉLULAS HUMANAS (isto é possível porque a bioquímica dos microrganismos é diferente da dos humanos).
PODEM TAMBÉM ATINGIR-SE ENZIMAS QUE ESTÃO PRESENTES EM MICRORGANISMOS E EM HUMANOS, DESDE QUE SEJAM QUIMICAMENTE DIFERENTES (são enzimas que evoluíram de uma proteína ancestral comum, mas de forma diferente)
EXS: SULFONAMIDAS, CEFALOSPORINAS E PENICILINAS
INIBIDORES ENZIMÁTICOS CONTRA VÍRUS
INFECÇÕES POR HERPES E HIV
O ACICLOVIR (HERPES) E A ZIDOVUDINA (HIV) SÃO INIBIDORES DA ENZIMA DNA POLIMERASE DOS VÍRUS
AZT
ZIDOVUDINA ou
AZIDOTIMIDINA AZT
INIBIDORES ENZIMÁTICOS DE ENZIMAS DO PRÓPRIO ORGANISMO
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Anal Est Transição: Um pouco como convidar a sogra para jantar e verificar que afinal ela aproveitou o convite para permanecer para sempre em nossa casa. Possuidores teimosos, tomam posse do local, uma vez aí chegados
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http://web.virginia.edu/Heidi/chapter16/chp16.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Discovery_and_development_of_angiotensin_receptor_blockers
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Substratos suicidas: visitantes aparentemente inofensivos que se tornam assassinos letais uma vez ligados ao alvo enzimático
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http://www.ispub.com/journal/the_internet_journal_of_pharmacology/volume_7_number_1_27/article/cyclooxygenase-isoforms-in-health-and-disease.html