Interação de Fármacos com Células e Receptores

Prévia do material em texto

Interação dos fármacos com as células
Ligação das moléculas dos fármacos às células
As moléculas de um fármaco devem exercer alguma influencia química em um ou mais constituintes da célula para produzir resposta farmacológica. Obviamente, as moléculas do organismo são inúmeras vezes mais numerosas que as moléculas de um fármaco – desta forma, se as moléculas do fármaco fossem distribuídas de forma aleatória, a probabilidade de interação com qualquer classe particular de molécula celular seria desprezível, não gerando efeito farmacológico efetivo. Portanto, efeitos farmacológicos exigem uma distribuição não-uniforme das moléculas do fármaco no organismo ou no tecido – ou seja, as moléculas do fármaco devem ser “ligadas” a constituintes específicos das células e dos tecidos para produzir seu efeito.
Na sua maioria, fármacos causam seus efeitos a partir de ligação com moléculas de proteína. Há exceções, como fármacos que agem no DNA ou na membrana.
Proteínas-alvo para ligação dos fármacos
Há 4 tipos de proteínas reguladoras comumente envolvidos com os alvos primários dos fármacos: 
Enzimas
Transportadores
Canais iônicos
Receptores
Há alguns casos especiais (ex: proteínas estruturais que servem como alvo).
Também, sabe-se que muitos fármacos se ligam a proteínas plasmáticas ou componentes celulares sem produzir efeito. 
Especificidade dos fármacos
Para que um fármaco seja eficiente, ele deve atuar seletivamente sobre determinadas células e tecidos que expressam proteínas-alvo compatíveis. Também, as proteínas alvo dos fármacos, normalmente, exibem alta especificidade para seu ligante. Entretanto, nenhuma ação farmacológica é totalmente específica, pois normalmente, outras células contem a mesma proteína-alvo (talvez em menor quantidade ou ligado a outros tipos de moléculas) com o qual o fármaco pode interagir. De forma geral, quanto menor a potência de um fármaco, maior é a dose necessária, e maior é a probabilidade de que haja efeitos colaterais. 
Classificação dos receptores
Normalmente, os receptores são classificados principalmente de acordo com a resposta farmacológica que geram, mas também pela medida direta do ligante a receptores, pela clonagem molecular e pelas vias bioquímicas ligadas com a ativação dos receptores. Por isso, há uma serie de classificações com subgrupos de receptores. Hoje, isto é motivo de discussão pois estão surgindo muitas contradições quanto as classificações dos receptores.
Interações fármaco-receptor
A ocupação de um receptor por uma molécula de um fármaco pode, ou não, resultar em ativação do receptor – sendo ativação a capacidade de uma molécula ligada afetar o receptor de modo a desencadear uma resposta celular. A ligação e a ativação são duas etapas distintas desempenhadas por um fármaco agonista do receptor; Quando um fármaco se liga ao receptor sem causar sua ativação, consequentemente impedindo a ligação do agonista, trata-se de um fármaco antagonista do receptor.
A tendência de um fármaco se ligar a um receptor chama-se afinidade. 
A tendência de um fármaco, depois de ligado, ativar o receptor chama-se eficácia. 
Os antagonistas tendem a ter baixa afinidade pelos receptores.
Quanto maior a afinidade do fármaco pelo receptor, menor será a concentração em que produz determinado nível de ocupação. 
Ligação dos fármacos aos receptores
Uma curva de ligação define a relação entre: 
[a concentração da substância X quantidade da substância ligada]
Ela permite a estimativa da afinidade do fármaco, assim como a densidade de receptores no tecido-alvo.
Uma curva de concentração-efeito (= dose-resposta) relaciona:
[a concentração/dose da substância X o efeito biológico desejado]
Este tipo de curva permite a estimativa da resposta máxima tecidual provocada por certa dose do fármaco. Serve para comparar as potências de substâncias diferentes. Não é igual à curva de ligação pois a resposta fisiológica produzida não é, via de regra, proporcional à ocupação e à ativação – isto por que alguns fármacos produzem ação fisiológica altamente integrada (ex: adrenalina eleva a pressão arterial pelo aumento do debito cardíaco, vasoconstrição e vasodilatação seletiva; e isto leva a uma resposta fisiológica compensativa), de forma que a medida do efeito biológico desejado não será uma medida direta da ocupação com ativação dos receptores à adrenalina.
Agonistas parciais e eficácia
A capacidade de uma molécula ativar um receptor não se trata de um tudo ou nada, mas sim de uma capacidade graduada.
Agonistas totais são aqueles que são capazes de produzir respostas máximas (as maiores que um tecido pode fornecer);
Agonistas parciais são aqueles que só são capazes de produzir respostas abaixo da máxima.
A diferença entre os dois reside na relação [ocupação x ativação].
A diferença de ativação de receptores provocada por dois fármacos é sinônima da diferença de eficácia entre dois fármacos. A eficácia de um fármaco depende da sua afinidade, da densidade de receptores disponíveis e a natureza do acoplamento entre receptor e resposta. 
Ativação constitutiva dos receptores e agonistas inversos
Há casos onde há apreciável ativação mesmo sem ligação com agonista – Ativação constitutiva. Podem ser provenientes de mutações dos receptores (espontaneamente ou patologicamente). Quando há ativação constitutiva, pode ser que se houver ligação com agonista, haja redução da ativação constitutiva – nestes casos, o agonista é dito ser um agonista inverso (diferem-se dos antagonistas competitivos pois não afetam, por si próprios, o nível de ocupação dos receptores). 
Agonistas inversos eficácia negativa ( - );
Antagonistas eficácia zero ( 0 );
Agonistas normais eficácia poisitva ( + );
Vale ressaltar que um antagonista impede a ação do agonista inverso!
No gráfico B, quando há baixa concentração de antagonista, o agonista inverso está causando baixo nível de ativação do receptor. À medida que a concentração de antagonista aumenta, o agonista inverso passa a exercer menor efeito sobre o receptor, de forma que eventualmente a ativação constitutiva será novamente atingida, representada, na escala, pelo valor 100.
Receptores de Reserva
Trata-se de um fenômeno que pode ocorrer por dois mecanismos: um receptor permanece ativado após a saída do ligante, que pode vir a interagir com outro receptor; ou quando um receptor amplifica a ação que normalmente desempenharia. 
Desta forma, um fármaco pode vir a causar resposta máxima com apenas pouca ocupação de receptores.
Antagonismos entre fármacos
Frequentemente, o efeito de um fármaco é reduzido, ou até abolido, na presença de outro.
 1 – Antagonismo químico
Refere-se à situação na qual dois fármacos se combinam de forma que o seu produto não tem a função prevista. Cálcio e Tetraciclina.
2 – Antagonismo farmacocinético
Refere-se à situação em que o “antagonista” indiretamente reduz efetivamente a concentração do fármaco ativo em seu local de ação. 
Isto pode ocorrer de várias maneiras (ex: um fármaco causa aumento do metabolismo de outro fármaco; um fármaco causa redução da absorção de outro fármaco; um fármaco causa aumento da excreção de outro fármaco.). A varfarina tem seu metabolismo acelerado pelo efeito do fenobarbital.
3 – Antagonismo por bloqueio dos receptores
Antagonismo competitivo reversível: Descreve a situação em que uma substância se liga a determinado tipo de receptor sem ativá-lo, porém impede a ligação ao referido receptor por um agonista.
Com frequência, existe alguma semelhança entre as estruturas químicas das moléculas do agonista e do antagonista. As duas substâncias competem entre si, pois um receptor só pode se ligar a uma molécula por vez.
Em determinadas concentrações do agonista, a ocupação do receptor pelo antagonista será reduzida na presença do agonista. Isto ocorre por que a taxa de associação do agonista será alta o suficiente para que ocupe a maioria dos receptores, resultando na queda da associação dos antagonistas. Também, aos antagonistas se dissociaremdos receptores, logo moléculas agonistas se associarão a estes, impedindo a reassociação dos antagonistas.
A elevação da concentração do agonista pode restaurar a ocupação do receptor por ele. Portanto, o antagonismo competitivo é dito ser superável.
Pode-se montar uma curva de concentração em escala log-efeito. Na presença de concentração fixa de antagonista, a curva sofre desvio para a direita, sem alteração da inclinação ou do máximo. 
O desvio é a relação da dose: é o valor da concentração do agonista que precisa ser aumentada na presença do antagonista para restaurar determinado nível de resposta. Com isso, entende-se que a relação da dose aumenta linearmente com o aumento da concentração do antagonista. 
Trata-se de o mecanismo mais direto pelo qual o uma substância pode reduzir o efeito de outra.
Antagonismo competitivo irreversível (= não-equilibrado): ocorre quando um antagonista se dissocia muito lentamente, ou não se dissocia, dos seus receptores. Isto resulta na baixa ou pouca alteração da ocupação dos receptores por agonistas. Normalmente este antagonista faz ligação covalente com o receptor (ex: inibidores enzimáticos). No gráfico, há declínio da inclinação com leve deslocamento para direita. Isto quer dizer que para obter a mesma resposta, é necessário mais fármaco e que a a resposta mais intensa que fármaco poderá gerar é gradativamente reduzida.
A distinção entre antagonismo competitivo reversível e irreversível, na prática, nem sempre é tão simples. Isto se deve ao fenômeno de receptores de reserva – se a ocupação por agonistas necessária para produzir resposta máxima for muito pequena (digamos 1% do total de receptores), é possível bloquear os demais receptores (no caso, 99% dos receptores) sem que haja redução da resposta, que se mantém máxima.
4 – Antagonismo não-competitivo
Trata-se de uma situação em que o “antagonista” indiretamente bloqueia, em algum ponto, a cadeia de eventos que leva à produção da resposta ao agonista. (ex: substancias que impedem o influxo de íons Ca++ para o músculo não permitirão a contração muscular, ainda que haja ação de substâncias que induzem a contração). Neste antagonismo, ocorre declínio da inclinação do gráfico de concentração em escala log-resposta do agonista, com leve deslocamento para a direita. Isto implica que para obter a mesma resposta, é necessário mais fármaco; 
5 – Antagonismo fisiológico
Refere-se a interação de duas substâncias cujas ações opostas no organismo tendem a se anular. Por exemplo, no estômago, a histamina estimula a secreção de H+ e o omeprazol inibe a bomba de H+; desta forma, um anula o outro.
Dessensibilização (= taquifilaxia)
Frequentemente, o efeito de uma substância diminui gradualmente quando administrada continuamente ou repetidamente.
Tolerância refere-se à descrição da redução gradual da resposta a uma substância. 
Vários mecanismos podem levar à dessensibilização:
Alteração molecular dos receptores: ex: desacoplamento do 2º mensageiro, deformação dos canais iônicos, etc.
Perda de receptores (= infra-regulação): receptores são endocitados pela célula para evitar ação extrema da substância sobre a célula.
Exaustão de mediadores: ocorre quando há depleção da substância ligante ao receptor
Aumento da degradação metabólica do fármaco;
Adaptação fisiológica: ocorre anulação do efeito do fármaco pela homeostasia, resultado de alteração da expressão gênica da célula
Mecanismos de ação dos fármacos
Alvos para ação dos fármacos
Os alvos proteicos para ação dos fármacos podem ser receptores, canais iônicos, enzimas ou moléculas transportadoras. Há raras exceções, como fármacos que agem em proteínas estruturais, proteínas citosólicas, etc.
1 – Receptores
Trata-se dos elementos sensoriais da comunicação química celular, sendo estimulados por hormônios, transmissores e outros mediadores. 
Muitos fármacos agem, seja como agonistas, seja como antagonistas, sobre receptores de mediadores endógenos conhecidos. Entretanto, há alguns receptores para mediadores sintéticos, para os quais não foram encontrados mediadores endógenos.
2 – Canais Iônicos
Alguns canais iônicos – os canais iônicos regulados por ligantes ou receptores ionotrópicos, incorporam um receptor e só se abrem quando estiver ocupado por um agonista. Outros são regulados por outros mecanismos, sendo o regulado por voltagem o mais importante.
Em geral, os fármacos podem afetar a função dos canais iônicos ao interagirem com o sítio receptor dos canais regulados por ligantes ou com outras partes da molécula do canal. Esta interação pode ser: indireta, envolvendo uma proteína G ou outros intermediários; ou direta, quando o fármaco liga-se diretamente à proteína do canal e altera sua função.
3 – Enzimas
Muitos fármacos têm como alvo enzimas. Com frequência, a molécula do fármaco é análoga do substrato que atua como inibidor competitivo da enzima, seja de modo reversível ou não.
As substâncias também podem atuar como substratos falsos, e neste caso, a molécula do fármaco sofre transformação química, gerando um produto anormal, desordenando a via metabólica normal. Alguns pró-fármacos utilizam deste método para sua ativação.
4 – Moléculas transportadoras
O transporte de íons e de pequenas moléculas orgânicas através das membranas celulares normalmente exige uma proteína transportadora, visto que, normalmente, são muito polares (portanto, pouco lipossolúveis) para penetrarem, sozinhas a membrana. 
As proteínas transportadoras incorporam um sítio de reconhecimento que as torna específicas para determinada espécie impermeável. Estes sítios podem ser alvos de substâncias que bloqueiam o sistema de transporte. 
Tipos de receptores
Os receptores induzem muitos tipos diferentes de respostas celulares. Alguns são muito rápidos (ex: neurotransmissão), funcionando em milissegundos, outros são muito lentos (ex: T3, T4), funcionando em horas ou até dias. Portanto, é de se esperar que haja muitos tipos diferentes de ligação entre a ocupação do receptor e a resposta subsequente. Com base na estrutura molecular e na natureza desta ligação, podemos distinguir quatro tipos de receptores.
Tipo 1 – Canais iônicos regulados por ligantes (= receptores ionotrópicos)
São proteínas de membrana com estrutura a um canal iônico comum, mas incorporam um sítio de ligação (receptor) a ligante – normalmente no domínio extracelular. È o tipo de receptor típico de neurotransmissores rápidos. 
Tipo 2 – Receptores acoplados a proteína G (= GPCR ou G-protein coupled receptors; receptores metabotrópicos; receptores que atravessam 7 vezes a membrana; receptores heptaelicoidais)
Trata-se de receptores acoplados a sistemas efetores intracelulares através de uma proteína G. É a família mais abundante e é típico para hormônios e transmissores lentos.
Tipo 3 – Receptores ligados à quinase e relacionados
Apresentam um domínio extracelular de ligação a ligante acoplado a um domínio intracelular por uma única hélice transmembrana. Em muitos casos, o domínio intracelular tem natureza enzimática. È típico para insulina e citocinas, com ação mais lenta que os receptores acoplados a proteína G.
Tipo 4 – Receptores nucleares
Atuam na transcrição gênica. O termo “receptor nuclear” é, muitas vezes, impreciso, pois muitos destes receptores se localizam, na verdade, no citoplasma e migram para o núcleo apenas na presença de ligante. È típico para hormônios esteroides ou tireoideanos.
Estrutura molecular dos receptores
Apesar a classificação dos receptores pela sua estrutura, cada receptor tem sua peculiaridade dentro da sua família – apresentam considerável variação de sequência de aminoácidos em certas regiões, variação nos comprimentos dos principais domínios intracelular e extracelular. Apesar de tudo, os padrões estruturais globais e as vias associadas à transdução de sinais são muito coerentes.
Tipo 1 – Canais iônicos regulados por ligantes
Estrutura molecular
Possuem características estruturais em comum com canais comuns da célula. 
Trata-sede uma organização oligoméricae subunidades em torno de um poro central. Apresentam notável semelhança de sequência, e seu perfil de hidrofobicidade indica que estão inseridas na membrana. Normalmente, todos os sítios de ligação devem ser ocupados para que o canal seja ativado. Quando ativado, o canal altera a permeabilidade da membrana a seletos íons, causando sua despolarização, repolarização ou hiperpolarização.
Mecanismo de comporta
As comportas são barreiras que abrem ou fecham de acordo com estímulos físicos, químicos, eletromagnéticos, mecânicos. No caso dos canais iônicos regulados por ligantes, normalmente, a comporta é regulada pelo ligante do receptor.
Tipo 2 – Receptores acoplados a proteína G (=GPCR ou G-protein coupled receptor; receptor metabotrópico; receptor heptaelicoidal)
A maioria dos neurotransmissores (exceto peptídicos) pode interagir tanto com GPCR quanto com canais regulados por ligantes – desta forma, uma mesma molécula pode ter diversas repercussões. 
Estrutura molecular
Trata-se de uma única cadeia polipeptídica, de até 1.100 resíduos. Consta de 7 α-hélices transmembrana, com um domínio N-terminal extracelular e um domínio C-terminal intracelular.
Mecanismos alternativos de ativação dos receptores
Embora a ativação dos GPCR normalmente ocorra em consequência da ligação do agonista, ela também pode ocorrer de outras formas. 
Por exemplo, a rodopsina, é ativada pela isomerização cis-trans do retinal pré-ligado, induzida pela luz.
 Outro exemplo é dos receptores ativados por proteases (ex: trombina). Neste caso, o receptor só pode ser ativado uma vez (pois a clivagem não pode ser revertida), sendo, portanto, necessária a síntese de novos receptores. Ocorre inativação por dessensibilização, envolvendo fosforilação. O receptor é, então, internalizado e degradado.
O GPCR também pode ser ativado por ativação constitutiva, através de mutações ou hiperexpressão. 
Proteína G e sua função
Os GPCR regulam numerosos aspectos diferentes da função celular, atuando numa variedade de diferentes mecanismos de transdução de sinais. A ligação entre o receptor de membrana e a primeira etapa da cascata de transdução de sinais é estabelecida pela proteína G.
A proteína G é assim denominada devido da sua interação com os nucleotídeos de guanina, GTP e GDP. Consta de 3 unidades: α, β e γ – todas ancoradas na membrana por uma cadeia de ácidos graxos (prenilação). Os nucleotídeos de guanina ligam-se à subunidade α, que apresenta atividade enzimática, catalisando a conversão de GTP em GDP. As subunidades β e γ permanecem unidas em forma de complexo. As proteínas G parecem poder sofrer livre difusão pelo plano da membrana, de forma que uma única proteína G pode interagir com vários receptores e efetores diferentes numa célula. 
No repouso, a proteína G está em forma de trímero αβγ com GDP ocupando seu sítio na subunidade α.
 Quando o GPCR é ocupado por um agonista, ocorre alteração da conformação do seu domínio intracelular.
A alteração da conformação do domínio intracelular do GPCR resulta na aquisição de uma alta afinidade pelo trímero αβγ da proteína G.
Há associação do GPCR com a proteína G.
A associação GPCR + Proteína G provoca dissociação do GDP ligado à subunidade α, o deixando vazio.
Um GTP, molécula abundante no citosol, se associa ao sítio do GDP na subunidade α.
A associação do GTP à subunidade α fornece a energia para que haja dissociação do trímero da proteína G, formando dois complexos: GTPα e βγ – as chamadas “formas ativas” da proteína G. Estas podem se difundir pela membrana e associar-se a diversas enzimas e canais iônicos, induzindo ativação ou inativação, conforme o caso.
A ligação do complexo GTPα a um efetor aumenta a sua atividade de GTPase, sendo a magnitude do aumento diferente para cada efetor. A atividade da GTPase também é acelerado se houver catálise pela Proteína Reguladora de Sinalização por Proteína G (RGS ou regulator of g-protein signaling).
A GTPase do complexo GTPα faz hidrólise do GTP a GDP (GTPase da subunidade α), gerando GDPα.
O GDPα, incapaz de produzir efeito no efetor, dissocia-se dele. 
OBS: a hidrólise do GTP constitui a etapa que rompe a capacidade do complexo GTPα de produzir efeito, e, como a atividade da GTPase é regulada pelo efetor, significa dizer que o efetor tende a ter a sua atividade autolimitada.
Após a dissociação do efetor, o complexo GDPα se reúne ao complexo βγ, completando a função da proteína G.
O funcionamento da proteína G resulta em amplificação, pois um único complexo agonista-receptor é capaz de ativar várias moléculas de proteína G, podendo a mesma proteína G ser ativada mais de uma vez. 
G-protein signaling 
A proteína G pode se manter associada a um efetor por tempo suficiente para produzir muito produto. O produto é, com frequência, segundo mensageiro, e ocorre amplificação adicional antes que seja produzida a resposta celular final.
Apesar da alta promiscuidade da proteína G, há especificidade. Isto se deve ao alto grau de variação molecular observada dentro da família de proteínas G. Isto resulta em 3 famílias principais de proteínas G: Gs, Gi e Gq, que exibem seletividade tanto para receptores quanto para efetores, através de domínios de reconhecimento específicos na sua estrutura que são complementares dos domínios de ligação de proteína G das moléculas de receptores e efetores.
Gs estimula adenilato-ciclase;
Gi inibe adenilato-ciclase;
Alvos da proteína G
1 – Sistema da adenilato-ciclase (adenilil-ciclase) / AMPc (AMP cíclico)
O AMPc (= AMP cíclico) é um nucleotídeo sintetizado no interior da célula a partir do ATP, sob ação de uma enzima anexada à membrana – a adenilato ciclase (ATP AMPc + 2 fosfato). O AMPc é constantemente produzido e inativado por hidrólise a 5-AMP (AMP) através das fosfodiesterases – portanto, a concentração intracelular de AMPc só está elevada quando a adenilato-ciclase está ativada. Muitos agonistas dos GPCR causam uma resposta por alteração da atividade catalítica da adenilato-ciclase, com posterior alteração da concentração de AMPc celular. Existem diversas isoformas moleculares distintas da adenilato-ciclase, algumas respondendo seletivamente a Gs ou Gi.
O AMPc regula muitos aspectos da função celular (ex: enzimas do metabolismo energético, divisão e diferenciação celular, transporte iônico, etc.) – entretanto, todos estas respostas são produzidas por um mesmo mecanismo : a ativação de proteinoquinases pelo AMPc. 
As proteinoquinases catalisam a fosforilação de resíduos de serina e treonina, utilizando ATP como fonte de grupos de fosfato. Esta fosforilação pode ativar ou inibir seu alvo (enzimas ou canais iônicos).
De forma geral, Proteínas Gi inibem a adenilato-ciclase, portanto reduzem o AMPc circulante; e as proteínas Gs estimulam a adenilato-ciclase, portanto aumentam o AMPc circulante.
OBS: a adenilato-ciclase pode ser ativada sem ser pela proteína G, mas por certos outros agentes.
2 – Sistema da fosfolipase-C / fosfato de inositol (fosfoinositídios, IP)
A ativação da proteína G pode resultar na ativação da enzima Fosfolipase C (PLC), que é inserida na membrana. Esta enzima catalisa a clivagem de PIP2 (fosfaditilinositol-4,5-difosfato, rico em fosfatos no anel inositol) presente na camada interna da membrana plasmática, em diacilglicerol (DAG) e IP3 (1,4,5-trifosfato).
PIP2 DAG + IP3
DAG e IP3 atuam como segundos mensageiros. Após suas ações, DAG torna-se inativo e fosforilado a ácido fosfatídico; e o IP torna-se inativo e desfosforilado a inositol. Acido fosfatídico e inositol são reacoplados para formar novo PIP2.
Àcido Fosfatídico + Inositol PIP2
IP3 e cálcio intracelular: o IP3 é um mediador hidrossolúvel, que se espalha pelo citoplasma e que atua sobre um receptor específico – trata-se de um canal de cálcio regulado por ligante (IP3) situado na membrana do retículo endoplasmático. O IP3 age sobre estes canais e permite a liberação do Ca++ do RE para o citoplasma. 
DAGe proteinoquinase C: o principal efeito do DAG (com auxilio do Ca++) intracelular é a ativação da enzima proteinoquinase C (PKC ou protein kinase C), presente na membrana plasmática que catalisa a fosforilação de uma variedade de proteínas intracelulares. Há vários tipos de PKC que fosforilam vários tipo de proteína, resultando em vários tipos de resposta.
Via de sinalização do AMPc e do Inositol
3 – Canais iônicos
Os GPCR podem controlar diretamente a função dos canais iônicos através de mecanismos que não envolvem 2º mensageiro. Estas ações são produzidas por interação direta entre as subunidades GTPα ou βγ da proteína G e o canal.
Proteína G e canal de Ca++
Especificidade dos agonistas aos GPCR
A ligação de um GPCR a uma via particular de transdução de sinais depende principalmente da estrutura do receptor, sobretudo da região da terceira alça intracelular, que é a região que se liga à proteína G e determina a qual proteína G o receptor será acoplado. Mutações nesta região não alteram a especificidade do receptor ao ligante, mas alteram a especificidade do receptor ao tipo de proteína G – portanto, há desvio da via de transdução.
De modo geral, a natureza do agonista não altera o tipo de transdução – ou seja, qualquer agonista, por mais incomum que seja para certo GPCR, causará a mesma resposta que um agonista comum. 
Entretanto, sabe-se que em alguns casos, diferentes agonistas causam diferentes níveis de ativação do receptor, portanto, gerando diferentes respostas celulares – Isto se chama tráfego de agonista e ocorre com raridade.
Dessensibilização dos GPCR
A dessensibilização é característica da maioria dos GPCR. Há dois mecanismos envolvidos: a fosforilação do receptor e a endocitose do receptor.
Normalmente, a sequencia do GPCR contém resíduos de aminoácidos (ex: serina e treonina), principalmente no domínio intracelular C-terminal, que podem ser fosforilados por quinases (ex: PKA, PKC e GPCR quinase) ligadas à membrana.
Quando há fosforilação do GPCR, há afastamento do acoplamento com a proteína G, com consequente redução do efeito dos agonistas. 
Estas enzimas quinases não são muito seletivas, de forma que podem atuar em vários GPCR, mesmo aqueles que não foram ocupados por agonistas dessensibilizantes – dessensibilização heteróloga. A GPCR quinase é uma enzima mais seletiva que normalmente só age em GPCRs ativados (ocupados por agonistas), causando dessensibilização homóloga.
Os resíduos fosforilados atuam como sítios de ligação de arrestinas – proteínas intracelulares que bloqueiam a interação do GPCR com uma proteína G. Também, é indutor de endocitose, resultando na internalização do GPCR. 
Proteínas que modificam a atividade dos GPCR
As proteínas modificadoras da atividade dos receptores (RAMP ou receptor activity modifying proteins) são uma família de proteínas que se associam aos GPCR e alteram suas características funcionais. 
Na verdade, há casos em que a especificidade do GPCR é característica fornecida mais pelo RAMP que pelo próprio GPCR.
Sinalização independente de proteína G
O termo GPCR é usado para descrever uma classe de receptores estruturalmente semelhantes – despreza-se o fato de que pode haver transdução de sinal de um GPCR sem acoplamento a proteína G.
Tipo 3 – Receptores ligados a quinase e relacionados
Diferem-se dos canais regulados por ligantes e dos GPCR em termos estruturais e funcionais. Estes medeiam ações de uma ampla variedade de mediadores proteicos (ex: fatores de crescimento, citocinas, etc.), hormonais (ex: insulina) e etc.
Apresentam domínios extracelular (de ligação a ligante) e intracelular (efetor) muito grandes, interligados por uma hélice transmembrana. Desencadeiam uma cascata de quinases.
A ligação com ligante resulta na dimerização de pares de receptores. A associação de dois domínios intracelulares de quinase permite autofosforilação dos resíduos de tirosina. Os resíduos de tirosina autofosforilados atuam como sítios de ligação de alta afinidade para outras proteínas intracelulares, formando a etapa seguinte na cascata de transdução de sinais. Um grupo importante destas proteínas “adaptadoras” é o grupo das proteínas de domínio SH2. Os vários tipos de proteínas de domínio SH2 são específicos e cada um desempenha uma resposta diferente.
Mecanismos de fosforilação de proteínas e cascata das quinases
Os eventos que ocorrem quando a proteína de domínio SH2 liga-se ao receptor fosforilado variam acentuadamente de acordo com o receptor envolvido. Muitas destas proteínas adaptadoras são enzimas (ex: proteinoquinases ou fosfolipases).
Via Ras/Raf: típico para fatores de 
crescimento. Atua, como a proteína G,
 e transmitindo o sinal (através da troca
 de GDP por GTP) a partir da Grb (proteí-
na de domínio SH2), que é fosforilada
 pelo receptor de tirosinoquinase. A 
ativação de Ras ativa, por sua vez, Raf, 
que é a primeira de uma sequencia de 
serinoquinases/tirosinoquinases – ca-
da uma fosforila e ativa a próxima se-
quência enzimática. A ultima delas, MAPquinase (proteína ativada 
por mitógeno ou mitogen-activated protein) fosforila um ou mais 
fatores de transcrição que iniciam a expressão gênica, resultando numa variedade de respostas celulares. 
OBS: muitos cânceres estão associados a mutação dos genes que codificam as proteínas envolvidas nesta cascata, levando a ativação da cascata sem a presença do fator de crescimento.
Via Jak/Stat: típico para muitas citocinas. Com a ligação da citocina, ocorre dimerização dos receptores. Cada receptor, então, atrai uma tirosinoquinase (Jak) citosólica – Jaks formam uma familia de proteínas cujos membros exibem especificidade para diferentes receptores a citocinas. Portanto, duas Jaks se associação ao dímero. Todos os componentes do complexo (2Jak e 2Receptores) são fosforilados.
 Entre alvos da subsequente fosforilação do Jak, destacam-se
 as Stats (proteínas de domínio SH2). As Stats ligam-se aos grupos fosfotirosina do complexo receptor-jak, sendo elas próprias fosforiladas. A stat torna-se ativada, sofre
 dimerização, e o complex stat-stat migra para o núcleo e ativa a expressão gênica.
Tipo 4 – Receptores Nucleares 
A regulação da transcrição do DNA mediada por receptores é característica dos hormônios esteroides e tireoideos. Todos os resultados provêm do mesmo mecanismo: estimulação da transcrição de selecionado gene, com consequente síntese de proteínas específicas, e produção de determinados efeitos celulares.
A maioria destes receptores situa-se no núcleo celular, e os ligantes são compostos lipofílicos capazes de atravessar facilmente a membrana celular.
Estes receptores possuem uma região altamente conservada no centro da molécula, constituindo o sitio de ligação ao DNA do receptor. O domínio de ligação do hormônio situa-se distalmente à região central; proximalmente há uma região variável responsável pelo controle da transcrição genética. 
Com a ligação ao hormônio, o receptor muda de conformação, facilitando a dimerização de receptores. Estes dímeros ligam-se a sequencias específicas do DNA nuclear, conhecidas como elementos responsivos a hormônios. Há aumento da atividade da RNA-polimerase e da produção de RNAmensageiro específico.
Os diferentes hormônios são capazes de induzir ou reprimir genes específicos, iniciando padrões deferentes de síntese proteica, produzindo diferentes efeitos fisiológicos.
Fatores que influenciam a ação dos fármacos
A variação da resposta a uma mesma dose entre duas pessoas e até na mesma pessoa em ocasiões diferentes é mais uma regra do que uma exceção.
Fatores que modificam a ação das drogas
Os indivíduos variam na sua manipulação farmacocinético da droga. Isto implica variação na distribuição da droga. Este fator é mais importante para drogas metabolizadas que para drogas que são excretadas sem modificação.
Os indivíduos variam no numero e/ou no estado dos seus receptores, proteínas plasmáticas e outros fatores relacionados ao efeito da droga.
Os indivíduos apresentamvariações no tônus neurogênico ou hormogênico ou variações nas concentrações de constituintes específicos. (ex: o efeito taquicárdico da atropina depende do tônus do nervo vago; o efeito bradicárdico do propanolol depende do tônus simpático; o efeito de hipotensão do captopril depende da concentração de Na+ corporal; etc.).
Também, uma série de fatores do organismo e do ambiente externo altera a resposta a uma droga. Elas se dividem em genéticos e não-genéticos. Estes fatores podem alterar a resposta à droga: 
quantitativamente, com alteração do volume plasmático e da ação da droga. È a maneira que os fatores normalmente alteram, e isto pode ser normalizado com reajuste da dosagem da droga.
qualitativamente, quando o tipo da resposta é alterada. Isto é mais raro e normalmente impossibilita novo uso da droga. (ex: alergia).
1 – Tamanho corporal
Altera a concentração da droga no local de ação.
Normalmente, a dose adulta é baseada num individuo de porte médio. Entretanto, só é recomendado recalcular a dose para indivíduos abaixo ou acima do peso considerado normal, e para crianças. Isto se baseia no peso corporal. Entretanto, argumenta-se que o melhor parâmetro para ser usado é a área de superfície corporal, pois a água corpórea total, o volume do liquido extracelular e a atividade metabólica são melhor relacionados com a área de superfície corporal.
2 – Idade, crianças
A dose para uma criança normalmente é calculada a partir da dose do adulto, ainda que possa ser calculada com base no peso e na área de superfície corporal – algumas marcas recomendam doses em mg/kg.
Contudo, bebês e crianças não são adultos pequenos – apresentam importantes diferenças fisiológicas. 
Recém-nascidos têm reduzida taxa de filtração glomerular e transportes tubulares imaturos – com isso, a excreção renal de certas drogas é altamente prolongada;
O sistema hepático de metabolização das drogas é reduzido em recém-nascidos.
A barreira hematoencefálica é mais permeável, e certas drogas apresentam concentrações maiores do que as esperadas no SNC.
O pH gástrico é maior e a motilidade gástrica é reduzida, o que pode reduzir a taxa de absorção de fármacos via oral.
A fina pele do bebê resulta em melhor absorção via cutânea.
OBS: todos estes sistemas são ainda mais frágeis no bebê prematuro.
Além disso, crianças estão crescendo e são susceptíveis a efeitos colaterais das drogas. (ex: redução do crescimento provocado por corticoesteróides; tetraciclinas se depositam nos dentes em desenvolvimento e causam sua descoloração ou deformação; etc.)
2 – Idade, idosos
Com a idade, há progressiva redução na função renal, redução da metabolização microsomal hepática e redução do fluxo sanguíneo hepático. Há aumento da biodisponibilidade das drogas em geral, mas o metabolismo da droga não é uniforme. Há redução da absorção decorrente a baixa motilidade gástrica e redução do fluxo sanguíneo esplâcnico (= visceral). Também há redução de ligação a proteínas plasmáticas, aumento da distribuição de drogas lipofílicas e redução da distribuição de drogas hidrofílicas.
A resposta de β-adrenérgicos é reduzida, tanto para agonistas como antagonistas. 
Devido ao prostatismo (compressão da uretra pela próstata), fracas drogas anticolinérgicas podem acentuar a dificuldade do esvaziamento da bexiga.
Também, idosos normalmente estão em farmacoterapia (ex: hipertensão, diabetes, artrite, etc.), o que aumenta a possibilidade de interações medicamentosas.
3 – Sexo
Mulheres tem menor tamanho corporal e normalmente requisitam doses menores. 
Efeitos subjetivos relacionados à droga tendem a ser diferentes nas mulheres.
As mulheres devem considerar os efeitos da menstruação, da gravidez e da lactação – drogas administradas na gravidez podem atingir o feto. Há algumas alterações da função fisiológica da mulher durante a gravidez (ex: redução da motilidade gastrointestinal, expansão de volume do plasma e liquido extracelular, queda da concentração plasmática de albumina com aumento da concentração da glicoproteína α1, implicando na redução e no aumento do acoplamento a proteínas plasmáticas de drogas básicas e drogas ácidas respectivamente, há redução do fluxo sanguíneo renal e drogas polares são melhor eliminadas, há indução da metabolização microsomal hepática e há melhor metabolização das drogas).
Alguns medicamentos interferem na função sexual masculina, e não na feminina. (ex: ginecomastica, perda de libido, etc.)
Andrógenos não são administráveis em mulheres da mesma forma que estrógenos não são administráveis a homens.
4 – Espécie e raça
A variação da ação da droga devido à espécie não se aplica a espécie humana.
Entre humanos, algumas variações entre raças foram detectadas, normalmente relacionadas à dose.
5 – Genética
Todos os determinantes da resposta à droga (ex: transportadores, enzimas, canais iônicos, etc.) são controlados geneticamente. Portanto, uma variação na resposta entre indivíduos pode ser respondida pelas suas diferenças genéticas. O estudo das implicações genéticas sobre a farmacologia chama-se Farmacogenética. 
6 – Via de administração
A via de administração governa a velocidade e a intensidade da resposta à droga. 
Entretanto, algumas drogas possuem efeitos completamente diferentes quando administrados por vias diferentes (ex: sulfato de magnésio aplicado em articulações torcidas diminui o inchaço; quando administrado via intravenosa, produz depressão do SNC e hipotensão).
7 – Fatores ambientais e horário da administração
Exposição a inseticidas, carcinogênios e à fumaça do tabacco, por exemplo, induzem o metabolismo das drogas.
O tipo de dieta, assim como a relação temporal entre a ingestão da droga e das refeições pode alterar a absorção da droga (para mais ou para menos).
O horário da administração da droga tende a influenciar efeitos subjetivos das drogas (ex: hipnóticos usados à noite e em ambiente calmo tendem a funcionar mais facilmente).
8 – Fatores psicológicos
A eficácia de uma droga pode ser afetada pelas crenças, atitudes e expectativas do paciente. Isto é mais evidente para drogas que atuam no SNC (ex: pacientes nervosos e ansiosos normalmente precisam de mais anestésico).
Placebo: trata-se de uma substância indiferente dada ao paciente como se fosse um fármaco. Ele funciona apenas psicologicamente, não farmacologicamente – em casos, produz efeito melhor do que uma droga verdadeira com o mesmo objetivo. Normalmente é usado em casos de testes de drogas ou quando o médico acha que o paciente não precisa de uma substância ativa.
Placebos têm implicações fisiológicas (ex: liberação de endorfinas no cérebro, causando analgesia), e, portanto, podem suprimir efeitos de outros fármacos.
Também, os placebos têm efeitos muito variáveis até mesmo num único individuo, portanto, normalmente, não são muito válidos para terapias.
Nocebo: refere-se à alteração da farmacodinâmica de um princípio ativo devido à perda de crença no fármaco ou no profissional.
9 – Estados patológicos
Doenças gastrointestinais
Alteram a absorção de drogas administradas via oral;
Doenças hepáticas
Alteram a disponibilidade da droga no organismo:
Biodisponibilidade de drogas que sofrem metabolismo de primeira passagem aumenta devido à perda da função hepatocelular;
Concentração de albumina sérica é reduzida, aumentando a presença de drogas livres no sangue;
Metabolismo e eliminação de algumas drogas é reduzida e sua dose deve ser reduzida;
Pro-drógas que precisam de metabolismo hepático são menos funcionais;
Alteram a ação das drogas:
Doenças Renais
Afeta a farmacocinética de muitas drogas;
Altera o efeito de algumas drogas;
Depuração de drogas de excreção na forma inalterada é muito reduzida;
Depuração de drogas de excreção na forma alterada é um pouco reduzida;
Há alteração da concentração e/ou da forma das proteínas plasmáticas – há maior redução do acoplamento a fármacos ácidos que fármacos básicos;
Há aumento da permeabilidade da barreira hematoencefálica – há aumento da probabilidade de depressão;Pode haver aumento da sensibilidade do órgão-alvo;
Anti-hipertensivos produzem maior hipotensão postural
Diuréticos tiazídicos não funcionam;
Diuréticos poupadores de potássio podem causar hipercalemia;
Falha congestiva coronária
Diminui a absorção de fármacos pelo trato gastrointestinal devido a edemas na mucosa e vasoconstrição esplâncnica;
Modifica a distribuição dos líquidos corporais, modificando a disponibilidade das drogas nos líquidos corporais, devido à queda da perfusão tecidual;
Retarda a eliminação de drogas por resultado da redução da taxa de perfusão tecidual hepática e congestão dos vasos hepáticos; redução da taxa de filtração glomerular e aumento da taxa de reabsorção tubular;
Disfunções Tireoideanas
Pacientes com hipotireoidismo são mais sensíveis a algumas drogas;
Pacientes com hipertireoidismo são mais sensíveis a outras drogas;
10 – Outras drogas
O consumo de duas ou mais drogas associadas pode resultar na alteração da farmacodinâmica e/ou na farmacocinética delas. Para cada combinação de fármacos há um mecanismo que resulta nas alterações.
11 – Acumulação 
Qualquer droga se acumulará no organismo se sua taxa de absorção for maior que sua taxa de excreção. Drogas lentamente eliminadas também são fortes causadores de toxicidade.
12 – Tolerância 
Refere-se à necessidade de maior dosagem da droga para a produção de certa resposta. Trata-se de um fenômeno biológico adaptativo que ocorre com frequência.
A perda da eficácia terapêutica, que é uma forma de tolerância, é chamada refratariedade. 
Natural: algumas espécies ou indivíduos são menos sensíveis a certas drogas.
Adquirida: Ocorre quando há uso repetido de uma droga em um indivíduo que, a princípio, apresentava boa resposta. A presença ininterrupta de um fármaco no corpo favorece o desenvolvimento de tolerância. A tolerância não se desenvolve da mesma forma para as ações objetivas da droga e para seus efeitos colaterais (ex: a ação sedativa da cloropromazina pode sofrer tolerância, mas não necessariamente sua ação antipsicótica sofrerá também).
Tolerância cruzada é o desenvolvimento de tolerância a drogas farmacologicamente relacionadas. 
A tolerância ocorre por menor disponibilidade farmacocinética da droga no seu local de ação, pois há maior taxa de excreção desta se a sua concentração se manter alta cronicamente; Também, as células respondem menos intensamente à droga, talvez pela regulação dos receptores para menos ou queda da intensidade de resposta por agonista.
Taquifilaxia é o rápido desenvolvimento de tolerância quando doses repetidas de uma droga em curto período de tempo são administradas. Isto normalmente ocorre com uso de drogas que agem indiretamente, ou seja, dependem da síntese e liberação de substancias para a sua ação – sabendo que há um limite para a síntese de substancias, ainda que haja extrema administração da droga, a taxa de síntese atingirá um máximo e não se excederá. Também pode ocorrer por drogas que demoram a se dissociar do receptor; dessensibilização com internalização ou regulação para menos dos receptores; e/ou homeostasia compensatória do organismo.
Resistencia a drogas é o termo usado para descrever a tolerância de micro-organismos à ação inibitória dos antimicrobianos.