[Resumo] Farmacologia I - 5 - Farmacodinâmica I - Medidas de Potência e Afinidade

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1 FARMACOLOGIA I RAUL BICALHO – MEDUFES 103 
Farmacodinâmica: 
Medidas de Potência e Afinidade 
INTRODUÇÃO 
A quase totalidade das funções biológicas envolve a comunicação molecular entre células. Essa comunicação se dá por 
meio de sinapses, mas pode se dar também por meio de hormônios agindo em receptores, entre outros. Estes 
mecanismos também são a base do desenvolvimento dos medicamentos. 
Os medicamentos agem sobre uma molécula alvo, o receptor, que reconhece um sinal biológico, desencadeando uma 
resposta que frequentemente é medida por uma série de eventos intracelulares. 
Embora boa parte das drogas aja em receptores de membrana, elas também agem em receptores de enzimas (Ex.: 
inibidores de enzima), em receptores nucleares (nas proteínas da cromatina ou no próprio DNA) e em receptores 
esteroides. Então, elas podem agir tanto na superfície da célula (receptores de membrana) quanto dentro dela 
(receptores de enzima e nucleares). 
Os mecanismos de ação em receptores e enzimas obedecem a leis similares, uma vez que ambos dependem da 
estereoseletividade (configuração molecular e iônica do receptor e da molécula) aos sítios de ligação ou sítios de 
reconhecimento (recognition sites) em proteínas funcionais ou DNA. 
Lembrando que esse sítio de ligação é uma parte muito pequena do receptor, onde se ligam as moléculas de efeito 
biológico. Esse ligante pode ser um agonista (leva a produção do efeito) ou um antagonista (bloqueia/impede o efeito). 
INTRODUÇÃO À FARMACODINÂMICA 
A farmacodinâmica visa a descrição quantitativa da atividade das drogas ao nível molecular. Esta atividade, 
denominada mecanismo ou modo de ação, é a principal propriedade das drogas. Então, ela vai explicar não apenas os 
efeitos terapêuticos das drogas, mas também os adversos, sendo agindo nos mesmos receptores dos terapêuticos ou 
em receptores estranhos e de outros tecidos. 
Essa concepção foi completamente desenvolvida por Alfred J. Clark no livro O Modo de Ação das Drogas nas Células 
(Fundamento da Farmacologia). Clark propôs que as combinações droga-célula e os efeitos das drogas eram 
governados pelos mesmos princípios das reações enzimáticas (lei de ação das massas), descritos por Leonor Michaelis 
e Maud L. Menten. Elas desenvolveram a constante de Michaelis-Menten, que descreve a cinética das enzimas. 
COMPARAÇÃO ENTRE MICHAELIS-MENTEN E CLARK 
Nota-se que, na Equação de Michaelis-Menten (chamarei de MM), o 
elemento central é a formação de um composto intermediário, que é a 
combinação da enzima com o substrato, então há uma reação de 
combinação de enzima e substrato reversível, e, depois disso, há a 
formação dos produtos finais, que é a recuperação da enzima mais o 
produto da reação. 
Observa-se que a Equação de Clark é apenas a primeira parte da de MM, 
isto é, tem-se a droga mais o receptor e, então, uma reação reversível na 
ligação droga mais receptor, que gera um efeito, o qual não depende da 
PROF. SCHENBERG 
 
 
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formação de um produto necessariamente (na época de Clark não se sabia das interações com receptor que levam à 
formação de segundos mensageiros). 
CONSTANTE DE MICHAELIS-MENTEN (KM) 
Michaelis e Menten descrevem a equação de KM (Constante 
de Michaelis-Menten), que é igual a K2 mais K3 (constantes de 
dissociação do composto intermediário enzima-substrato) 
divididos pelo K1 (constante de formação do produto 
intermediário). 
 
KM é a concentração do substrato no qual a velocidade (em 
moles por segundo) da reação enzimática é igual à velocidade 
máxima dividida por 2 (metade da velocidade máxima). 
CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO (KD) 
Já na equação de Clark temos o que é chamado de constante 
de dissociação, que é chamada assim porque o numerador é a 
constante de dissociação do receptor ligado à droga (DR), que 
Clark também presumia ser um complexo reversível. Então, KD 
é igual à constante de dissociação K2 dividido pela constante K1 
(constante de associação). 
Podemos ver que a Equação de Michaelis-Menten e a Equação 
de Clark são bem similares. Porém, na interpretação da de 
Clark, o KD é a concentração da droga na qual o efeito obtido é 
metade do efeito máximo. 
Nota-se, também, que, nas 2 equações, se a concentração de 
substrato/droga for muito grande (muito maior que KD ou KM), 
a velocidade ou o efeito são iguais aos máximos. 
As leis são bem similares, então os mesmos princípios que são aplicados para o composto intermediário de uma reação 
enzimática podem ser aplicados no caso da interação da droga com o receptor. 
 LEI DE MICHAELIS-MENTEN 
A reação da velocidade da enzima é uma hipérbole equilátera, 
no exemplo temos as curvas de uma enzima 1 e de uma enzima 
2. Note que a medida que o KM aumenta, diminui a velocidade 
da enzima, ou seja, ela é mais lenta. Sendo assim, enzimas com 
KM baixo rapidamente atingem a velocidade máxima e enzimas 
com KM alto demoram mais tempo para atingir essa velocidade 
máxima. 
Enzimas com KM alto são enzimas que chamamos de enzimas 
passo limitante, muito importantes na síntese dos 
neurotransmissores, que são enzimas em que se precisa de 
concentrações muito altas para se atingir a metade da 
velocidade. Já as enzimas de KM baixo são enzimas que não são 
OBS.: Observe que K2 é a constante de dissociação do 
composto intermediário em substrato e enzima. Já K3 é a 
constante de dissociação em enzima e produto. 
 
Constante de Michaelis-Menten: KM = (K2+K3) / K1 
Constante de Dissociação: KD = K2 / K1 
 
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saturáveis, então não são passo limitantes porque elas sempre conseguem dar conta de qualquer substrato que existe, 
até concentrações bastante elevadas. 
 
 LEI DE CLARK 
Em Clark temos também hipérboles equiláteras. Lembrando que 
KD é a concentração da droga em que se tem metade do efeito, que 
chamamos de efeito 50 (50%). Os mesmos raciocínios de MM são 
válidos aqui. Então, as drogas com KD baixo atingem o efeito 
máximo com concentração muito pequenas em relação às de KD 
alto, que necessitam de grandes concentrações. 
 
O efeito máximo é mais difícil de ser atingido, por isso a hipérbole equilátera tem esse platô. Porém, a metade do 
efeito máximo, que é o efeito mediano ou efeito 50 (E50) é atingido rapidamente no caso de drogas com KD baixo e 
lentamente no caso de drogas com o KD alto. Sendo assim, quanto maior o KD, mais fraca é a droga (menos potente), 
visto que se necessita de uma quantidade maior dessa droga para atingir um efeito máximo. Logo, quanto menor o 
KD, mais potente é a droga, visto que se necessita de concentrações bem pequenas para já atingir a metade do efeito 
máximo. 
 OCUPÂNCIA E POTÊNCIA 
Na equação de Clark, o quociente [D] / [D] + KD representa a ocupância, isto é, a fração de receptores ocupados. Por 
exemplo, se esse quociente der 0,9, significa que 90% dos receptores estão ocupados. Então, quando o KD é muito 
pequeno em relação à concentração da droga que está sendo utilizada, praticamente 100% dos receptores estariam 
ocupados (essa é uma consequência que foi descrita pela Lei de Clark na época em que foi criada). 
A equação de Clark é uma hipérbole retangular, tal como a de Michaelis-Menten. Contudo, a equação torna-se uma 
função sigmoide (em forma de S) quando representamos a porcentagem do efeito máximo em função do logaritmo 
da concentração Molar da droga. 
A análise dessa função foi muito importante 
para a farmacologia, porque a porção 
intermediária (entre 20 a 80% do efeito 
máximo) é aproximadamente linear, então 
era possível analisar esses valores 
intermediários como se fossem uma reta. 
Essas curvas de dose-efeito definem a 
potência da droga, isto é, a relação entre 
efeito que se tem e a concentração da droga. No gráfico, CE50 é a concentração eficaz média (para variáveis contínuas) 
ou a concentraçãoeficaz mediana (para variáveis binárias). 
Lembrando que variáveis continuas são as que podem assumir qualquer valor, como por exemplo a pressão arterial. 
Então, a concentração eficaz média é a concentração da droga em que se atinge metade do efeito. Variável binária é, 
por exemplo, uma curva de mortalidade, isto é, ou o indivíduo está vivo ou o indivíduo morreu. Nesse caso, a 
concentração eficaz mediana é a concentração da droga que mata 50% dos indivíduos utilizados no teste (é a 
OBS.: Enzimas passo limitantes são as que visamos bloquear quando se quer desbloquear a síntese de um 
neurotransmissor ou qualquer droga com efeito terapêutico. 
 
OBS.: KD é uma propriedade do complexo droga-receptor, é a 
constante de dissociação de uma determinada droga em um 
determinado receptor. Porém, para facilitar a escrita colocarei 
como se fosse uma propriedade da droga, assim como fiz no 
parágrafo acima, fiquem atentos! 
 
 
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concentração que altera a variável para metade da amostra). Variáveis binárias não assumem todos valores possíveis, 
somente o "1" e o "0" por exemplo, isto é, não há gradações. 
 AFINIDADE 
A ocupância vai depender da afinidade da droga pelo sitio de ligação. Essa afinidade é a força de interação entre as 
duas moléculas (receptor e droga/ligante). Essas forças são termodinâmicas, quando a droga se liga ao receptor eles 
vão assumir uma configuração de menor energia. Então, elas resultam das alterações na entalpia (energia total) e na 
entropia (desordem) do sistema droga-receptor. 
Nesse contexto, se aumentar a temperatura de uma preparação em laboratório (Ex.: coração isolado), aumenta 
também a entropia do sistema (aumenta a agitação/cinética), o que vai favorecer a dissociação da droga do receptor. 
Por outro lado, abaixando a temperatura, pode ser que se tenha uma ligação mais prolongada. Então, as alterações 
termodinâmicas que irão fazer que a droga fique ligada com mais ou com menos afinidade. 
As forças entre droga e receptor variam em relação a sua distância. A força 
eletrostática é proporcional ao inverso da distância. Então, por exemplo, se dobra 
a distância entre droga e receptor, a força eletrostática cai pela metade. 
Já nos casos da ponte de hidrogênio, elas são inversamente proporcionais à 
quarta potência da distância, então se dobra a distância da molécula ao 
receptor, diminui 16 vezes a força de atração das pontes de hidrogênio. 
A afinidade também envolve outras forças, como as forças de Van der Waals (atração fraca entre moléculas polares e 
apolares) e as interações hidrofóbicas (interações de superfícies não-polares). 
Esse conjunto de forças que define se a droga terá maior ou menor afinidade com um sítio de ligação de um 
determinado receptor. 
A combinação de todas essas forças faz com que a droga permaneça em uma certa configuração no sitio de ligação. 
Esta é a configuração de energia livre mínima. Portanto, a alteração de energia livre (ΔG) do processo de interação 
entre droga e receptor é negativa, pois a energia livre do estado final do sistema DR (droga-receptor) é menor que 
aquela do estado inicial no qual droga e receptor estão isolados. Então, o complexo droga-receptor é mais estável. 
Porém, essa configuração não é eterna. Em um determinado momento, há alterações de temperatura, de pH, 
competição com outras moléculas e outros fatores que fazem com que a droga se dissocie e o receptor volta ao seu 
estado de receptor não ocupado e livre. 
ALTERAÇÕES TERMODINÂMICAS PELA LIGAÇÃO DO AC. GLUTÂMICO AO RECEPTOR AMPA 
No exemplo abaixo, podemos ver as alterações termodinâmicas decorrentes da ligação de 2 moléculas de ácido 
glutâmico ao receptor AMPA GluA2. 
Quando a molécula se liga ao receptor, 
essa alteração do estado energético do 
complexo droga-receptor leva a uma 
pequena alteração (nesse caso, cerca 
de 6A), que leva a uma alteração da 
molécula, nesse caso uma contorção 
de 21 graus, que leva à abertura do 
canal iônico. Falamos "abrir o canal 
iônico", mas é uma alteração muito 
pequena, porém suficiente para passar 
o íon, nesse caso o cátion. 
Note que depois a molécula busca uma outra configuração em que a energia livre ainda é menor que no estado 
separado. Então, as 2 moléculas continuam ligadas, mas o canal se fecha (forma inativa/sensibilizada do canal). 
 
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ENSAIOS DE LIGAÇÃO 
Utiliza-se, hoje em dia, para se determinar a constante de dissociação, ensaios de ligação, que são aqueles em que 
você pega uma droga que se liga a um receptor e pega um ligante radioativo. Sendo assim, você satura a preparação 
com esse ligante radioativo e depois lava a preparação, para tirar o excesso de droga que estão na preparação de 
forma não ligada. Então, resta apenas uma quantidade muito pequena de droga na preparação, que é a quantidade 
ligada aos receptores. 
Ao saturar o ligante radioativo na preparação, ela fica com uma quantidade de droga ligada nos receptores e uma 
quantidade não ligada. Depois que a preparação é levada e apenas resta a droga ligada aos receptores, você mede a 
radioatividade, que vai representar a ocupância máxima de receptores. 
Sendo assim, com drogas radioativas e variando sua concentração, utilizando o mesmo tecido e analisando a 
radioatividade residual por grama de tecido, é possível criar uma curva de ligação da droga com o receptor. Essa curva 
de ligação segue a equação do Modelo da Isotérmica de Adsorção de Langmuir. 
Irving Langmuir, em seus estudos de 1916, estudou a adsorção das moléculas de um gás em um fio metálico, que é 
muito parecida, por exemplo, com a condensação de vapor 
no espelho. Nesse exemplo, algumas moléculas de água 
aderem ao espelho e outras moléculas de água evaporam, 
logo tem-se a condensação (no caso do gás é chamado de 
adsorção) e a evaporação (no caso do gás é chamado de 
dissociação). 
Em ensaios de ligação, então, a afinidade de uma droga pelo 
receptor pode ser medida pela isotérmica de absorção de 
Langmuir. 
A ISTOTÉRMICA DE LANGMUIR 
Langmuir, então, estava estudando a adsorção de um gás a uma superfície metálica. Ele considerou que as moléculas 
têm uma velocidade característica de difusão em direção a superfície (condensação), que denominou alfa (α = 
velocidade de difusão à superfície). 
De forma similar, ele considerou que as moléculas adsorvidas à superfície têm uma velocidade característica de 
dissociação (no caso da água, a evaporação), denominada V1 (V1 = velocidade de dissociação da superfície). 
Ele também assumiu que a área ocupada por 
uma molécula não poderia ser ocupada por 
outra molécula (2 corpos não podem ocupar 
o mesmo espaço ao mesmo tempo). 
Portanto, se Θ1 (theta 1) é a área ocupada, 1 - Θ1 (um menos theta 1) é a área desocupada disponível para adsorção. 
Daí ele calculou que a taxa de adsorção também depende da concentração da substância no meio (μ). Portanto a taxa 
de adsorção é igual ao α (velocidade de 
condensação/adsorção do gás) vezes a 
concentração do gás no meio (μ) vezes a área 
disponível para adsorção (1-Θ1). 
Por sua vez, a taxa de dissociação é o produto 
da velocidade de dissociação (V1) pela quantidade de gás adsorvido (Θ1). 
No equilíbrio, cada molécula do gás que se dissocia é substituída por uma molécula que é adsorvida à superfície 
metálica. Então, no equilíbrio a taxa de adsorção (condensação) é igual à taxa de dissociação (evaporação). Igualando 
e rearranjando os termos das equações das taxas, temos: 
 
 
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Keq é a constante de equilíbrio. Note que a fórmula fica bem parecida com a de ocupância na Equação de Clark. Como 
Keq é a velocidade de dissociação pela velocidade de adsorção, ela é a constante de dissociação, que é o inverso da 
afinidade. A afinidade, então, seria uma constante de associação,que seria o inverso da de dissociação (1/Keq). 
 
ENSAIOS DE LIGAÇÃO 
Como já foi dito, a KD pode ser estimada por meio da isotérmica de Langmuir em ensaios in vitro com ligantes 
radioativos (ensaio de ligação). Nestes ensaios, a ligação máxima (por grama de tecido) é obtida pela saturação dos 
receptores seguida da "lavagem" do ligante livre. A ocupância nas concentrações menores (ρi) é representada como a 
fração percentual da ocupação máxima. A KD é estimada pelo ajuste estatístico da isotérmica de Langmuir e representa 
o inverso da afinidade. 
Depois do cálculo da ocupação máxima, então, você vai diminuindo as concentrações e obtendo resultados de 
radioatividade menores. No final você tem as curvas de radioatividade, que são chamadas de curvas de ocupância, 
que mostram quantos receptores estão ocupados com cada concentração. 
 
 
 ATIVIDADE INTRÍNSECA 
Embora as premissas de Clark sejam válidas para alguns casos, as exceções são comuns e o efeito máximo nem sempre 
é alcançado com a saturação dos receptores como ele havia pensado. Em muitas preparações, você pode saturar os 
receptores e não observar o efeito máximo. Então, como se sabe que qual é o efeito máximo? Normalmente, ele é 
calculado com o transmissor endógeno, mas isso é algo determinado pelo pesquisador. 
Portanto, em 1954, Everhardus J. Äriens introduziu o termo atividade intrínseca (α ou constante de proporcionalidade) 
para explicar estar exceções e a relação entre o efeito (E) e a ocupância (DR), que é a concentração dos complexos 
OBS.: A constante de equilíbrio droga-receptor é a concentração no qual metade dos receptores estão ocupados. 
 
OBS.: Observar que essas curvas estão se referindo à porcentagem de receptores ocupados e não à porcentagem 
de efeito da droga. Esse ensaio de ligação, então, só nos diz a fração de receptores que está ocupada para cada 
concentração que se usa de um ligante. 
 
 
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droga-receptor. Segundo Äriens, o efeito de uma droga deve ser descrito pelo produto de α (atividade 
intrínseca) vezes a concentração droga-receptor. 
Por exemplo, se α for 50%, mesmo que todos os receptores estejam ocupados, o efeito obtido será apenas metade do 
efeito máximo. Quando se fala dos transmissores endógenos, normalmente o alfa é 1, pois daí com 100% dos 
receptores ocupados calcula-se o efeito máximo que esses transmissores causam. 
Essa propriedade reflete a capacidade de uma droga a reproduzir o efeito biológico (do transmissor endógeno). Robert 
Stephenson denominou essa propriedade de eficácia. 
Recapitulando, existem drogas que não produzem o efeito máximo mesmo quando 100% dos receptores estão 
ocupados. Isso já difere da premissa de Clark, que dizia que com 100% dos receptores ocupados obtinha-se o efeito 
máximo. 
 AGONISTAS PLENOS, PARCIAIS E INVERSOS 
Nas curvas dose-efeito observamos que, por exemplo, chega-se no efeito máximo da substância L com doses muito 
menores que das substâncias M e N. Então, fala-se que a substância L é mais potente que M e N, porque se consegue 
efeitos maiores numa faixa menor de dose. A substância M também é mais potente que N, porém é menos eficaz, 
porque não alcança 100% do efeito e N sim (M não atinge o tanto de porcentagem do efeito máximo que N). 
Agonista pleno é o caso de L e de N, em que se você for aumentando a dose alguma hora você chega no efeito máximo. 
Agonista parcial é o caso de M, aquele que mesmo que você aumente muito a concentração/dose, nunca chega no 
efeito máximo, o efeito tende a se estabilizar. Já agonista inverso é o que tem o efeito inverso da droga, então se fala 
que sua constante α é negativa. Por exemplo, o GABA abre o canal de cloro, o agonista inverso a ele se liga no mesmo 
receptor do GABA, porém ele fecha o canal de cloro (o quanto ele fecha depende da constante α, se for por exemplo 
-1 significa que ele consegue fechar todos os canais). 
 
Por outro lado, é possível atingir o efeito máximo com a ocupação apenas parcial dos receptores. Então, é dito que há 
uma reserva de receptores. Por exemplo, isso ocorre quando se observa uma ocupância de apenas 50%, porém já se 
atingiu o efeito máximo. 
Os agonistas inversos reduzem a atividade constitutiva do receptor na ausência de um ligante. Estes agonistas, então, 
têm uma atividade intrínseca negativa e funcionam como antagonistas competitivos na presença de um ligante. 
Acredita-se que estes compostos têm maior afinidade pela configuração inativa do receptor. 
 AGONISTAS PLENOS E PARCIAIS 
Por exemplo, no caso de agonistas serotonérgicos no efeito de contração da veia jugular do rato, podemos ver na 
curva dose-resposta (a) que a serotonina, que é um agonista pleno, causa uma força máxima de aproximadamente 
1,5g. Então, todas as drogas demonstradas são agonistas parciais, porque mesmo em concentrações muito mais altas 
não é possível atingir essa quantia de força. 
E = α[DR] 
 
 
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Olhando na curva ocupância-resposta (b) fica mais fácil analisar, sendo que mesmo com 100% dos receptores 
ocupados, as outras drogas não conseguem chegar na força produzida pela serotonina. 
 
 RESERVA DE RECEPTORES 
Nesse sistema, por exemplo, é necessário apenas ocupar aproximadamente 5% dos receptores para se ter o efeito 
máximo da histamina na contração do íleo de cobaia. Por isso, fala-se em uma reserva de receptores. Isso acontece 
principalmente em receptores metabotrópicos, porque eles ativam enzimas de membrana altissimamente eficazes, 
então com pouca quantidade dos receptores ocupados já causa a resposta máxima. Esses valores são calculados com 
a isotérmica de Langmuir no ensaio de ligação. 
 
 
Mostrando um efeito mais dramático ainda, em uma resposta de AMPc à estimulação de receptores β-adrenérgicos 
transfectados in vitro, podemos ver no gráfico a concentração de AMPc da preparação e a porcentagem de ocupância 
dos receptores. Para o isoproterenol, por exemplo, nota-se que ocorre praticamente 100% de efeito com 0,01% de 
OBS.: 
 
 
 
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ocupância, isso porque são células isoladas, sem nenhuma barreira (tecido conjuntivo, tecido muscular etc.). Porém, 
mesmo nesse sistema, é possível ver um agonista lento e parcial, que nunca atinge o efeito máximo.