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É o campo da farmacologia que estuda os efeitos fisiológicos dos fármacos nos organismos vivos, seus mecanismos de ação e a relação entre concentração do fármaco e efeitos desejados e indesejados. Os alvos proteicos para ação dos receptores: Receptores São componentes de uma célula (organismo) que interage com uma molécula ligante e dá início a uma cadeia de eventos bioquímicos, gerando efeitos. Muitos fármacos terapeuticamente úteis agem, ou como agonistas ou como antagonistas, nos receptores de mediadores endógenos conhecidos. Canais iônicos Portões presentes nas membranas celulares, que, de modo seletivo, permitem a passagem de determinados íons, e que são induzidos a se abrir ou se fechar por uma variedade de mecanismos. Os canais controlados por ligantes e os canais controlados por voltagem são dois tipos importantes. Enzimas Com frequência, a molécula do fármaco é um substrato análogo que age como um inibidor competitivo da enzima; em outros casos, a ligação é irreversível e não competitiva; podem também agir como falsos substratos, em que a molécula do fármaco sofre transformações químicas, dando origem a um produto anômalo ou ainda podem exigir degradação enzimática para convertê-los, de forma inativa, a uma pró- droga. Transportadores Os transportes através da membrana plasmática podem ser feitos por proteínas transportadoras, visto que espécies permanentes são, em geral, muito polares (insuficientemente lipossolúveis) para penetrar nas membranas lipídicas por si mesmas. Tipos de receptores Os receptores evocam muitos tipos diferentes de efeitos celulares. Alguns deles são muito rápidos, outros podem demorar horas. De forma não surpreendente, muitos tipos diferentes de vínculos entre a ocupação do receptor e a subsequente resposta estão envolvidos. Assim, são divididos quatro tipos (ou superfamílias): Tipo 1: Canais iônicos controlados por ligantes (também conhecidos como receptores ionotrópicos). Tipo 2: Receptores acoplados à proteína G (GPCRs, do inglês G-protein- coupled receptors). São também conhecidos como receptores metabotrópicos ou receptores heptaelicoidais. São receptores de membrana que estão acoplados a sistemas efetores intracelulares principalmente por uma proteína G Tipo 3: Receptores relacionados e ligados a quinases. Esse é um grande e heterogêneo grupo de receptores de membrana que respondem principalmente aos mediadores proteicos. Apresentam um domínio extracelular de ligação de ligante conectado a um domínio intracelular por uma hélice única transmembrana. Em muitos casos, o domínio intracelular tem natureza enzimática (com atividade proteína quinase ou guanilil ciclase). Tipo 4: Receptores nucleares. São receptores que regulam a transcrição gênica. Os receptores desse tipo também reconhecem muitas moléculas estranhas, induzindo a expressão de enzimas que os metabolizam. Mas, obviamente, existem outros tipos ded proteínas que também são alvo dos fármaco, como tubulinas, proteínas citosólicas, citocinas, DNA e constituintes da parede. Estrutura molecular dos receptores Tipo 1: Canais Iônicos Ativados por ligantes Um dos receptores mais conhecidos é o receptor nicotínico de acetilcolina. A estrutura consistindo em uma montagem em forma de pentâmero de diferentes subunidades, das quais existem quatro tipos, denominados α, β, γ e δ. @waleska112 Med IX - UFOB A estrutura pentamérica (α2 , β, γ, δ) possui dois pontos de ligação para a acetilcolina, cada um na interface entre uma das duas subunidades α e sua vizinha. Ambos devem ligar-se a moléculas de acetilcolina para que o receptor seja ativado. Cada subunidade atravessa a membrana quatro vezes, de modo que o canal compreende não menos de vinte hélices que atravessam a membrana circundando um poro central. A ligação do ligante e a abertura do canal ocorrem em uma escala de tempo de milissegundos. Tipo 2: Receptores acoplados à proteína G O primeiro GPCR a ser totalmente caracterizado foi o receptor β- adrenérgico. Sua estrutura engloba sete hélices α transmembranares, semelhantes às dos canais iônicos, com um domínio terminal N extracelular de comprimento variável e um domínio terminal C intracelular. A escala de tempo é de segundos. Os GPCRs são divididos em três grupos distintos (se diferenciam principalmente no comprimento do terminal –N extracelular e na localização do domínio de ligação do agonista). A: família da rodopsina: Receptores para a maioria dos neurotransmissores aminados, muitos neuropeptídeos, purinas, prostanoides, canabinoides etc. Cauda extracelular (N terminal) curta. O ligante liga-se a hélices transmembrana (aminas) ou a alças extracelulares (peptídeos). B: família dos receptores de secretina/glucagon Receptores para hormônios peptídicos, incluindo secretina, glucagon, calcitonina. Cauda extracelular intermediária incorporando o domínio de ligação ao ligante. C: família do receptor metabotrópico de glutamato/sensor de cálcio Receptores metabotrópicos de glutamato, receptores GABAB, receptores sensíveis ao Ca 2+. Cauda extracelular longa incorporando o domínio de ligação ao ligante. Proteínas G e sua função As proteínas G englobam uma família de proteínas residentes na membrana cuja função é reconhecer os GPCRs ativados e transmitir a mensagem aos sistemas efetores que geram uma resposta celular. A proteína G consiste em três subunidades (α, β, γ) que ficam ancoradas à membrana através de resíduos de lipídeos fixos. O acoplamento da subunidade α a um receptor ocupado por um agonista promove a troca do GDP ligado pelo GTP intracelular; o complexo α-GTP, então, se dissocia do receptor e do complexo βγ, interagindo com uma proteína- alvo (alvo 1, que pode ser uma enzima, como adenil-ciclase ou fosfolipase C). O complexo βγ também ativa uma proteína-alvo (alvo 2, que pode ser um canal iônico ou uma quinase). Aatividade GTPase da subunidade α aumenta quando a proteína-alvo é ligada, resultando em hidrólise do GTP ligado para GDP, o que faz com que a subunidade α volte a se ligar com βγ. As principais proteínas G e suas ações: G estimuladora (Gs) Ativa canais de Ca 2+, ativa adenilil ciclase G inibitória (Gi) Ativa canais de K +, inibe a adenilil ciclase Go Inibe os canais de Ca 2+ Gq Ativa a fosfolipase C G12/13 Diversas interações com transportadores de íons Geralmente as subunidades Gβγ estão associadas a ativação de canais de potássio, inibição dos canais de cálcio controlados por voltagem, ativação da cascata de proteínas quinases ativadas por mitógenos, ativação das GPCR quinases. Os principais alvos das proteínas G, através dos quais os GPCRs controlam diferentes aspectos da função celular, são: • adenilil ciclase, uma enzima responsável pela formação de AMPc Aumento da lipólise, redução da síntese de glicogênio, aumenta quebra de glicogênio, aumenta força de contração no coração, fosforila (inativa) proteína necessárias para contração do músculo liso. • fosfolipase C, por sua vez, enzima responsável pela formação de fosfato de inositol e diacilglicerol (DAG); • canais iônicos, particularmente os canais de cálcio e de potássio; • Rho A/Rho quinase, um sistema que regula a atividade das muitas vias de sinalização que controlam o crescimento e a proliferação celular, a contração da musculatura lisa etc.; • proteína quinase ativada por mitógenos (MAP quinase), um sistema que controla muitas funções celulares, incluindo a divisão celular. Tipo 3: Receptores ligados a quinases e receptores correlatos Medeiam as ações de uma ampla variedade de proteínas mediadoras, incluindo fatores de crescimento e citocina, e hormônios como a insulina e a leptina. Os principais tipos são os receptorestirosina quinase (RTKs), Receptor de serina/treonina quinases e os receptores de citocinas. A escala de tempo é de horas. Duas vias importantes são: – Via Ras/Raf/proteína ativada por mitógenos (MAP) quinase, que é importante na divisão, no crescimento e na diferenciação celulares. – Via Jak/Stat, ativada por muitas citocinas, controla a síntese e a liberação de muitos mediadores inflamatórios. Consistem em uma cadeia única de até 1.000 resíduos, com uma única região helicoidal transmembranar, a qual liga um amplo domínio extracelular de ligantes a um domínio intracelular de tamanho e função variáveis. @waleska112 Med IX - UFOB Tipo 4: Receptores nucleares Os NRs podem interagir diretamente com o DNA. Por esse motivo, devemos tê-los em conta como fatores de transcrição ativados por ligantes que transformam os sinais ao modificar a transcrição genética. Não estão incorporados nas membranas como os GPCRs, mas estão no citoplasma ou no compartimento nuclear. São proteínas monoméricas. O domínio N-terminal é o que apresenta maior heterogeneidade, abrigando o ponto AF1 (função de ativação 1), que se liga, de maneira liganteindependente, a outros fatores de transcrição específicos da célula e modifica a ligação ou a capacidade regulatória do próprio receptor. O domínio central do receptor é altamente conservado e consiste na estrutura responsável pelo reconhecimento do DNA e de sua respectiva ligação. A região de dobradiça altamente flexível da molécula é que lhe permite a dimerização com outros NRs. O domínio C- terminal contém a ligação ao ligante e é especifíco a cada classe de receptor. No contexto mais geral da biologia celular, o termo receptor é empregado para descrever várias moléculas encontradas na superfície das células (como os receptores das células T, as integrinas, os receptores Toll etc.). Esses receptores diferem dos receptores farmacológicos convencionais, uma vez que respondem a proteínas fixadas na superfície das células ou em estruturas extracelulares, e não aos mediadores solúveis. Especificidade dos fármacos Para que um fármaco seja útil como instrumento terapêutico ou científico, precisa agir de modo seletivo sobre células e tecidos específicos. Em outras palavras, precisa exibir alto grau de especificidade pelo ponto de ligação. A especificidade é recíproca: classes individuais de fármacos ligam-se apenas a certos alvos, e alvos individuais só reconhecem determinadas classes de fármacos. Mas, nenhum fármaco é completamente específico. Em muitos casos, ao aumentar a dose de um fármaco, a substância pode afetar outros alvos além de seu alvo principal, e esse fato pode levar ao aparecimento de efeitos colaterais. Interações fármaco-receptor A ocupação de um receptor por uma molécula de um fármaco pode ou não resultar na ativação desse receptor. A ligação e a ativação representam duas etapas distintas da geração de uma resposta mediada por receptor que é iniciada por um agonista. O fármaco que se liga a um receptor sem causar sua ativação e, em consequência, impede que um agonista se ligue a esse mesmo receptor recebe a denominação antagonista do receptor. A tendência de um fármaco se ligar aos receptores é governada por sua afinidade, ao passo que a tendência de um fármaco de, uma vez ligado, ativar o receptor é indicada por sua eficácia. Os agonistas também têm significativa eficácia, enquanto os antagonistas apresentam, no caso mais simples, eficácia zero (afinal, eles não ativam). Os fármacos que apresentam níveis de eficácia intermediários, ou seja, que desencadeiam uma resposta tecidual submáxima mesmo quando 100% dos receptores estão ocupados, são conhecidos como agonistas parciais, distinguindo-se dos agonistas plenos, cuja eficácia é suficiente para desencadear uma resposta tecidual máxima. Ligação de fármaco a receptores Em muitas ocasiões, a ligação dos fármacos aos receptores pode ser medida diretamente com a utilização de moléculas de fármacos (agonistas ou antagonistas) marcadas com um ou mais átomos radiativos. A curva de ligação define a relação existente entre concentração e quantidade de fármaco ligado (B, bound) e, na maioria dos casos, ajusta-se bem à relação teoricamente prevista, possibilitando a determinação da afinidade do fármaco pelos receptores, assim como da capacidade de ligação (Bmáx ), que representa a densidade de receptores no tecido. Possível confirmar a hipótese dos receptores de reserva: de modo geral, os agonistas ligam-se com uma afinidade um tanto baixa e que ocorre um efeito biológico máximo quando a ocupação dos receptores é baixa. supersensibilidade de desnervação: o número de receptores tende a aumentar, geralmente no decorrer de alguns dias, quando o hormônio ou transmissor relevante está ausente ou em pequena quantidade, e que esse número tende a diminuir quando essas substâncias estão em excesso. Relação entre concentração e efeito de fármacos - curva concentração × efeito (in vitro) ou dose × resposta (in vivo). - Tais curvas nos permitem estimar a resposta máxima que o fármaco é capaz de produzir (Emáx) e a concentração ou dose necessária para produzir 50% da resposta máxima (EC50 ou ED50). É frequentemente utilizada uma escala logarítmica para a concentração ou dose, a qual transforma a curva hipérbole retangular numa curva sigmoide. - Atenção: Embora pareçam semelhantes às curvas de ligação (imagens acima), as curvas concentração × efeito não podem ser utilizadas para medir a afinidade dos fármacos agonistas a seus receptores, pois a resposta produzida não é, via de regra, diretamente proporcional à ocupação dos receptores. Em geral, isso acontece porque a resposta máxima de um tecido pode ser produzida por agonistas, mesmo que estes estejam ligados a menos de 100% dos receptores. Nessas circunstâncias, diz-se que o tecido possui receptores de reserva. Receptores de reserva Descobriu que muitos agonistas plenos eram capazes de desencadear respostas máximas em taxas de ocupação muito baixas (inferiores a 1%). Isso significa que o mecanismo que liga a resposta à ocupação do receptor tem uma capacidade de reserva substancial os receptores de reserva. É possível uma economia na secreção de hormônios ou transmissores, à custa da disponibilização de mais receptores. Antagonismo competitivo Na presença de um antagonista competitivo, a ocupação do agonista (proporção de receptores aos quais o agonista está ligado) em dada concentração desse agonista é reduzida, pois o receptor só é capaz de receber uma molécula de cada vez. No entanto, como os dois competem entre si, o aumento da concentração do agonista é capaz de restabelecer sua ocupação (e, portanto, a resposta do tecido). Nesse caso, diz-se que o antagonismo é reversível. Deslocamento da curva log da concentração × efeito do agonista para a direita, sem alteração na inclinação ou no efeito máximo (o antagonismo pode ser ultrapassado se a concentração do agonista for aumentada). Antagonismo competitivo irreversível Ocorre quando o antagonista se liga ao receptor na mesma posição do agonista, mas se dissocia dos receptores muito lentamente, ou não se dissocia, o que resulta no fato de não ocorrer alteração na ocupação do antagonista quando o agonista é adicionado. Por isso o “irreversível”. Na teoria é fácil entender, mas na prática nem sempre é tão claro! Isso porque, se a ocupação pelo agonista necessária para produzir a resposta biológica máxima for muito pequena (menos de 1%, lembra dos receptores de reserva?) então é possível bloquear, de modo irreversível, quase 99% dos receptores sem reduzir a resposta máxima. O antagonismo competitivo irreversível ocorre com fármacos que possuem grupos reativos que formam ligações covalentes com o receptor. O efeito da menor ocupaçãodos receptores pelo antagonista será o de produzir um deslocamento paralelo da curva log da concentração × efeito. afeta a resposta máxima. Agonistas parciais Falamos rapidamente sobre eles acima (em interações fármaco receptor), agora vamos aprofundar um pouco mais. Alguns compostos são capazes de produzir uma resposta máxima (a maior resposta que o tecido é capaz de dar, são os chamados agonistas plenos), enquanto outros produzem apenas uma resposta submáxima (agonistas parciais). A diferença entre os agonistas plenos e os parciais reside na relação existente entre a ocupação dos receptores e a resposta. A fenilefrina é um agonista pleno. Os demais são agonistas parciais com diferentes eficácias. Quanto mais baixa for a eficácia do fármaco, mais baixas serão a resposta máxima e a inclinação da curva log da concentração × resposta. Agonistas inversos Embora estejamos acostumados a pensar que os receptores são ativados apenas quando a molécula de um agonista se liga a eles, há exemplos em que pode ocorrer um nível apreciável de ativação mesmo na ausência de ligantes (ativação constitutiva). Nessas condições, é possível para um ligante reduzir o nível de ativação constitutiva; tais fármacos recebem a denominação de agonistas inversos. Os agonistas inversos podem ser considerados fármacos com eficácia negativa, o que os diferencia dos agonistas (eficácia positiva) e dos antagonistas neutros (eficácia zero). Antagonistas neutros, ao se ligarem ao ponto de ligação do agonista, vão antagonizar tanto agonistas como agonistas inversos. Modelos dos dois estados O receptor ocupado é capaz de passar de um estado de “repouso” (R) para um estado ativado (R*), sendo o R* facilitado pela ligação de uma molécula de um agonista, mas não de uma molécula de um antagonista. @waleska112 Med IX - UFOB Como já descrito, os receptores podem apresentar uma ativação constitutiva (então a conformação R* pode ocorrer sem que qualquer ligante se una aos receptores), assim o fármaco administrado encontra uma mistura com equilíbrio entre R e R*. Se o fármaco tiver maior afinidade por R* do que por R, causará um deslocamento no equilíbrio na direção de R* (então o fármaco promoverá a ativação do receptor e será classificado como agonista). Se a preferência do fármaco por R* for MUITO GRANDE, quase todos os receptores ocupados adotarão a conformação R*, e esse fármaco será um agonista pleno (eficácia positiva). Se o fármaco mostrar apenas seletividade moderada por R*, uma proporção menor dos receptores ocupados irá adotar a conformação R*, e este será um agonista parcial. Se ele não mostrar nenhuma preferência, o equilíbrio R:R* vigente não será perturbado, e esse fármaco será um antagonista competitivo (eficácia zero), ao passo que, se preferir R, deslocará o equilíbrio em direção a R e será um agonista neutro (eficácia negativa). Modelo dos dois estados: Podemos considerar a eficácia como uma propriedade determinada pela afinidade relativa de um ligante por R e R*. Potência e eficácia Entre A e B, quem é mais potente? Observe que A precisa de a concentração ou dose menor para produzir 50% da resposta máxima (EC50 ou ED50). Ou seja, mais A é mais potente! Entre B e C quem é mais eficaz? Agora observe que B consegue chegar a resposta máxima, diferentemente de C. Ou seja, B é mais eficaz que C! Agonismo tendencioso O modelo dos dois estados apresenta um problema importante: os receptores não estão, de fato, restritos a dois estados distintos, mas possuem uma flexibilidade conformacional muito maior, de modo que há mais do que apenas uma conformação inativa e outra ativa. Os receptores acoplados a sistemas de segundo mensageiro podem acoplar-se a mais do que uma via intracelular efetora, desencadeando duas ou mais respostas simultâneas. No entanto, está claro que diferentes agonistas podem exibir tendência para gerar uma resposta em vez de outra, ainda que estejam atuando no mesmo receptor, provavelmente porque estabilizam diferentes estados conformacionais do receptor. Modulação alostérica Além do local de ligação do agonista (agora referido como local ou ponto de ligação ortostérico), no qual os antagonistas competitivos também se ligam, as proteínas dos receptores possuem muitos outros locais de ligação (alostéricos) através dos quais os fármacos podem influenciar a função do receptor de várias maneiras: aumentando ou diminuindo a afinidade dos agonistas pelo local de ligação do agonista, modificando a eficácia, ou produzindo eles mesmos uma resposta. Dependendo da direção do efeito, os ligantes podem ser antagonistas alostéricos ou facilitadores alostéricos do efeito agonista, e o efeito pode ser a alteração da inclinação ou o efeito máximo na curva log da concentração versus efeito do agonista. Tipos de antagonismo 1.Antagonismo farmacológico competitivo: a) reversível b) irreversível 2.Antagonismo químico 3.Antagonismo farmacocinético 4.Antagonismo funcional ou fisiológico 5.Antagonismo farmacológico não-competitivo O antagonismo farmacológico competitivo já foi explicado durante o resumo. Agora, falaremos dos outro tipos: Antagonismo químico Duas substâncias se combinam em solução; como consequência, o efeito do fármaco ativo é perdido. Exemplos disso incluem o uso de agentes quelantes (p. ex., dimercaprol) que se ligam a metais pesados e, dessa forma, reduzem sua toxicidade. Antagonismo farmacocinético O “antagonista” reduz de fato a concentração do fármaco ativo em seu ponto de ação. Isso pode ocorrer de várias maneiras. A velocidade de degradação metabólica do fármaco ativo pode ser aumentada, a velocidade de absorção do fármaco ativo no trato gastrointestinal ser reduzida, ou a velocidade de eliminação renal ser aumentada. Antagonismo fisiológico Dois fármacos cujas ações opostas no organismo tendem a se anular mutuamente. Por exemplo, a histamina age sobre os receptores das @waleska112 Med IX - UFOB células parietais da mucosa gástrica estimulando a secreção ácida, enquanto o omeprazol bloqueia esse efeito por meio da inibição da bomba de prótons. Antagonismo farmacológico não-competitivo O antagonista bloqueia, em algum ponto adiante do local de ligação no receptor, a cadeia de eventos que leva à produção de uma resposta pelo agonista. Por exemplo, a cetamina entra no poro do canal iônico do receptor NMDA, bloqueando-o e, assim, impedindo o fluxo iônico através dos canais. Também pode acontecer pela ação do antagonista alostérico. Dessensibilização e taquifilaxia Termos sinônimos utilizados para descrever o efeito de um fármaco diminuindo gradualmente quando é administrado de maneira contínua ou repetida. Tolerância É convencionalmente empregado para descrever uma diminuição mais gradual da responsividade a um fármaco, que leva horas, dias ou semanas para se desenvolver, porém a distinção entre esses termos não é muito precisa. Refratariedade Também é empregado, principalmente em relação à perda da eficácia terapêutica. Resistência a um fármaco É uma expressão utilizada para descrever a perda de eficácia dos fármacos antimicrobianos ou antineoplásicos. Muitos mecanismos diferentes podem dar origem a esse tipo de fenômeno. Eles englobam: • alteração em receptores; • translocação de receptores; • depleção de mediadores; • aumento da degradação metabólica do fármaco; • adaptação fisiológica; • extrusão ativa do fármaco das células (relevante principalmente na quimioterapia antineoplásica; Índice terapêutico (IT) O conceito de índice terapêutico tem por objetivo fornecer uma medida da margem de segurança de um fármaco, chamando a atenção para a relaçãoentre as doses efetivas e tóxicas: Índice terapêutico: DL50 DE50 onde DL50 é a dose letal em 50% da população e DE50 é a dose “eficaz” em 50%. Obviamente, isso só pode ser medido em animais, e não se trata de um guia útil para a segurança de um medicamento em uso clínico por vários motivos: • A DL50 não reflete a incidência de efeitos adversos no uso terapêutico. • A DE50, em geral, não é definível, pois depende da medida de eficácia adotada. Por exemplo, a DE50 da aspirina usada para cefaleia leve é muito menor do que para seu uso como fármaco antirreumático. • A eficácia e a toxicidade estão sujeitas a variabilidade entre indivíduos. As diferenças individuais na dose eficaz ou na dose tóxica de um fármaco tornam o fármaco inerentemente menos previsível e, portanto, menos seguro, embora isso não se reflita no índice terapêutico. Janela terapêutica A janela terapêutica é a faixa de doses (concentrações) de um fármaco que produz uma resposta terapêutica, sem efeitos adversos inaceitáveis (toxicidade), numa população de pacientes. Para fármacos que possuem uma pequena janela terapêutica, é preciso efetuar uma estreita monitorização dos níveis plasmáticos do fármaco para manter uma dose efetiva, sem ultrapassar o nível passível de provocar toxicidade. A janela terapêutica pode ser quantificada pelo índice terapêutico (IT). O IT fornece um único número que quantifica a margem de segurança relativa de um fármaco numa população. Um alto valor de IT representa uma janela terapêutica grande (ou larga). @waleska112 Med IX - UFOB
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