MEHANIZMI DJELOVANJA LIJEKOVA

MEHANIZMI MEHANIZMI DJELOVANJA LIJEKOVADJELOVANJA LIJEKOVA

-opća načela---opopćća naa naččelaela--

Prof. dr. sc. Frane BožićZavod za farmakologiju & toksikologiju

Veterinarskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu

Prof. dr. Prof. dr. scsc. . FraneFrane BoBožžiiććZavod Zavod zaza farmakologiju & toksikologijufarmakologiju & toksikologiju

Veterinarskog fakulteta SveuVeterinarskog fakulteta Sveuččiliiliššta u Zagrebuta u Zagrebu

Mjesto djelovanja lijekaMjesto djelovanja lijekaMjesto djelovanja lijeka

1. Na stanicu

lijek započinje lančani slijed biokemijskih zbivanjakoja završavaju konačnim učinkom.

2. Izvan stanice

fizikalni učinci

kemijske reakcije

fizikalno—kemijski učinci

mijenjanje sastava tjelesnih tekućina

1. Na stanicu1. Na stanicu

lijeklijek zapozapoččinje laninje lanččani slijed biokemijskih zbivanjaani slijed biokemijskih zbivanjakoja zavrkoja završšavaju konaavaju konaččnim unim uččinkominkom..

2. Izvan stanice2. Izvan stanice

fizikalni ufizikalni uččinciinci

kemijske reakcijekemijske reakcije

fizikalnofizikalno——kemijski ukemijski uččinciinci

mijenjanje sastava tjelesnih tekumijenjanje sastava tjelesnih tekuććinaina

Stanično djelovanje lijekaStaniStaniStaničččno djelovanje lijekano djelovanje lijekano djelovanje lijeka

• Djeluje li lijek intracelularo, extracelularno ilina staničnu membranu?

• Djeluje li lijek na specifični tip stanica?

• Na koji tip receptora djeluje lijek?

• Mehanizam konačnog učinka lijeka?

*Lijekovi uglavnom m i j e n j a j u funkcijuenzima, membrana ili gena.

•• Djeluje li lijekDjeluje li lijek intracelularintracelularoo, extracelular, extracelularno ilino ilina stanina staniččnunu membranmembranuu??

•• Djeluje li lijek na specifiDjeluje li lijek na specifiččni tip stanicani tip stanica??

•• Na koji tip receptora djeluje lijekNa koji tip receptora djeluje lijek??

•• MehaniMehanizazamm konakonaččnognog uuččinkainka lijekalijeka??

** Lijekovi uglavnom Lijekovi uglavnom m i j e n j a j um i j e n j a j u funfunkcijukcijuenzenziimmaa, membran, membrana ilia ili gengenaa..

ReceptorReceptorReceptor

• Makromolekulski kompleks posredstvom kojega lijek polučuje biološke učinke.

• Odnos strukture i aktivnosti:

odnos između kemijske strukture lijeka i njegova biološkog učinka.

•• MMaakkromoleromolekulskikulski kkompleompleksks posredstvom posredstvom kojega lijekkojega lijek polupoluččujeuje biolobiološškeke uuččinkeinke..

•• Odnos sOdnos strutrukktureture i i akaktivtivnostinosti: :

odnos izmeđuodnos između kemijske strukture lijekakemijske strukture lijeka i i njegova biolonjegova biološškog ukog uččinkainka. .

Vezna mjesta lijekaVezna mjesta lijekaVezna mjesta lijeka

• Vezna mjesta lijeka su na proteinima, glikoproteinima i proteolipidima.

• Proteini se nabiru i stvaraju jedinstvene 3-D strukture.

• Izlažu mjesta na završecima određenihaminokiselina za selektivno vezanje molekula lijeka.

•• Vezna mjesta lijeka su naVezna mjesta lijeka su na proteinimaproteinima, , glglikoproteinimaikoproteinima ii proteolipidproteolipidimaima..

•• ProteinProteinii se nabiruse nabiru i stvaraju jedinstvenei stvaraju jedinstvene 33--D D strustrukkture.ture.

•• IzlaIzlažžuu mjestamjesta na zavrna završšecima određenihecima određenihaaminokiselinaminokiselina zaza seleselekktivtivno vezanje no vezanje molekula lijekamolekula lijeka..

Tipovi veza i privlačnih sila kojeosiguravaju vezu lijek-receptor

TTiippoviovi vezaveza i privlai privlaččnih silanih sila kojekojeosiguravaju vezu lijekosiguravaju vezu lijek--rreceptoreceptor

Razvrstavanje od jače prema slabijoj:• Kovalentna (ireverzibilna; najmanje učestala)

• Ionska (+/-)

• Vodikova (H - O)

• Hidrofobna interakcija

• Van der Waalsove (dipolna interakcija)

Razvrstavanje od jaRazvrstavanje od jačče prema slabijoje prema slabijoj::•• KKovalentovalentnana ((ireverireverzibilnazibilna; ; najmanje unajmanje uččestalaestala))

•• IonIonskaska (+/(+/--))

•• VodikovaVodikova (H (H -- O)O)

•• HidrofobnaHidrofobna interakcijainterakcija

•• Van der Van der WaalsWaalsoveove (dipol(dipolnana interainterakcijakcija))

Klasični receptoriKlasiKlasiččnini rreceptoreceptorii

• Smješteni na membrani.

• Amfipatski (polarne i nepolarneregije).

• Alfa-heliks tvori nepolarnetransmembranske regije.

•• SmjeSmješšteni nateni na membranmembranii..

•• AmAmfipatskifipatski (polar(polarnene ii nnepolarneepolarneregiregijeje).).

•• AAllffaa--heliheliksks tvoritvori nepolarnenepolarnetransmembransketransmembranske regiregijeje..

PolarPolarnini

PolarPolarnini

NNeepolarpolarnini

Karakterizacija receptoraKarakterizacijaKarakterizacija rreceptoreceptoraa

• Ovisi o specifičnosti vezanja l i g a n d a.

• Radioligandi (*označeni lijek) koriste se za mjerenje lijeka vezanog na receptor i slobodnoga lijeka.

• Nakon postignute ravnoteže, vezani i slobodni lijek se razdvoje.

• Odrede se koncentracije vezanog i slobodnog *liganda.

•• OvisiOvisi o o specifispecifiččnosti vezanja nosti vezanja ll i i gg aa nn dd a.a.

•• RadioligandRadioligandii (*(*oznaoznaččeni lijekeni lijek) ) koriste se za koriste se za mjerenjemjerenje lijeka vezanog nalijeka vezanog na receptorreceptor i slobodnoga i slobodnoga lijekalijeka..

•• Nakon postignute ravnoteNakon postignute ravnotežžee, , vezani i slobodni vezani i slobodni lijek se razdvojelijek se razdvoje..

•• Odrede se koncentracije vezanogOdrede se koncentracije vezanog i slobodnog i slobodnog *ligand*ligandaa..

Jednadžba: *L + R *LRJednadžba: *L + R *LR

[*L] [R] / [*LR] = k2 / k1 = Kd

• [*L] i [*LR] se mogu izmjeriti, ali [R] ne može:• [R] = [RT] - [*LR], i kad se uvrsti:• [*LR] / [*L] = [RT] / Kd - [*LR] / Kd ili…• [*V] / [*S] = [Vm] / Kd - [*V] / Kd

• y = b + mx

Krivulja [V] / [S] vs. [V]... SCATCHARD-ovakrivulja kosina = -1/Kd; x-intercept = Vmax

[*L] [R] / [*LR] = k2 / k1 = Kd

• [*L] i [*LR] se mogu izmjeriti, ali [R] ne može:• [R] = [RT] - [*LR], i kad se uvrsti:• [*LR] / [*L] = [RT] / Kd - [*LR] / Kd ili…• [*V] / [*S] = [Vm] / Kd - [*V] / Kd

• y = b + mx

Krivulja [V] / [S] vs. [V]... SCATCHARD-ovakrivulja kosina = -1/Kd; x-intercept = Vmax

kk11

kk22

vezanislobodni

Primjer:Primjer:Primjer:

• Određivanje Vmax i Kd iz Scatchard-ovekrivulje.

•• OdređivanjeOdređivanje VVmaxmax ii KKdd iziz ScatchardScatchard--oveovekrivuljekrivulje..

Scatchard-ova krivulja (V/S vs. V)ScatchardScatchard--ovaova krivuljakrivulja ((VV//SS vs. vs. VV))

Slope = Slope = --1/K1/Kdd

VVmaxmax

[[VV]]

[[VV//SS]]

V = vezani lijekS = slobodni lijek

ekstrapolacija

Određivanje specifičnoga vezanjaOdređivanje specifiOdređivanje specifiččnoga vezanjanoga vezanja

[specifično vezanje za receptor] =

[ukupno vezanje – nespecifično vezanje]

[[sspecifipecifiččnono vezanje za vezanje za receptor] =receptor] =

[[ukupno vezanjeukupno vezanje –– nespecifinespecifiččno vezanjeno vezanje]]

Koji dio ukupnog vezanja pretstavljaspecifično vezanje?

Koji dio ukupnog vezanjaKoji dio ukupnog vezanja pretstavljapretstavljasspecifipecifiččnono vezanjevezanje??

TotalTotal

NonspecificNonspecific

SpecificSpecific

[125 I

]-ve

zani

prot

ein

Slobodni lijek [125I]

SpecifiSpecifiččnono: : zasizasiććenoeno, , visokoafinitetnovisokoafinitetnoNNespecifiespecifiččnono: : nezasinezasiććenoeno, , niskoafinitetnoniskoafinitetno

Opće značajke mehanizma djelovanja lijekova

posredstvom receptora

OpOpćće znae značčajke ajke mehanizma djelovanja lijekova mehanizma djelovanja lijekova

posredstvom receptoraposredstvom receptora

• Agonistiefedrin (β-agonist)

• Antagonistidifenhidramin (antihistaminik)

• Parcijalni agonistisukcinilkolin (miorelaksans)

• Agonistiefedrin (β-agonist)

• Antagonistidifenhidramin (antihistaminik)

• Parcijalni agonistisukcinilkolin (miorelaksans)

ProteinProteinskiski rreceptoreceptor

Transmembransko djelovanjeTransmembranTransmembranskosko djelovanjedjelovanje

• Lijekovi koji djeluju na staničnu membranuproizvode transmembranske signale regulirajući:

» Ionske kanale.

» G proteine i sekundarne glasnike.

» Transmembranske enzime.

• Lijekovi koji djeluju na staničnu membranuproizvode transmembranske signale regulirajući:

» Ionske kanale.

» G proteine i sekundarne glasnike.

» Transmembranske enzime.

Transmembranski signalni mehanizmiTransmembranTransmembranskiski signalni mehanizmisignalni mehanizmi

= lijek= = lijeklijek

ExtracelularnoExtracelularno

IntracelularnoIntracelularno

gengen PP

GG

XX YY

1: Ionski kanali1: Ionski kanali

• Neurotransmitori: GABA, ACh, 5-HT, iekscitacijske a.k. (pr. glutaminska kis.)

• Otvaranjem kanala za specifične ione (Na+, K+, Ca2+) pojačava se provodljivostmembrane; ioni slijede elektrokemijskigradient.

•• NeurotransmitNeurotransmitoorri:i: GABA, ACh, 5GABA, ACh, 5--HT, HT, iiekscitacijskeekscitacijske a.ka.k.. ((prpr.. gluglutaminskataminska kiskis..))

•• Otvaranjem kanala za specifiOtvaranjem kanala za specifiččne ione ne ione (Na(Na++, K, K++, Ca, Ca2+2+)) pojapojaččava se provodljivostava se provodljivostmembranemembrane; ioni slijede ; ioni slijede eleelekktrotrokemijskikemijskigradient.gradient.

Otvor ionskog kanalaOtvor ionskog kanala

GABAGABAAA rreceptor:eceptor:kloridnikloridni kanalikanali

NMDA NMDA rreceptoreceptor::kationskikationski kanalikanali

2: Membranski receptorivezani na G proteine

2: Membranski receptorivezani na G proteine

Shema: receptor vezan na G proteinShemaShema: r: receptoreceptor vezan na vezan na G G pproteinrotein

NHNH22

COOHCOOH

Vezno mjesto liganda

GsVezno mjesto: trećaintracelularna petlja

Membrana stanice

ekstracelularno

intracelularno

7 transmembranskihsegmenata (domena)

Značajke G proteinaZnaZnaččajke ajke G G pproteinroteinaa

• G proteini su inaktivni kada je vezan GDP i aktivni kada je vezan GTP.

• G proteini se sastoje od α, β i γ podjedinica. αpodjedinica vezana je s aktiviranim receptorom, GDP/GTP-om i izvršnim enzimima (ili ionskim kanalima).

• Tipovi G proteina: Gs, Gi, Go, Gq

•• G proteinG proteinii susu inainaktivniktivni kada je vezankada je vezan GDP i GDP i aaktivniktivni kada je vezankada je vezan GTP.GTP.

•• G proteinG proteinii se sastoje odse sastoje od αα, , ββ ii γγ podjedinicapodjedinica. . ααpodjedinicapodjedinica vezana je svezana je s aaktiviranimktiviranim receptorreceptoromom, , GDP/GTPGDP/GTP--om iom i izvrizvrššnimnim enzenzimimaimima ((iliili ionskim ionskim kanalimakanalima).).

•• TTipoviipovi G proteinG proteinaa: G: Gss, G, Gii, G, Goo, G, Gqq

Kemijska poruka prenosi se preko stanične membrane u 4 faze:

Kemijska poruka prenosi se preko stanične membrane u 4 faze:

1) Vezanje lijeka (liganda) na receptor.

2) Aktivacija G proteina receptorom.

3) Regulacija enzima ili ionskog kanala G proteinom.

4) Promjena koncentracije sekundarnog glasnika.

1)1) Vezanje lijekaVezanje lijeka (ligand(ligandaa) ) nana receptor.receptor.

2)2) AktivacijaAktivacija G proteinG proteina receptoroma receptorom..

3)3) RRegulaegulacijacija eenznziimmaa iliili ionionskogskog kanalakanala G G proteinomproteinom..

4)4) Promjena koncentracije sekundarnog Promjena koncentracije sekundarnog glasnikaglasnika..

1) Mirujući(neaktivan):

3) Aktivno stanje:2) Aktivacija:

Vezanje transmitora ili Vezanje transmitora ili lijeka nalijeka na

4) Inaktiviran:

Glavni izvršitelji i unutarstaničnisekundarni posrednici

GlavniGlavni izvrizvrššiteljiitelji i unutarstanii unutarstaniččninisekundarnisekundarni posredniciposrednici

Izvršitelji:

• adenilat-ciklaza

° fosfolipaza C

Izvršitelji:

• adenilat-ciklaza

° fosfolipaza C

Sekundarni glasnici:

1. ciklični AMP (cAMP)

2. Ca++, DAG, i fosfoinozitid

Sekundarni glasnici:

1. ciklični AMP (cAMP)

2. Ca++, DAG, i fosfoinozitid

ReceptorReceptor

1. AC / cAMP sustav1. AC / cAMP sustav

Proteinske kinaze ovisne o cAMP-u (Proteinske kinaze A)

Proteinske kinaze ovisne o cAMP-u (Proteinske kinaze A)

Podjedinice:

• Regulacijska (GTP)

• Katalitična (pr. adenilat-ciklaza)

– Katalitična podjedinica biva zakočena kada se udružis regulacijskom podjedinicom.

– cAMP se natječe s regulacijskom podjedinicom iuzrokuje disocijaciju katalitične podjedinice

Podjedinice:

• Regulacijska (GTP)

• Katalitična (pr. adenilat-ciklaza)

– Katalitična podjedinica biva zakočena kada se udružis regulacijskom podjedinicom.

– cAMP se natječe s regulacijskom podjedinicom iuzrokuje disocijaciju katalitične podjedinice

a k t i v a c i j a e n z i m aa k t i v a c i j a e n z i m a

Inaktivacijski mehanizmi prijenosa signala cAMP-om

Inaktivacijski mehanizmi prijenosa signala cAMP-om

• Inaktivacija G proteina (GTPaze).

• Inaktivacija sekundarnih glasnika(fosfodiesteraza za cAMP).

• Inaktivacija proteinskih kinaza fosfatazama.

• Inaktivacija G proteina (GTPaze).

• Inaktivacija sekundarnih glasnika(fosfodiesteraza za cAMP).

• Inaktivacija proteinskih kinaza fosfatazama.

2. Kalcij-fosfoinozitidni sustav2. Kalcij-fosfoinozitidni sustav

• Vezan na G proteine.

• Aktivacija fosfolipaze C (PLC) ima za posljedicu hidrolizu fosfatidilinozitol-4,5-bifosfata (PIP2) u 2sekundarna glasnika:

1. diacilglicerol (DAG)

2. inozitol-1,4,5-trifosfat (IP3).

• DAG aktivira protein kinazu C (PKC).

• IP3 mobilizira Ca2+ iz unutarstaničnih spremišta.

• Vezan na G proteine.

• Aktivacija fosfolipaze C (PLC) ima za posljedicu hidrolizu fosfatidilinozitol-4,5-bifosfata (PIP2) u 2sekundarna glasnika:

1. diacilglicerol (DAG)

2. inozitol-1,4,5-trifosfat (IP3).

• DAG aktivira protein kinazu C (PKC).

• IP3 mobilizira Ca2+ iz unutarstaničnih spremišta.

Signalni put sustava Ca2+-fosfoinozitidSignalni put sustava Signalni put sustava CaCa2+2+--fosfoinozitidfosfoinozitid

RRECEPTORECEPTOR GG PLCPLC PIP2

IPIP33

CaCa2+2+CaMCaM

EE CaMCaM--E*E*

DAGDAG

PKCPKC

SuSuppstratstrat

ATPATP ADPADP

SubSub--PP

odgovorodgovor

+cciitoplatoplazzmmaa

membranmembranaa

3: Transmembranski enzimi regulirani ligandom (tyr kinaze)

3: Transmembranski enzimi regulirani ligandom (tyr kinaze)

1. Ligand (lijek, hormon) veže se na ekstracelularnu domenu.

2. Alosterični učinak… autofosforilacija intracelularne domene.

3. Fosforilirani oblik fosforilira substratne proteine.

4. Agonisti: inzulin, EGF, ostali činitelji rasta.

1.1. Ligand (lijek, hormon)Ligand (lijek, hormon) vevežže se na ekstracelularnu e se na ekstracelularnu domenudomenu..

2.2. AlosteriAlosteriččnini uuččinakinak…… autoautoffososffororiilalacija cija intracelularneintracelularne domenedomene..

3.3. FFososffororiillirani oblikirani oblik fosforilira substratnefosforilira substratne proteinproteinee..

4.4. AgonistAgonistii: in: inzzulin, EGF, oulin, EGF, ostali stali ččinitelji rasta.initelji rasta.

EGF receptor

Inaktivni monomerni oblik

Aktivni dimer

Intracelularni receptori: regulacija transkripcije gena

IntracelularIntracelularnini receptorireceptori: : regulacija transkripcije genaregulacija transkripcije gena

• Citosolni receptori: steroidi prolaze kroz staničnumembranu i vežu se na receptore u citosolu. Komplekslijek-receptor transportira se u jezgru, gdje se veže na DNK sekvence u blizini gena čiju ekspresiju reguliraju.

• Jezgreni receptori: tiroidni hormoni ulaze u stanicu, a nakon toga pasivno ulaze u jezgru, gdje je smješten specifični receptor (dio kromatina).

•• CCiitosotosolnilni receptorreceptorii: steroidi prolaze kroz staničnumembranu i vežu se na receptore u citosolu. Komplekslijek-receptor transportira se u jezgru, gdje se veže na DNK sekvence u blizini gena čiju ekspresiju reguliraju.

•• JezgreniJezgreni receptorreceptorii: tiroidni hormoni ulaze u stanicu, a nakon toga pasivno ulaze u jezgru, gdje je smješten specifični receptor (dio kromatina).

Mehanizam djelovanja steroidaMehanizam djelovanja steroida

pplalazzmama

RR

jezgrajezgra

RR

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

RNARNA

mRNAmRNApproteinrotein

uuččinakinak

lijeklijek

Ekstracelularno djelovanje lijekaEEEkskskstracelulartracelulartracelularnonono djelovanjedjelovanjedjelovanje lijekalijekalijekaFizikalni učinci

Adsorbensimedicinski ugljen kaolin

Protektivi

Lubrikantiparafinsko ulje

Fizikalni uFizikalni uččinciinci

AdsorbensiAdsorbensimedicinski ugljen medicinski ugljen kaolinkaolin

ProtektiviProtektivi

LubrikantiLubrikantiparafinsko uljeparafinsko ulje

Kemijske reakcijeKemijske reakcijeKemijske reakcije

Antikoagulansiheparin

protamin (antagonist heparina).

Kelirajući spojevi

EDTA

penicilamin

dimerkaptol

AntikoagulansiAntikoagulansiheparin

protamin (antagonist heparina).

KelirajuKelirajućći spojevii spojevi

EDTA

penicilamin

dimerkaptol

vežu Pb, Cu, Hg

Antacidi (neutraliziraju HCl u želucu)

aluminijev hidroksid

natrijev bikarbonat

Adstrigensi (precipitiraju bjelančevine, pr. u koži)

Antiseptici i dezinficijensi(potiču oksidativne reakcije u mikroorganizmima)

AntacidiAntacidi (neutraliziraju HCl u (neutraliziraju HCl u žželucu)elucu)

aluminijev hidroksid

natrijev bikarbonat

AdstrigensiAdstrigensi (precipitiraju bjelan(precipitiraju bjelanččevine, pr. u koevine, pr. u kožži)i)

Antiseptici i dezinficijensiAntiseptici i dezinficijensi(poti(potičču oksidativne reakcije u mikroorganizmima)u oksidativne reakcije u mikroorganizmima)

Surfaktanti (mijenjaju napetost dviju faza)

deterdženti

emulgatori

anticimotici (sredstva protiv stvaranja pjene)

neki antiseptici i dezinficijensi

SurfaktantiSurfaktanti ((mijenjaju napetost dviju faza)

deterdženti

emulgatori

anticimotici (sredstva protiv stvaranja pjene)

neki antiseptici i dezinficijensi

Fizikalno-kemijski učinciFizikalnoFizikalno--kemijski ukemijski uččinciinci

Mijenjanje sastava tjelesnih tekućina

Mijenjanje sastava tjelesnih Mijenjanje sastava tjelesnih tekutekuććinaina

Osmotski aktivni lijekovikoloidno-osmotski laksansi (gorke soli);

magnezijev i natrijev sulfat

osmotski diuretici (manitol)

hipertonski oblozi

plazmaekspanderi (dekstran 40 i 70)

Osmotski aktivni lijekoviOsmotski aktivni lijekovikoloidno-osmotski laksansi (gorke soli);

magnezijev i natrijev sulfat

osmotski diuretici (manitol)

hipertonski oblozi

plazmaekspanderi (dekstran 40 i 70)