Attivazione dei recettori

1. R + A RA Attivazione dei recettori Valutazione degli agonisti Teoria di Clark per l’interazione farmaco-recettore L’assunzione più importante di questa teoria è la proporzionalità lineare tra la risposta provocata e il numero di recettori occupati. Ne consegue che: La risposta massima si ottiene con l’occupazione di tutti i recettori. La risposta osservata ad una data concentrazione di farmaco corrisponde all’occupazione dei recettori all’equilibrio.

2. E [RA] A = E [R ] max T [R] [A] K = A [RA] [R] [A] [RA] = K A [R ] = [R] + [RA] T Dobbiamo esprimere diversamente sia [RA] che [RT] in modo tale da poter inserire grandezze note o ricavabili sperimentalmente. Per quanto riguarda [RA] da cui

3. [R] [A] E K A A = E [R] + [RA] max E [A] A = E K + [A] max A quindi avremo: che diviene: quando KA = [A] Si ottiene un effetto pari al 50% dell’effetto massimo La concentrazione di agonista che determina il 50% dell’effetto massimo viene definita EC50.

4. Per la teoria di Clark quindi KA = EC50. Cioè la costante di dissociazione di un agonista KA può essere calcolata direttamente dalla curva dose risposta. • pD2 = - log EC50 La teoria di Clark non può spiegare gli agonisti parziali né gli antagonisti.

5. Teoria di Ariëns La risposta biologica dipende da due fattori: Affinità E’ la capacità di un farmaco di legarsi al recettore ed è espressa dalla costante di dissociazione KA Attività intrinseca E’ la capacità del farmaco di indurre una risposta biologica (a)

6. a E [A] A = E K + [A] max A La risposta biologica allora sarà: Secondo questa teoria fermo restando che la risposta biologica dipende ancora dal numero di recettori attivati ma l’interazione viene studiata sotto due aspetti: affinità(capacità di legare il recettore). attività(capacità di indurre una risposta biologica.

7. Agonisti pieni Elevata affinità Attività intrinseca (a) = 1 Agonisti parziali Attività intrinseca (a) < 1 Elevata affinità Antagonisti Attività intrinseca (a) = 0 Elevata affinità

8. Possiamo determinare di un agonista parziale la KA e quindi definire la sua attività intrinseca disponendo di un agonista pieno:

9. Effetto Agonista parziale massimo a = Effetto Agonista pieno massimo Dalle teorie di Clark e Ariëns si evince che la risposta massima si ottiene quando tutti i recettori sono occupati ma questo non è sempre e comunque vero.

10. Teoria di Stephenson La risposta farmacologica non è linearmente proporzionale al numero di recettori occupati. Infatti: L’effetto massimo può essere ottenuto anche occupando un numero minimo di recettori Farmaci differenti possono dare la stessa risposta pur occupando un numero differente di recettori. Questa proprietà viene definitaEfficacia(e).

11. Prove a favore della teoria di Stephenson In alcuni tessuti veniva evocata la risposta massima con agonisti pieni. In presenza di un antagonista irreversibile veniva osservato il seguente comportamento: Invece di osservare subito la rispostadell’antagonismo non competitivo(curve rosse) si ha lo spostamento parallelo verso destra delle curve dose risposta (curve nere). Effetto massimo percentuale (%) log [agonista]

12. Questo si spiega con il blocco di un gran numero di recettori prima di ottenere la risposta attesa. Secondo Clark ed Ariëns questo non sarebbe spiegabile. Questi risultati vengono spiegati postulando la presenza nel tessuto deirecettori di riserva. I recettori di riservaspiegano l’ottenimento della risposta massima di un agonista ad una concentrazione al di sotto di quella necessaria ad occupare tutti i recettori. Ricordando quanto prima detto per la determinazione della KA degli agonisti (KA = EC50) si può dedurre che tale stima non è più corretta in presenza di recettori di riserva.

13. E A = f (S) E max e [RA] e [A] S = = [R ] K + [A] T A Dalla teoria di Stephenson La risposta di un agonista è funzione incognita di uno stimolo biologico (S) Per stimolo biologico s’intende il prodottodell’efficacia (e) per la frazione recettoriale occupata.

14. e [RA] e [A] S = = f [R ] K + [A] T A per cui: Limite della teoria di Stephenson L’efficacia(e)dipende dal tessuto e non è un parametro intrinseco del farmaco. Modifica di Furchgott L’efficacia (e) viene definita come il prodotto dell’efficacia intrinseca(e)per il numero totale di recettori:

15. e e = [R ] T In questo modol’efficacia intrinseca (e)è un parametro intrinseco del farmaco ed è indipendente dal tessuto mentrel’efficacia (e)dipende dal numero di recettori occupati e può variare da tessuto a tessuto.

16. Effetto massimo percentuale log [agonista] Attività degli antagonisti Antagonismo competitivo Gli antagonisti possono interagire con lo stesso sito dell’agonista e quindi competere nell’interazione con il recettore.

17. Effetto massimo percentuale log [agonista] Se in presenza di un antagonista si osserva uno spostamento parallelo verso destra, senza che venga alterata la risposta massima dell’agonista, l’antagonismo viene definito sormontabile. Se in presenza di un antagonista si osserva una diminuzione della risposta massima dell’agonista, l’antagonismo viene definito insormontabile.

18. Generalmente l’antagonismo sormontabile è legato all’antagonista competitivo mentre quello insormontabile a quello irreversibile. In realtà ci sono situazioni intermedie: a basse dosi l’antagonista irreversibile può dare un antagonismo sormontabile (vedi recettori di riserva);

19. A + B + R K K A B R — A + B R — B + A Calcolo della costante di dissociazione degli antagonisti Le interazionidell’agonistaedell’antagonista competitivo, all’equilibrio, dipendono: - dalle rispettive costanti di dissociazioni(KAe KB)

20. - dalle concentrazioni (aumentando la concentrazione di agonista, si può superare l’occupazione da parte dell’antagonista). Schild ha verificato che le curve dose rispostadell’agonistain presenza di dosi crescenti diantagonistarisultano spostate verso destra in modo parallelo. Le risposte ottenute con un agonista in assenza o in presenza di un antagonista risulteranno uguali solo quando l’agonista occuperà lo stesso numero di recettori.

21. Effetto massimo percentuale [R ] = [R] + [RA] + [RB] T La frazione recettoriale occupata da un agonista [RA] / [RT] in presenza di un antagonista può essere così calcolata:

22. [B] [R] [B] [R] [RB ] = K = B [RB] K B [A] [R] K [RA] A [R] = K = A [RA] [A] K [RA] [B]K [RA] A A [R ] = [RA] + + T [A] K [A] B [R] ed [RB] si possono ricavare dai rispettivi equilibri: da cui mentre dacui sostituendo avremo:

23. 1 [RA] = [R ] K K + K [A] + K [B] T A B B A K [A] B Mettendo in evidenza [RA]: K K [B] A A [R ] = [RA] + 1 + T [A] K [A] B la frazione recettoriale occupata dall’agonista sarà: Dividendo tutto per KB e mettendo in evidenza KA avremo:

24. [A] [RA] = [R ] [A] + K T A [A] [RA] = [R ] [B] T [A] K 1 + + A K B Dove[A]è la concentrazione dell’agonista in presenza dell’antagonista[B] PerB= 0 avremo:

25. [A] [RA] = [R ] [B] T [A] K 1 + + A K B In presenza di[B], l’agonista darà la stessa risposta che si otterrebbe in assenza di[B]solo quando verranno occupati lo stesso numero di recettori. Definiamo[A]la concentrazione di agonista che fornisce la stessa risposta di[A]in assenza di antagonista: A questa concentrazione di[A]il numero di recettori occupati è lo stesso di quando non è presente l’antagonista, quindi avremo eguagliando le due equazioni:

26. [A] [A] = K + [A] [B] A 1 + K [A] + A K B [A] [B] - 1 = [A] K B risolvendola in funzione di [A] / [A]: Ponendo[A]/ [A]= X e passando ai logaritmi avremo:

27. log (X - 1) = log [B] - log K B log (X - 1) (n = 1) log [B] Riportando in grafico (Analisi di Schild) avremo: Quando la retta ha pendenza = 1 l’antagonismo è competitivo Se X = 2 avremo che log KB = log [B]

28. L’intercetta viene chiamatapA2e rappresenta il logaritmo negativo della concentrazione di antagonista competitivo che determina il raddoppiamento della concentrazione dell’agonista per l’ottenimento del medesimo effetto in assenza di antagonista. pA2 = - log KB Solo quando la regressione di Schild è lineare ed ha uno slope = 1 pKB= pA2

29. log (x - 1) log [B] log K B Antagonisti allosterici Un antagonista viene definito allosterico quando interagisce con un sito differente ma connesso al sito dell’agonista.

30. Gli antagonisti allosterici spostano, come gli antagonisti competitivi, verso destra e parallelamente le curve dose risposta degli agonisti. Inoltre possono dare nella regressione di Schild un valore pari a 1. Però per concentrazione elevate si ha una marcata deviazione dall’antagonismo competitivo (saturazione del sito allosterico).

31. Come evidenziare un antagonismo allosterico? Si possono effettuare esperimenti in presenza di un antagonista competitivo noto. Se l’antagonista in esame è competitivo noteremo che l’effetto prodotto dai due antagonisti sarà additivo. Antagonisti non competitivi Gli antagonisti non competitivi competono con l’agonista per lo stesso recettore ma non per lo stesso sito. I due siti sono tra loro indipendenti e l’inibizione provocata da B non è influenzata dalla concentrazione dell’agonista A.

32. Effetto massimo percentuale log [agonista] La curva dose risposta non viene spostata verso destra ma si ha un abbassamento della risposta massima ottenibile con l’agonista. L’antagonista pur essendo non competitivo può spostare parallelamente la curva dose risposta verso destra

33. Un metodo semplice per calcolare la potenza di un antagonista non competitivo consiste nella determinazione della concentrazione di un antagonista che determina l’inibizione del 50 % della risposta massima dell’agonista. Tale valore viene indicato come IC50