curvas d-r presentaciòn 1
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UNIVERSIDAD DE SALAMANCA
Departamento de Fisiología y FarmacologíaLaboratorio de Farmacognosia y
Farmacología
Interacciones fármaco-receptorCurvas dosis-respuesta
Complejo F-RF + R
Enlaces electrostáticos, fuertes o débiles pero normalmente reversibles
FÁRMACO
“SITIO DE UNIÓN”
Unión por enlaces covalentes son estables y esencialmente irreversibles
RECEPTORES FARMACOLÓGICOS
RESPUESTA
¿Cómo actúan los fármacos en el organismo?
El fármaco no origina mecanismos o reacciones nuevas, sino que se limita a estimular o inhibir los procesos propios de la célula
El conocimiento de la naturaleza de estos sitios de unión, y los mecanismos por los que esta unión origina una respuesta, es la base principal de la investigación en Farmacología
FÁRMACO
RESPUESTARECEPTORES FARMACOLÓGICOS
inicia una serie de modificaciones bioquímicas y fisiológicas
Receptor farmacológico = diana
Proteínas
Un componente macromolecular de una célula con la cuál interacciona un fármaco para producir una respuesta
1.Enzimas2.Canales iónicos 3.Moléculas
transportadoras4.Receptores
ADN Tubulina
Proteínas plasmáticas
RECEPTORES SILENCIOSOS= ACEPTORES
RECEPTOR : macromolécula celular implicada en los procesos de transmisión de señal, con la que interactúan neurotransmisores, fármacos o mediadores para inducir una modificación funcional
Dinámica de activación de un receptor
IUPHAR (Unión Internacional de Farmacología)
NeurotransmisorHormona Receptor
Célula endotelialCélula músculo lisoÓxido nítrico
Arteria contraída
Célula músculo liso contraída
Vasodilatación
modificaciones celulares y moleculares desencadenadas por la interacción entre ambas
moléculas
consecuencia final del proceso
Reconocimientoasociación específica entre el ligando y su
receptor:
Transducción(Acción)
Respuesta funcional(Efecto)
a) La unión fármaco-receptor es reversible.
b) Existe una relación lineal entre el número de receptores ocupados y la respuesta farmacológica.
c) La respuesta máxima aparece con la ocupación de todos los receptores.
Asume que la respuesta de un tejido a un fármaco es debida a la
ocupación de los receptores por las moléculas del fármaco
Teoría ocupacionalClark ,1933
Complejo F-RF + R
Interacción fármaco-receptor
Respuesta
[F] + [R] [F-R] k1
k-1
En equilibrio:
[F] x [R] x k1 = [FR] x k-1
k-1/k1 = constante de disociacion (kd)
k1/k-1 = 1/kd = constante afinidad
A menor kd el fármaco
es más potente
[F] [R]
[F-R]= kd
Afinidad: Es la capacidad del fármaco para unirse a un receptor específico y formar el complejo F-R.
Interacción fármaco-receptor
[F] + [R] [F-R] Efectok1
k-1
[F] . [R]
[F-R]= kd
[RT] = [RL] + [F-R]
[F]. ([RT] -[F-R])
[F-R] = kd
[RT] . [F][F-R] = --------------
kd + [F]
El efecto farmacológico es proporcional a la concentración de complejos [F-R]
Interacción fármaco-receptor
[RT] . [F][F-R] = --------------
kd + [F]
[F-R] [F] -------- = ---------- [RT] kd + [F]
[F] Log [F]
r
0
1
0.5
r
• Velocidad de cambio es rápida al principio y se hace progresivamente más pequeña cuando la dosis se incrementa
• Cuando incrementos en la dosis no producen cambios en el efecto hemos obtenido el efecto máximo
• Dificultad para el análisis matemático
Escala aritmética [RT] . [F]
[F-R] = --------------kd + [F]
[F-R] [F] r = -------- = --------- [RT] kd + [F]
0.10.31 3 100
10
20
30
40
50
L-NAMEControl
Acetylcholine nmol/kg
% fa
ll in
blo
odpr
essu
re
-2 -1 0 1 20
10
20
30
40
50
L-NAME
Acetylcholine nmol/kg
Control
0.1 0.3 1 3 10
% fa
ll in
blo
od p
ress
ure
Escala logarítmica
[RT] . [F][F-R] = --------------
kd + [F]
• Transformación de una curva hiperbólica en sigmoidea
• Parte central es una línea recta
• Se comprime la escala de la dosis
• Dosis proporcionales aparecen a intervalos iguales
• Más fácil para el análisis matemático
[F-R] [F] r = -------- = --------- [RT] kd + [F]
0.10.31 3 100
10
20
30
40
50
L-NAMEControl
Acetylcholine nmol/kg
% fa
ll in
blo
odpr
essu
re
-2 -1 0 1 20
10
20
30
40
50
L-NAME
Acetylcholine nmol/kg
Control
0.1 0.3 1 3 10
% fa
ll in
blo
od p
ress
ure
[RT] . [F][F-R] = --------------
kd + [F]
[RT] [RT] . [F50]-------- = --------------
2 kd + [F50]
kd = [F50]
Cuando F-R = 50% F-R Entonces receptores ocupados = RT / 2
A igual grado de ocupación todos los agonistas producen el mismo efecto Solo se distinguen dos tipos de fármacos: los agonistas, y los antagonistas
(kd + [F50]) . [RT] = 2 . [RT] . [F50]
kd + [F50) = 2 [F50]
Fármacos agonistas
Fármacos antagonistas• Fármaco que interacciona con el receptor
pero NO lo activa• Tiene afinidad pero NO actividad
• Fármaco que interacciona con el receptor y lo activa
• Tiene afinidad y actividad
Posición relativa de las curvas dosis-respuesta en el eje de abcisas
Tiene poca significancia clínica para un efecto terapéutico dado.
Un fármaco más potente que otro no significa que clínicamente sea superior
La potencia baja es una desventaja sólamente si la dosis es tan grande que es un problema administrarla.
Potencia
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-9,0 -7,0 -5,0 -3,0
Fármaco A
Fármaco B
Fármaco C
Fármaco D [F50]
[RT] . [F][EF] = ----------------
kd + [F]
[RT] . [F][F-R] = --------------
kd + [F]
EF = [F-R]
Emax = [RT]
Emax . [F]EF = ----------------
kd + [F]
Actividad intrínseca () capacidad de los fármacos de generar un efecto tras interaccionar con un receptor
Teoría de Ariens (1964)
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
1 2 0
-10 -8 -6 -4 -2 0
Log (M)
Interacción fármaco-receptor
Emax . [F]EF = ----------------
kd + [F]
E50 = Emax /2
Emax . [F50]E50 = ----------------
kd + [F50]
Emax (kd + [F50]) = 2 Emax . [F50]
kd + [F50] = 2 [F50]
kd = [F50]
Interacción fármaco-receptor
0
20
40
60
80
100
120
-9 -7 -5 -3Log (M)
Res
pu
esta
(%)
Emax Emax . [F50]------ = ---------------- 2 kd + [F50]
0
20
40
60
80
100
120
-9 -7 -5 -3Log (M)
Res
pu
esta
(%)
kd = [F50]
p[F50]
pCE50
pD2
Logaritmo negativo en base 10 de la concentración de un agonista que produce el 50% de la respuesta máxima
Constante de disociación : concentración del agonista que produce el 50% de la respuesta máxima
Cuanto mayor es pCE50 mayor
es la potencia del agonista
- Log kd = - Log [F50]
0
20
40
60
80
100
120
-9 -8 -7 -6 -5
(Log M)
Re
sp
ue
sta
(%
)
La actividad intrínseca se expresa en unidades arbitrarias, mediante el cociente entre el efecto máximo que se obtiene y el efecto máximo con el que responde el sistema biológico agonista perfecto: = Emax / EMAX
Agonista total = 1 = 1
= 0.7
= 0.3
Agonista parcial 0<<1
Antagonista = 0
Interacción fármaco-receptor
Fármacos agonistas
• Interaccionan con receptores y los activan. Tienen afinidad y actividad– Completo: un agonista con la máxima
actividad intrínseca– Parcial: un agonista con menos de la máxima
actividad intrínseca
Fármacos antagonistas
• Interaccionan con los receptores pero NO los modifican. Tienen afinidadafinidad pero NO actividad
Emax . [F]EF = ----------------
kd + [F]1 kd + [F] kd 1 1
--- = ----------------- = ------- . ---- + ------EF Emax . [F] Emax [F] Emax
Representación deDoble recíproco
y = a x + b
Interacción fármaco-receptor
[RT] . [F][F-R] = --------------
kd + [F]
Teoría de Stephenson (1956)
1.- La respuesta es una función desconocida de la ocupación de los receptores
2.- El efecto máximo se puede producir con una ocupación pequeña de receptores.
3.- Los fármacos pueden tener diferentes capacidades para iniciar una respuesta
Eficacia (e) : capacidad de generar estímulos
Se pueden obtener respuestas iguales por distintos fármacos con ocupaciones diferentes de receptores
Interacción fármaco-receptor
e [F-R] S = -------- [RT]
EF
R = ------- = (S) Emax
Teoría de Stephenson (1956)
• Elimina la necesidad de asumir que la respuesta máxima de un tejido requiera la ocupación total de los receptores por el agonista
• Explica la actividad de agonistas, agonistas parciales y antagonistas competitivos, • Explica los cambios en la localización de las curvas concentración-respuesta a lo
largo del eje de las concentraciones (potencia), así como las respuestas máximas.
: función desconocida que establece la proporcionalidad entre el estímulo al receptor y la respuesta del tejido
[F-R] [F] -------- = ---------- [RT] kd + [F]
EF e [F] ---- = -----------
Emax kd + [F]
Interacción fármaco-receptor
RECEPTORES DE RESERVA
Nickerson (1956)
0
20
40
60
80
100
120
-9 -7 -5 -3Log (M)
Res
pu
esta
(%)
Experimentos en tiras de ileon de cobaya
Histamina produce contracción.
En presencia de un antagonista irreversible (GD-121), las curvas se desplazaban hacia la derecha sin cambios en la pendiente ni en la respuesta máxima.
Concentraciones más altas del GD-121 reducían la respuesta máxima de histamina.
Interacción fármaco-receptor
Las evidencias experimentales sugerían que 1% de receptores necesitaban estimularse por la histamina para conseguir la respuesta máxima.
Teoría anteriores asumen que todos los receptores deberían estar ocupados para producir una respuesta máxima. En ese caso la mitad del efecto máximo CE50=Kd. A veces, el efecto máximo se consigue con una ocupación parcial de receptores.
¿PORQUÉ HAY RECEPTORES DE RESERVA?
Interacción fármaco-receptor
Respuesta Ocupación1. Permite respuesta máxima sin la
ocupación total de los receptores. Incrementa la sensibilidad del sistema
2. Los receptores de reserva pueden unir (e internalizarse) ligando extra para prevenir una respuesta exagerada si hay demasiado ligando presente
EF [RT] [F]
------ = --------------
Emax kd + [F]
Furchgott(1966)
Eficacia intrínseca () = capacidad de un fármaco para iniciar un estímulo de un receptor
Stephenson(1956)
EF e [F] ---- = ----------- Emax kd + [F]
e = ------ [RT]
Con este cambio, la capacidad de generar estímulos constituye un término estrictamente relacionado con el fármacoLa eficacia (e) del modelo de Stephenson es un término dependiente del tejido y del fármaco, ya que se pueden tener eficacias diferentes en distintos tejidos.
Interacción fármaco-receptor
Distinguir entre ocupación de un receptor por un agonista y la
activación de ese receptor, distinción no era considerada en los primeros trabajos sobre receptores.Explica cómo las diferencias en la función de transducción y la densidad de los receptores en diferentes tejidos pueden incidir en el mismo agonista
Interacción fármaco-receptor
Respuesta Ocupación
Log (Agonista)
MEDIDA DIRECTA DE LA UNIÓN F-R
Requisitos
• La unión del radioligando debe ser un proceso saturable
• La afinidad del radioligando debe ser elevada
• La unión debe ser reversible
• Competencia de agonistas/antagonistas con el radioligando
ENSAYOS DE UNIÓN DE RADIOLIGANDOSestudios de “binding”
Interacción fármaco-receptor
1. Identificar un ligando radioactivo apropiado para el
experimento
2. Utilizar un tejido adecuado para el experimento
3. Seleccionar un método de separación para separar la
fracción unida de la libre
4. Identificar un método para diferenciar la unión específica
de la no específica
5. Condiciones apropiadas para el ensayo:
a. pH del buffer
b. Buffers utilizado
c. Reactivos adicionales para el binding
d. Temperatura de la reacción de binding
FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE EXPERIMENTOS DE BINDING
Interacción fármaco-receptor
Elección del radioligando
Tipo de isótopo• El radioligando debería ser químicamente estable
en el medio y durante la reacción de binding• El radioligando debería ser puro
Afinidad
Especificidad
Selectividad
El radioligando debería tener alta afinidad por el receptor
La especificidad del radioligando debería ser bastante alta para detectar receptores en el tejido estudiado. Esto normalmente quiere decir una radioactividad específica de 30 Ci/mmol o mayor
El radioligando debería tener un alto grado de selectividad por el receptor que se estudia
Interacción fármaco-receptor
Preparación del tejido1. Membranas celulares aisladas de
células de cultivos
2. Membranas celulares de tejidos de órganos que han sido lavadas varias veces para eliminar cualquier ligando endógeno
3. Células intactas de cultivos celulares
4. Cortes histológicos de órganos (p.e. cerebro) para estudios de binding en autorradiografía
5. Receptores solubles que están presentes en tejidos o receptores de membranas que se han solubilizado
Interacción fármaco-receptor
TIPOS DE ENSAYOS
1.- Determinación de la unión
específica y no específica
2.- Experimentos de saturación:
determinación de Bmax y Kd
3.- Experimentos de competición:
determinación de Ki
4.- Experimentos de cinética
Interacción fármaco-receptor
1.- Unión específica y no específica
Incubación del tejido con concentraciones crecientes del fármaco radiactivoUNIÓN TOTAL
Repetir el experimento en presencia de una concentración saturante de ligando no radiactivo: UNIÓN NO ESPECÍFICA
Determinación de la unión específica y no específica
UNIÓN ESPECÍFICA = UNIÓN TOTAL - UNIÓN NO ESPECÍFICA
Bmax significa todos los receptores que están ocupados por el radioligando Es la unión total.
Kd es la concentración de radioligando necesaria para unirse al 50% de los receptores
Sirven para el cálculo de la densidad de receptores (Bmax) y la constante de disociación (Kd)
2.- Experimentos de saturación
[B] = [F-R] =cantidad unida
[Bmax] = RT
= nº total de sitios de unión (pmol/mg proteína)
2.- Experimentos de saturación
[RL]. [F] [F-R] = -------------
Kd
[Bmax-B]. [F] [B] = -------------------
Kd Radioligando libre (M)
Rad
ioli
gan
do
un
ido
(p
M)
[Bmax-B]. [F][B] = ---------------- Kd
[B] -1 Bmax
----- = ------ [B] + ---------[F] Kd Kd
Ecuación para la representación de Scatchard
[B] -B Bmax
----- = ------ + ---------[F] Kd Kd
Interacción fármaco-receptor
La unión también se mide en presencia de la misma concentración de radioligando más concentraciones crecientes de ligando no marcado
La unión se mide en presencia de una concentración muy alta de radioligando para ocupar todos los receptores. Curvas de saturación
Miden la capacidad de una sustancia no marcada para competir con el radioligandoSirven para el cálculo de la constante de inhibición (Ki)
3.-Experimentos de competición (inhibición)
4.- Experimentos cinéticos de asociación y disociación
La concentración de receptores se mantiene constante y la fijación se determina en función del tiempo
Tiempo (minutos)Estos experimentos permiten:- Determinar el tiempo al cual se alcanza el estado de equilibrio, para utilizarlo como tiempo de incubación en los experimentos de saturación y competición.- La determinación de K+1. Junto con la K-1 estimada en los estudios de disociación, permiten determinar la Kd.
Rad
ioli
gan
do
un
ido
(cp
m)
Estado de equilibrio
• Interaccionan con los receptores pero NO los modifican.
• Tienen afinidadafinidad pero NO actividad
• Dos tipos– Competitivos
– No competitivos
Fármacos antagonistas
Interacción fármaco-receptor
Antagonismo Competitivo
• Compite con el agonista por el receptor
• Remontable aumentando la concentración del agonista
• Desplaza las curvas concentración respuesta del agonista hacia la derecha
• Reduce la afinidad del agonista., incrementa 1/Ke (constante de disociación
Interacción fármaco-receptor
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1-10
10
30
50
70
90
110AChACh +A 10-8ACh +A 10-7ACh +A 3x10-7
Acetilcolina (Log M)
% C
on
trac
ció
n
ANTAGONISMO COMPETITIVO
Reversible
Irreversible
NA
NA
NA +Propranolol
NA +Fenoxibenzamina
Fenoxibenzamina
Interacción fármaco-receptor
ANTAGONISMO COMPETITIVO
Reversible Irreversible
B =0B =10
B =100
Log (A) Log (A)
% R
esp
ues
ta
B=0B=10
B=100% R
esp
ues
taInteracción fármaco-receptor
Antagonismo no competitivo
• El fármaco se une al receptor y permanece unido• Es irreversible• Cuanto más receptores se ocupan (esencialmente se
inactivan) el agonista es incapaz de alcanzar el efecto máximo
• No modifica la afinidad del agonista
Interacción fármaco-receptor
ANTAGONISMO NO COMPETITIVO
B =0
B =10
B =100
Log (A)
% R
esp
ues
ta
Interacción fármaco-receptor
Emax
= Kd
Cálculo de la potencia de un antagonista
[A] + [R] [A-R] k1A
k-1A
En equilibrio:
[A] x [R] x k1A = [R-A] x k-1A
[B] x [R] x k1B = [R-B] x k-1B
[B] + [R] [B-R] k1B
k-1B
[RT] = [R] + [R-A] + [R-B]
[R] = [RT] - [R-A] - [R-B]
[A] x ([RT] - [A-R] - [B-R]) x k1A = [A-R] x k-1A
[R-B] [R-A] [kA]-------- = 1 + ------- (1 + ------- ) [RT] [RT] [A]
kB [R-A] kA kB ------- = ------- (1 + ------- ) (1 + ---- ) -1 [B] [RT] [A] [B]
[R-A] [A] -------- = ----------------------------- [RT] [A] + kA (1+ [B]/kB)
[R-A] [A] -------- = ------------- [RT] [A] + kA
[R-A] [A’] -------- = -------------------------------- [RT] [A’] + kA (1+ [B]/kB)
[A] [A’] ------------ = ------------------------- [A] + kA [A’] + kA (1+ [B]/kB)
[A] [B] ------ = 1 + -------- [A’] kB
[A] [A] [A’] [A’] ----- +----- = ------- +---------------- [A] kA [A’] kA (1+ [B]/kB)
[A’] kA ----- = ------ (1+ [B]/kB) [A] kA
Schild (1947) simplificó la ecuación de Gaddum de la siguiente manera:
Interacción fármaco-receptor
Gaddum
log ([A’]/[A] -1) = log B- log KB
Representando en abscisas log B y en ordenadas log ([A']/[A] -1), se obtiene una línea recta de pendiente 1 y la intersección con el eje de abscisas es = log KB por tanto podemos determinar la constante de afinidad (1/KB) del antagonista competitivo.
pA2 = - Log B
CÁLCULO DEL pA2
Representación de Schild
-9 -8 -7 -6 -5Log B
[A] [B] ------ = 1 + -------- [A’] kB
[A] [B] ------ -1 = ------ [A’] kB
log B = log KB
La medida práctica del antagonismo no competitivo se efectúa determinando el pD'2 que es el logaritmo cambiado de signo de la concentración molar del antagonista que reduce al 50% el efecto del agonista.
pD’2 =-Log B-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
-8 -7 -6 -5 -4
Papaverina (Log M)
log
(X
-1)
log ([Emax]/[E'max] -1) = log B- log KB
Interacción fármaco-receptor
CÁLCULO DEL pD’2 PARA ANTAGONISTAS NO COMPETITIVOS
B =0
B =10
B =100
Log (A)
% R
espu
esta
Curvas Dosis-respuesta
• Graduales – respuesta medida en una escala continua
• Cuantales – respuesta del todo o nada– Relaciona dosis y frecuencia de respuesta en
una población de individuos – A menudo derivadas de frecuencia de
distribución de dosis requerida para producir un efecto específico
Interacción fármaco-receptor
Curvas dosis-respuesta cuantal (respuestas de sí/no)
Interacción fármaco-receptor
Curvas dosis-frecuencia
Cuantificación de la seguridad
Índice Terapéutico = DL50
DE50
sueño100
50
0
DE50 DL50
sueño
muertemuerte
DE50 DL50
100
50
0Po
rcen
taje
de
resp
ues
ta
Interacción fármaco-receptor
Cuantificación de la seguridad
Índice Terapéutico = DL50
DE50
Interacción fármaco-receptor
Cuanto más alto es el IT mejor es el fármaco
El IT varia de: 1.0 (algunos fármacos para el cáncer ) a: >1000 (penicilina)
Fármacos que actúan sobre el mismo receptor o sistema enzimático a menudo tienen el mismo IT