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El efecto sobre la eficacia y potencia de un antagonista no competitivo que se une al sitio activo del receptor (curva dosis-respuesta)

El efecto sobre la eficacia y potencia de un antagonista no competitivo que se une al sitio activo del receptor (curva dosis-respuesta)


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Según el libro "Principios de farmacología: la base fisiopatológica de la farmacoterapia" de Golan et al, los antagonistas no competitivos pueden unirse tanto al sitio alostérico como al sitio activo.

Sé que un antagonista no competitivo que se une al sitio alostérico provoca una disminución de la eficacia, pero no una disminución de la potencia (consulte la figura siguiente). La Figura A muestra el agonista solo y el agonista junto con un antagonista competitivo. Esto hace que la curva de respuesta a la dosis se desplace hacia la derecha, aumentando así la CE50 y disminuyendo la potencia del agonista. La Figura B muestra la curva de dosis-respuesta para el agonista solo y el agonista junto con un antagonista no competitivo que se une a un sitio alostérico. Como ve, este tipo de antagonista provoca una disminución de la eficacia, pero no se observa una disminución de la potencia.

Pero, ¿cómo afecta un antagonista no competitivo que se une al sitio activo a la curva dosis-respuesta? ¿Conduce a una disminución tanto de la eficacia como de la potencia? Desafortunadamente, no hay una cifra en el libro que responda a mi pregunta.


Respuesta corta

Los 'inhibidores activos de unión al sitio no competitivos' se denominan inhibidores de tipo mixto. Estos inhibidores exhiben características de inhibidores competitivos y no competitivos, ya que aumentan la Kmetro (como un inhibidor competitivo) y disminuir Vmax (como un inhibidor no competitivo).
Fondo

¡Qué pregunta tan interesante!

En teoría, un inhibidor reversible que se une al sitio activo de una enzima es, por definición, competitivo. En una revisión de Blat (2010), el autor menciona que los inhibidores activos de unión al sitio que muestran una inhibición no competitiva son de hecho inusuales. Dichos inhibidores se denominan inhibidores de tipo mixto. En muchos casos, el comportamiento inusual se observa con (1) enzimas que utilizan un exosite para unión de sustrato, o (2) enzimas isomecanismos, (3) enzimas con múltiples sustratos / productos y⁄ o (4) productos e inhibidores de la unión de dos pasos.

(1) Enzimas con exosita tienen un sitio de reconocimiento de sustrato que es diferente del sitio activo. Por ejemplo, algunas proteasas se unen a su objetivo en el exosito y luego catalizan la proteólisis en el sitio activo. Los inhibidores de tipo mixto se unen luego al exosito, induciendo así un comportamiento no competitivo, ya que el sitio activo no está unido.

(2) enzimas isomecanismos son enzimas que sufren varios cambios estructurales de transición durante la catálisis. Cuando una de estas conformaciones limita la velocidad y se une al inhibidor de tipo mixto, puede inhibir de forma no competitiva la enzima cuando otra forma conformacional se une al sustrato.

(3) Enzimas con múltiples sustratos o productos. a veces siguen una unión y liberación secuenciales de dos sustratos (o productos). Suponga el sustrato A y el cofactor B (por ejemplo, NADPH). La enzima convierte el sustrato A en A 'y el cofactor B en B'. Ahora suponga que la enzima obligatoria tiene que liberar A 'antes de que B' pueda ser liberada y que el estado unido a B 'no puede unirse al sustrato A en el sitio activo, pero es capaz de unirse al inhibidor de tipo mixto. En este caso, nuevamente, se observa un patrón de inhibición no competitivo.

(4) Inhibidores de la unión de dos pasos se refieren a inhibidores que provocan un cambio conformacional de la enzima después de unirse a su inhibidor, que se revierte muy lentamente. En el estado conformacionalmente cambiado, la enzima no puede unirse al sustrato y se pierde la competencia con el sustrato. El caso más extremo son los inhibidores que se unen covalentemente al sitio activo (tenga en cuenta que este es el mecanismo abordado por @RoverEye).

Usted pregunta cuáles son los gráficos de dosis-respuesta de los inhibidores de tipo mixto. Una forma más común de mostrar el comportamiento de los inhibidores es utilizar gráficos de Lineweaver-Burk. Muchas enzimas siguen la cinética de Michaelis-Menten (Berg et al., 2002) y al trazar la cinética de la enzima a medida que Lineweaver-Burk traza, se obtiene más información sobre la afinidad (Kmetro, usted llama a esto 'potencia') y la tasa máxima de la enzima (Vmax, usted llama a esto 'eficacia') en comparación con los gráficos de dosis-respuesta. En Lineweaver-Burk traza el velocidad recíproca de la enzima se representa frente a la recíproco de la concentración de sustrato, lo que da como resultado una línea recta de cuya afinidad se puede obtener fácilmente una velocidad máxima mediante regresión lineal.

Los siguientes gráficos obtenidos del Instituto de Tecnología de Illinois muestran los tres modos diferentes de inhibición discutidos, comenzando con los dos tipos comunes:


Aumentan los inhibidores competitivos Kmetro (es decir, disminuir la afinidad del sustrato).


Disminuyen los inhibidores no competitivos Vmax (es decir, disminuir la rotación del sustrato)


Aumentan los inhibidores de tipo mixto Km y disminuir Vmax
Referencias
- Berg y col. (2002). Bioquímica, 5th edición
- Blat, Des de la droga de Chem Biol 2010;75(6):535-40


Esta es una pregunta difícil. Estaba leyendo este papel Patrono, C. y col. "Farmacología clínica de la inhibición de la ciclooxigenasa plaquetaria". Circulation 72.6 (1985): 1177-1184. y parecían mencionar este párrafo en la introducción.

La cicloxigenasa plaquetaria o prostaglandina (PG) H sintasa (es decir, la enzima que convierte el araquidonato liberado de los fosfolípidos de la membrana en endoperóxidos PG) es el objetivo de varios agentes antiplaquetarios que pueden bloquear de manera reversible o irreversible la actividad de la enzima compitiendo con el sustrato o de forma permanente alterando el sitio activo, respectivamente. Dichos fármacos pertenecen a la clase de los denominados agentes antiinflamatorios no esteroideos (p. ej., indometacina, aspirina), pero también incluyen un agente uricosúrico, es decir, sulfinpirazona.

Entonces tenemos que buscar DRC de un AINE para decir COX. Ahora no pude encontrar un buen DRC para la aspirina (si lo encuentra, avíseme en los comentarios a continuación. Me encantaría echarle un vistazo). Pero encontré DRC para otras drogas que inhiben la COX.

Me llevó a este papel Walker, M. y col. "Un mecanismo cinético de tres pasos para la inhibición selectiva de la ciclooxigenasa-2 por inhibidores diarilheterocíclicos". Biochem. J 357 (2001): 709 - 718. que describió la inhibición de COX2 por un AINE llamado celecoxib.

La inhibición de las isoenzimas COX por los AINE generalmente se ajusta a uno de tres mecanismos inhibidores: inhibición simple reversible, como lo demuestra el ibuprofeno; inhibición reversible dependiente del tiempo, que incluye inhibidores de unión más débiles, como naproxeno, e inhibidores de unión fuerte, como indometacina y ácido meclofenámico; e inhibición covalente irreversible, como lo demuestran la aspirina y el sulfuro de o- (acetoxifenil) hept-2-inilo ("APHS"). La mayoría de los AINE tradicionales muestran mecanismos inhibidores similares contra COX-1 y COX-2, y son relativamente no selectivos. Sin embargo, los inhibidores diarilheterocíclicos selectivos de COX-2 demuestran distintos mecanismos inhibidores para las dos isoformas. Por ejemplo, se ha informado que celecoxib es un inhibidor competitivo reversible de la COX-1 al tiempo que demuestra una inhibición irreversible de la COX-2 dependiente del tiempo.

Teniendo en cuenta la afirmación destacada, creo que puede considerar la curva COX1 como una inhibición competitiva estándar y la COX2 como inhibición no competitiva. El cambio resultante es esencialmente la forma de la curva en sí (que se desplaza hacia la derecha).

Los DRC se informaron aquí: Tacconelli, Stefania y col. "La selectividad bioquímica de los nuevos inhibidores de la COX-2 en los análisis de sangre completa de la actividad de la isoenzima COX". Current Medical Research and Opinion® 18.8 (2002): 503-511.

Curiosamente, el segundo artículo (de Walker) también describió cómo (los autores propusieron) se produce la encuadernación. Una lectura muy interesante.


El efecto sobre la eficacia y la potencia de un antagonista no competitivo que se une al sitio activo del receptor (curva dosis-respuesta) - Biología

Este capítulo está relacionado con uno de los objetivos de la Sección C (i) del Programa de estudios de primaria del CICM 2017, que espera que el candidato al examen "definir y explicar las relaciones dosis-efecto de los fármacos, incluidas las curvas de dosis-respuesta con referencia a agonistas parciales, agonistas-antagonistas mixtos y agonistas inversos". Es otro tema de la farmacodinámica que parece importante, disfruta de extensas pruebas en el mundo de los exámenes de ciencias básicas de la anestesia y ha sido completamente ignorado en las primarias del CICM (al menos entre los artículos escritos disponibles públicamente).

Con el fin de aprobar algún SAQ escrito o viva futura, uno puede limitarse con seguridad a leer las partes finales del capítulo de Mark von Zastrow (Capítulo 2) de Farmacología básica y clínica (14ª ed., O cualquiera que sea la edición más reciente). No se requieren detalles más allá de esto. Si uno puede conseguir una copia, las definiciones y ejemplos concisos de Neubig et al (2003) también son excelentes.

  • Agonista: Un ligando que se une a un receptor y altera el estado del receptor dando como resultado una respuesta biológica.
    • Un agonista completo alcanza la capacidad de respuesta máxima del sistema
    • Un agonista parcial no alcanza la capacidad de respuesta máxima del sistema incluso con la ocupación completa del receptor.
      • Un agonista parcial actúa como antagonista en presencia de un agonista completo (si compiten por los mismos receptores)

      Farmacodinamia

      La farmacodinámica es el estudio de cómo las drogas tienen efectos en el cuerpo. El mecanismo más común es la interacción del fármaco con receptores tisulares ubicados en las membranas celulares o en el líquido intracelular. El grado de activación del receptor y la respuesta biológica subsiguiente está relacionada con la concentración del fármaco activador (el "agonista"). Esta relación se describe mediante la curva dosis-respuesta, que representa la dosis (o concentración) del fármaco frente a su efecto. Esta importante relación farmacodinámica puede verse influida por factores del paciente (p. Ej., Edad, enfermedad) y por la presencia de otros fármacos que compiten por unirse al mismo receptor (p. Ej., `` Antagonistas '' del receptor). Algunos fármacos que actúan en el mismo receptor (o tejido) difieren en la magnitud de las respuestas biológicas que pueden lograr (es decir, su 'eficacia') y la cantidad de fármaco necesaria para lograr una respuesta (es decir, su 'potencia'). Los receptores de fármacos pueden clasificarse en función de su respuesta selectiva a diferentes fármacos. La exposición constante de los receptores o los sistemas corporales a las drogas a veces conduce a una respuesta reducida (es decir, 'desensibilización').

      Índice terapéutico

      Cuando se utilizan medicamentos en la práctica clínica, el prescriptor no puede construir una curva dosis-respuesta cuidadosa para cada paciente individual. Por lo tanto, la mayoría de los medicamentos están autorizados para su uso dentro de un rango de dosis recomendado que se espera que esté cerca de la parte superior de la curva dosis-respuesta para la mayoría de los pacientes. Esto asegura que la mayoría de los pacientes logren una buena respuesta clínica sin la necesidad de revisiones frecuentes y aumentos de dosis. Sin embargo, esto significa que a veces es posible lograr la respuesta terapéutica deseada a dosis hacia el límite inferior del rango recomendado (o por debajo).

      Los efectos adversos de los fármacos suelen estar relacionados con la dosis de forma similar a los efectos beneficiosos. Es posible construir una curva de dosis-respuesta para estos efectos adversos de la misma manera que se muestra para los efectos beneficiosos, con dosis más altas normalmente requeridas para causar el efecto adverso. Los puntos DE50 para cada curva de la figura indican que la relación entre las dosis que tienen efectos proporcionales similares en los dos resultados es 10 / 0,1 = 100. Esta relación se conoce como "índice terapéutico". En realidad, los medicamentos tienen múltiples efectos adversos potenciales, pero el concepto de índice terapéutico generalmente se reserva para aquellos que requieren una reducción o interrupción de la dosis. Para la mayoría de los fármacos, el índice terapéutico es superior a 100, pero existen algunas excepciones notables con índices terapéuticos inferiores a 10, que son de uso común (por ejemplo, digoxina, warfarina, insulina, fenitoína, opioides). Los medicamentos con índices terapéuticos bajos son más difíciles de prescribir y peligrosos para los pacientes, pero aún se prefieren si no existen medicamentos alternativos con una eficacia similar (por ejemplo, medicamentos contra el cáncer). Las dosis de dichos fármacos deben ajustarse cuidadosamente para cada paciente a fin de maximizar los beneficios pero evitar los efectos adversos. Esto se hace mediante el seguimiento de los efectos de los fármacos, ya sea clínicamente o mediante análisis de sangre periódicos (a menudo conocidos como "monitorización terapéutica de fármacos").

      Figura. Curvas dosis-respuesta para los efectos beneficiosos y adversos de un fármaco. Los prescriptores tratarán de prescribir dosis que maximicen los beneficios y minimicen los daños, lo que es más fácil para los medicamentos en los que la relación entre la dosis que causa el daño y la que causa el beneficio (el "índice terapéutico") es alta.

      Además de proporcionar definiciones de términos para el alumno (umbral, potencia, eficacia), hay una descripción de cómo se obtienen las curvas de dosis-respuesta graduadas y cuánticas y la información que se puede derivar de cada una. Se incluye una discusión sobre el índice terapéutico en relación con la seguridad de los medicamentos. Esto es apropiado para un principiante en farmacología.

      Cuando se utilizan medicamentos en la práctica clínica, el prescriptor no puede construir una curva dosis-respuesta cuidadosa para cada paciente individual. Por lo tanto, la mayoría de los medicamentos están autorizados para su uso dentro de un rango de dosis recomendado que se espera que esté cerca de la parte superior de la curva dosis-respuesta para la mayoría de los pacientes. Esto asegura que la mayoría de los pacientes logren una buena respuesta clínica sin la necesidad de revisiones frecuentes y aumentos de dosis. Sin embargo, esto significa que a veces es posible lograr la respuesta terapéutica deseada a dosis hacia el límite inferior del rango recomendado (o por debajo).

      Los efectos adversos de los fármacos suelen estar relacionados con la dosis de forma similar a los efectos beneficiosos. Es posible construir una curva de dosis-respuesta para estos efectos adversos de la misma manera que se muestra para los efectos beneficiosos, con dosis más altas normalmente necesarias para causar el efecto adverso. Los puntos DE50 para cada curva de la figura indican que la relación entre las dosis que tienen efectos proporcionales similares en los dos resultados es 10 / 0,1 = 100. Esta relación se conoce como "índice terapéutico". En realidad, los medicamentos tienen múltiples efectos adversos potenciales, pero el concepto de índice terapéutico generalmente se reserva para aquellos que requieren una reducción o interrupción de la dosis. Para la mayoría de los fármacos, el índice terapéutico es superior a 100, pero existen algunas excepciones notables con índices terapéuticos inferiores a 10, que son de uso común (por ejemplo, digoxina, warfarina, insulina, fenitoína, opioides). Los medicamentos con índices terapéuticos bajos son más difíciles de prescribir y peligrosos para los pacientes, pero aún se prefieren si no existen medicamentos alternativos con una eficacia similar (por ejemplo, medicamentos contra el cáncer). Las dosis de dichos medicamentos deben ajustarse cuidadosamente para cada paciente para maximizar los beneficios pero evitar los efectos adversos. Esto se hace mediante el seguimiento de los efectos de los fármacos, ya sea clínicamente o mediante análisis de sangre periódicos (a menudo conocidos como "monitorización terapéutica de fármacos").

      Figura. Curvas dosis-respuesta para los efectos beneficiosos y adversos de un fármaco. Los prescriptores tratarán de prescribir dosis que maximicen los beneficios y minimicen los daños, lo que es más fácil para los medicamentos en los que la relación entre la dosis que causa el daño y la que causa el beneficio (el "índice terapéutico") es alta.

      Esta es la cuarta de una serie de 4 simulaciones relacionadas con las relaciones dosis-respuesta. Esta simulación se centra en el índice terapéutico. En esta simulación, el alumno puede variar el índice terapéutico mediante el uso de un control deslizante y observar los efectos en las posiciones relativas de las curvas de dosis-respuesta para los efectos deseados y adversos. Este es un enfoque más cinestésico para ilustrar estos conceptos, ya que permite al alumno experimentar. Aunque está dirigido a los principiantes en farmacología, los estudiantes deben tener una comprensión básica de los conceptos antes de usar la simulación.

      Cuando se utilizan medicamentos en la práctica clínica, el prescriptor no puede construir una curva dosis-respuesta cuidadosa para cada paciente individual. Por lo tanto, la mayoría de los medicamentos están autorizados para su uso dentro de un rango de dosis recomendado que se espera que esté cerca de la parte superior de la curva dosis-respuesta para la mayoría de los pacientes. Esto asegura que la mayoría de los pacientes logren una buena respuesta clínica sin la necesidad de revisiones frecuentes y aumentos de dosis. Sin embargo, esto significa que a veces es posible lograr la respuesta terapéutica deseada a dosis hacia el límite inferior del rango recomendado (o por debajo).

      Los efectos adversos de los fármacos suelen estar relacionados con la dosis de forma similar a los efectos beneficiosos. Es posible construir una curva de dosis-respuesta para estos efectos adversos de la misma manera que se muestra para los efectos beneficiosos, con dosis más altas normalmente necesarias para causar el efecto adverso. Los puntos DE50 para cada curva de la figura indican que la relación entre las dosis que tienen efectos proporcionales similares en los dos resultados es 10 / 0,1 = 100. Esta relación se conoce como "índice terapéutico". En realidad, los medicamentos tienen múltiples efectos adversos potenciales, pero el concepto de índice terapéutico generalmente se reserva para aquellos que requieren una reducción o interrupción de la dosis. Para la mayoría de los fármacos, el índice terapéutico es superior a 100, pero existen algunas excepciones notables con índices terapéuticos inferiores a 10, que son de uso común (por ejemplo, digoxina, warfarina, insulina, fenitoína, opioides). Los medicamentos con índices terapéuticos bajos son más difíciles de prescribir y peligrosos para los pacientes, pero aún se prefieren si no existen medicamentos alternativos con una eficacia similar (por ejemplo, medicamentos contra el cáncer). Las dosis de dichos medicamentos deben ajustarse cuidadosamente para cada paciente para maximizar los beneficios pero evitar los efectos adversos. Esto se hace mediante el seguimiento de los efectos de los fármacos, ya sea clínicamente o mediante análisis de sangre periódicos (a menudo conocidos como "monitorización terapéutica de fármacos").

      Figura. Curvas de dosis-respuesta para los efectos beneficiosos y adversos de un fármaco. Los prescriptores tratarán de prescribir dosis que maximicen los beneficios y minimicen los daños, lo que es más fácil para los medicamentos en los que la relación entre la dosis que causa el daño y la que causa el beneficio (el "índice terapéutico") es alta.

      Este ensayo de aproximadamente 400 palabras describe la ecuación para el índice terapéutico junto con descripciones fácilmente comprensibles de cómo se determinan la DE50 y la TD50 a partir de las relaciones cuánticas de dosis-respuesta. Al final se proporcionan varios ejemplos de medicamentos con un índice terapéutico estrecho.Esto es apropiado para los principiantes en farmacología, pero deben comprender las relaciones dosis-respuesta antes de ver este recurso.

      Selectividad del receptor

      Los receptores se nombran sobre la base de su principal agonista endógeno (p. Ej., Adrenérgico, serotoninérgico, opioide). Por lo general, se "subtipifican" en función de su selectividad por agonistas o antagonistas. La selectividad de los agonistas está determinada por la proporción de CE50 de la curva de respuesta a la dosis en los dos subtipos de receptores diferentes. Por ejemplo, los adrenorreceptores β se pueden subtipificar en β1 y β2, sobre la base de su capacidad de respuesta al agonista endógeno, la noradrenalina. La concentración requerida para causar broncodilatación (a través de los adrenorreceptores β2) es diez veces mayor que la requerida para causar taquicardia (a través de los adrenorreceptores β1). Los subtipos de receptores también se pueden distinguir por la efectividad relativa de los fármacos que antagonizan los efectos de su agonista completo, medida como el cambio relativo de las curvas de dosis-respuesta de agonista logradas por una sola dosis de antagonista que afecta las respuestas mediadas a través de los dos receptores. . Es importante que los prescriptores recuerden que la selectividad por un subtipo de receptor es solo un concepto relativo (es decir, la selectividad no equivale a la especificidad). Los fármacos agonistas o antagonistas que se consideran "selectivos" para un subtipo de receptor aún pueden producir efectos significativos en otros subtipos si se administra una dosis suficientemente alta. Esto es particularmente importante si un subtipo de receptor activa los efectos beneficiosos mientras que otro activa los efectos adversos. Por ejemplo, los fármacos bloqueadores de los receptores adrenérgicos β "cardioselectivos" tienen efectos antianginosos en el corazón (β1) pero pueden causar broncoespasmo en el pulmón (β2) y están absolutamente contraindicados para los pacientes asmáticos. La selectividad es útil en la práctica clínica solo cuando la relación del impacto del fármaco en los dos sitios receptores es 100 o más. Cuando la selectividad es menor, es difícil predecir las dosis de fármaco que aprovecharán la diferencia en la actividad del subtipo.

      Los receptores se nombran sobre la base de su principal agonista endógeno (p. Ej., Adrenérgico, serotoninérgico, opioide). Luego, por lo general, se "subtipifican" sobre la base de su selectividad para agonistas o antagonistas. La selectividad de los agonistas está determinada por la proporción de CE50 de la curva de respuesta a la dosis en los dos subtipos de receptores diferentes. Por ejemplo, los adrenorreceptores β se pueden subtipificar en β1 y β2, sobre la base de su capacidad de respuesta al agonista endógeno, la noradrenalina. La concentración requerida para causar broncodilatación (a través de los adrenorreceptores β2) es diez veces mayor que la requerida para causar taquicardia (a través de los adrenorreceptores β1). Los subtipos de receptores también se pueden distinguir por la efectividad relativa de los fármacos que antagonizan los efectos de su agonista completo, medida como el cambio relativo de las curvas de dosis-respuesta del agonista logradas por una sola dosis de antagonista que afecta las respuestas mediadas a través de los dos receptores. . Es importante que los prescriptores recuerden que la selectividad por un subtipo de receptor es solo un concepto relativo (es decir, la selectividad no equivale a la especificidad). Los fármacos agonistas o antagonistas que se consideran "selectivos" para un subtipo de receptor aún pueden producir efectos significativos en otros subtipos si se administra una dosis suficientemente alta. Esto es particularmente importante si un subtipo de receptor activa los efectos beneficiosos mientras que otro activa los efectos adversos. Por ejemplo, los fármacos bloqueantes de los receptores adrenérgicos β "cardioselectivos" tienen efectos antianginosos en el corazón (β1) pero pueden causar broncoespasmo en el pulmón (β2) y están absolutamente contraindicados para los pacientes asmáticos. La selectividad es útil en la práctica clínica solo cuando la proporción del impacto del fármaco en los dos sitios receptores es 100 o más. Cuando la selectividad es menor, es difícil predecir las dosis de fármaco que explotarán la diferencia en la actividad del subtipo.

      El término selectividad se utiliza para describir la capacidad de un fármaco para afectar a un gen, proteína, vía de señalización, etc., en particular, con preferencia a otros. En la búsqueda de nuevos agentes terapéuticos, se cree que la selectividad tiene un alto grado de deseabilidad. Sin embargo, el razonamiento de un solo objetivo para el desarrollo terapéutico puede ser defectuoso, ya que puede haber un equilibrio y una interacción de múltiples redes de señalización que podrían tener consecuencias no deseadas. En este artículo de debate, los autores describen ejemplos específicos al discutir los temas relacionados con la selectividad de fármacos. Este artículo de 7 páginas sería apropiado para estudiantes avanzados de farmacología que tengan un conocimiento profundo de la farmacodinamia.

      Eficacia y potencia

      Eficacia es el término utilizado para describir el grado en que un fármaco puede producir una respuesta cuando todos los receptores o sitios de unión disponibles están ocupados (es decir, Emax en la curva dosis-respuesta). Al comparar fármacos que actúan en el mismo receptor, un agonista completo tendrá la mayor eficacia y puede producir la respuesta máxima de la que es capaz el receptor. Un agonista parcial en el mismo receptor, por definición, tendrá una eficacia menor, incluso cuando todos los sitios receptores estén ocupados. El concepto de eficacia no se limita a comparar los efectos de fármacos que actúan sobre el mismo receptor. El término eficacia terapéutica se utiliza para describir la comparación de fármacos que producen los mismos efectos terapéuticos en un sistema biológico pero lo hacen a través de diferentes mecanismos farmacológicos (por ejemplo, diuréticos de asa y tiazídicos, inhibidores de la bomba de protones y antagonistas H2). Potencia es un término que se utiliza para describir la cantidad de fármaco necesaria para una respuesta determinada. Los fármacos más potentes producen efectos biológicos a dosis (o concentraciones) más bajas, lo que significa que tienen una DE50 más baja (Fig)

      Figura. Curvas de respuesta a la dosis para fármacos de potencia alta, media y baja que actúan sobre el mismo objetivo. Tenga en cuenta que el fármaco con la mayor potencia tiene la menor eficacia y viceversa.

      La potencia de un fármaco está relacionada con su afinidad por el receptor (es decir, con qué facilidad se forma el complejo fármaco-receptor). Los fármacos menos potentes pueden tener una eficacia similar a la de uno más potente; la diferencia de potencia se puede superar fácilmente administrando el fármaco menos potente en dosis más altas. Esto se ilustra por los diferentes rangos de dosis recomendados de fármacos que actúan sobre el mismo objetivo farmacológico (p. Ej., Antagonistas H2, inhibidores de la ECA).

      Al elegir entre fármacos con efectos beneficiosos similares (por ejemplo, analgesia) de un grupo de fármacos similares, puede parecer lógico elegir el que tenga la mayor eficacia terapéutica. Sin embargo, en algunos casos, el fármaco más eficaz puede ser menos favorable porque el mismo mecanismo de acción que conduce a beneficios clínicos también puede ser responsable de causar efectos adversos limitantes de la dosis (por ejemplo, opioides, fármacos bloqueadores de los receptores adrenérgicos β1). Cuando la misma acción produce efectos tanto beneficiosos como adversos, estos últimos pueden minimizarse aumentando cuidadosamente (titulando) la dosis. Sin embargo, algunos fármacos tienen una curva dosis-respuesta más pronunciada, lo que dificulta la titulación a la dosis que es eficaz pero evita los efectos adversos.

      La potencia de un fármaco rara vez es motivo para elegir uno de entre una colección de fármacos con efectos terapéuticos beneficiosos similares. Esto se debe a que cualquier diferencia en la potencia se puede superar simplemente administrando dosis más altas. Aunque las diferencias en la potencia relativa pueden superarse modificando la dosis, debe recordarse que la mayoría de los efectos adversos de los fármacos también están relacionados con la dosis. La potencia puede ser relevante si estos ocurren por un mecanismo diferente a la interacción receptor-ligando que media el efecto beneficioso (porque solo el fármaco más potente será activo en concentraciones que eviten efectos adversos no deseados).

      Por estas razones, una mayor potencia o eficacia no significa necesariamente que un fármaco sea preferible a otro. Al juzgar los méritos relativos de los medicamentos para un paciente, los prescriptores también deben considerar otros factores importantes, como el perfil general de efectos adversos, el índice terapéutico, la facilidad de administración para el paciente, la duración del efecto (es decir, el número de dosis necesarias cada día). y costo.

      Éstos son el segundo y el tercero de una serie de 4 simulaciones relacionadas con las relaciones dosis-respuesta. Estas dos simulaciones se centran en la potencia y la eficacia. En la primera simulación, el alumno puede variar la potencia mediante el uso de un control deslizante y observar los efectos en la curva logarítmica de dosis-respuesta. La segunda simulación permite al alumno variar la eficacia y observar los cambios. Este es un enfoque más cinestésico para ilustrar estos conceptos, ya que permite al alumno experimentar. Aunque está dirigido a los principiantes en farmacología, los estudiantes deben tener una comprensión básica de los conceptos antes de usar la simulación.

      Introducción a la relación dosis-respuesta

      Cuando la relación entre la dosis del fármaco (eje X) y la respuesta al fármaco (eje Y) se representa en una escala logarítmica de base 10, se produce una curva dosis-respuesta sigmoidea (Fig. A). Esta representación es más útil que una gráfica lineal porque expande la escala de dosis en la región donde la respuesta al fármaco cambia rápidamente y comprime la escala a dosis más altas donde los grandes cambios tienen poco efecto sobre la respuesta. Las respuestas clínicas que podrían trazarse de esta manera incluyen cambios en la frecuencia cardíaca, presión arterial, pH gástrico o glucosa en sangre, así como fenómenos más sutiles como actividad enzimática, acumulación de un segundo mensajero intracelular, potencial de membrana, secreción de una hormona, o contracción de un músculo.

      Los aumentos progresivos en la dosis del fármaco producen un aumento de los efectos del fármaco, pero estos ocurren en una parte relativamente estrecha del rango de concentración general, los aumentos adicionales en la dosis del fármaco (o concentración) más allá de este rango producen poco efecto adicional. La implicación clínica de esta relación es que el simple aumento de la dosis del fármaco puede no producir ningún efecto beneficioso adicional para los pacientes y puede provocar efectos adversos. La respuesta máxima en la curva se denomina Emax y la dosis (o concentración) que produce la mitad de este valor (Emax / 2) es la ED50 (o EC50). Se puede considerar que el rango de dosis efectiva abarca el segmento de línea recta de la curva logarítmica de la dosis-respuesta (correspondiente al 20-80% de la Emáx). La dosis máxima tolerada es la dosis más alta de un fármaco que se puede administrar sin que se desarrollen efectos adversos relacionados con la dosis.

      La adición de un antagonista competitivo a un agonista conducirá a un cambio en la curva de respuesta a la dosis de agonista hacia la derecha porque ahora se requieren concentraciones de agonista más altas para lograr un porcentaje de ocupación del receptor (y por lo tanto, efecto) dado (Figura B). Las curvas de dosis-respuesta del agonista construidas en presencia de dosis crecientes de un antagonista competitivo se desplazan progresivamente hacia la derecha. Sin embargo, el efecto de un antagonista competitivo reversible siempre se puede superar administrando el agonista en una concentración suficientemente alta (es decir, es superable). Muchos fármacos clínicamente útiles son antagonistas competitivos (por ejemplo, atenolol, naloxona, atropina, cimetidina). Los antagonistas no competitivos inhiben el efecto de un agonista de formas distintas a la competencia directa por la unión del receptor con el agonista (por ejemplo, afectando el sistema de mensajero secundario). Esto hace que sea imposible lograr una respuesta máxima incluso con una concentración de agonista muy alta. A una concentración dada, los antagonistas no competitivos no solo desplazan la curva de respuesta a la dosis de agonista hacia la derecha, sino que también disminuyen la Emax (Fig. C). Los antagonistas irreversibles se pueden considerar como una forma particular de antagonista no competitivo que se caracteriza por un antagonismo que persiste, incluso después de que se ha eliminado el antagonista. Los ejemplos comunes son la aspirina y el omeprazol. Esta forma de antagonismo desaparece solo cuando se sintetizan nuevas proteínas o enzimas. Esto explica por qué la aspirina es eficaz, incluso cuando se toma de forma intermitente, como profilaxis contra eventos cardiovasculares.

      La relación dosis-respuesta del mismo fármaco varía entre individuos debido a varios factores, como las diferencias en el número y la estructura del receptor, los mecanismos de acoplamiento del receptor y los cambios fisiológicos que resultan de las diferencias en la genética, la edad y la salud. Por ejemplo, el efecto del diurético de asa, furosemida, a menudo se reduce significativamente a una dosis determinada en pacientes con insuficiencia renal. Otra fuente de variabilidad es que la misma dosis de fármaco no alcanza las mismas concentraciones de fármaco en tejidos en todos los individuos debido a diferencias en la manipulación (por ejemplo, metabolismo, excreción). En realidad, es esta variación farmacocinética la que explica la mayor parte de la variación interindividual en la respuesta al fármaco observada en la práctica clínica.

      Figura. Curvas dosis-respuesta. A. Funciones básicas. B. El efecto de la coadministración de un agonista con un antagonista competitivo. C. El efecto de administrar un agonista con un antagonista no competitivo. (Tenga en cuenta que, en realidad, es la concentración de ligando (y la ocupación del receptor resultante) lo que afecta la respuesta. Cuando se habla de "la curva dosis-respuesta", a menudo se asume que la dosis del fármaco y la concentración de ligando están estrechamente vinculadas. el caso durante un experimento farmacológico in vitro, pero la relación entre la dosis del fármaco ingerido y la concentración tisular relevante en un ser humano puede ser más compleja).


      IC50 y KB medidas & # x02013 & # x02018simulated 'ejemplo de datos

      Considere el esquema cinético que se muestra en la Figura 1a. El esquema se basa en el esquema de reacción simple de Del Castillo y Katz (1957), utilizado primero para describir la acción de la acetilcolina en los receptores nicotínicos de acetilcolina (el canal iónico prototípico activado por ligando) presentes en la unión neuromuscular. En el esquema, un agonista (A) se une a su receptor (R) para formar un complejo agonista y receptor (AR). Hay una etapa de isomerización posterior para indicar el estado activo (abierto) del receptor (AR & # x0002a). En este esquema se incorpora la unión mutuamente excluyente de un antagonista (B) al receptor para dar un receptor inactivo y bloqueado (BR). Las constantes de equilibrio, definidas como la tasa de disociación dividida por la tasa de asociación, para las reacciones de unión agonista y antagonista se denotan por KA y KB, respectivamente, mientras que la constante de equilibrio para la reacción de isomerización, mi, se define como la constante de tasa de avance (apertura) dividida por la constante de tasa de retroceso (cierre). A cualquier concentración de agonista y antagonista dada (indicada como (A) y (B), respectivamente), la respuesta será proporcional a la proporción, pagAR & # x0002a , de receptores en estado activo (AR & # x0002a). Esta proporción depende, como para todas las expresiones de equilibrio, sólo de la relación entre la concentración y la constante de equilibrio. Por lo tanto, es conveniente y conciso escribir los resultados en términos de concentraciones normalizadas definidas como

      para agonista y antagonista, respectivamente.

      Métodos para calcular IC50 y KB Valores. (a) Esquema de reacción, basado en el mecanismo de Del Castillo & # x02013Katz, que incorpora la unión mutuamente excluyente de dos ligandos diferentes denominados A (agonista) y B (antagonista). En este esquema, el receptor puede existir en uno de tres estados inactivos & # x02013 no unido (R), unido por agonista (AR) y unido por antagonista (BR) y un estado activo (AR & # x0002a). La constante de equilibrio para la unión agonista está dada por KA, mientras que para la unión del antagonista está dada por KB. La constante de equilibrio para la reacción de isomerización se denota por mi. Para las simulaciones que se muestran en los paneles restantes se utilizan las siguientes constantes de equilibrio: KA=KB= 10 & # x02009& # x003bc M y mi= 10. La gráfica debajo del esquema de reacción muestra la concentración & # x02013 curva de respuesta (en términos de la ocupación del estado AR & # x0002a, pagAR & # x0002a ) que se obtendría en ausencia de antagonista. Predice una respuesta máxima (pagmax) de 0,909 y una CE50 para el agonista de 0.909 & # x02009& # x003bc M. (B) Una serie de curvas de inhibición predichas a partir del esquema de reacción que se muestra en (a), con la concentración de agonista normalizada, CA, establecido para ser igual a 0,1, 0,3, 1, 3 y 10. Para cada curva, las respuestas se han normalizado a la respuesta máxima predicha (en ausencia de antagonista) para cada concentración de agonista utilizada. Las líneas discontinuas indican el IC predicho50 valores que se obtendrían para cada concentración de agonista. (C) Una serie de curvas de concentración y respuesta que se predicen a partir del esquema que se muestra en (a), en ausencia (curva negra) y presencia (curvas coloreadas) de antagonista. Tenga en cuenta que el aumento de las concentraciones de antagonista da como resultado un desplazamiento paralelo a la derecha de la curva de concentración y respuesta; sin embargo, la respuesta máxima que se puede lograr es equivalente tanto si el antagonista está presente como si no. Las líneas punteadas indican la CE predicha50 valores que se obtendrían bajo cada condición. (D) Gráfico de Schild resultante del análisis de los datos representados en (C). Los puntos de datos (codificados por colores correspondientes a las proporciones de dosis obtenidas de las curvas en (C)) caen sobre una línea recta cuya pendiente es igual a uno. La intersección de esta línea con la abscisa (indicada por la línea horizontal discontinua) da la KB valor para el antagonista.

      Este resultado (cuya derivación se muestra en el Apéndice) también se puede escribir en una forma ligeramente diferente que muestra que la respuesta depende solo de la razón CA/ (1 & # x0002bCB), por lo tanto,

      Esta forma tiene la ventaja, como se mostrará a continuación, que hace que sea inmediatamente obvio que nuestro mecanismo debe obedecer la ecuación de Schild, ya que un aumento en la concentración de antagonista puede superarse aumentando la concentración de agonista en un factor (1 & # x0002bCB).

      La respuesta máxima (pagmax) que se puede lograr cuando la concentración de agonista es infinitamente alta viene dada por la expresión

      y la concentración de agonista requerida para obtener una respuesta semimáxima (CE50) viene dada por la expresión

      La CE50 en ausencia de antagonista es KA/ (1 & # x0002bmi), y esto aumenta linealmente con el aumento de la concentración de antagonistas, en proporción al & # x02018 factor hijo ', (1 & # x0002bCB).

      En la Figura 1, la concentración & # x02013 curva de respuesta que se muestra debajo del esquema de reacción (donde la concentración de antagonista se establece en cero) se genera configurando KA= 10 & # x02009& # x003bc M y mi= 10. Tenga en cuenta que la respuesta máxima que se puede lograr no es 1, sino 0.909 (= 10/11, de la ecuación (4)), y el EC50 el valor que se observaría sería igual a 0.909 & # x02009& # x003bc M (es decir, la concentración de agonista para evocar una respuesta de pagAR & # x0002a =0.5pagmax=0.4545).

      La Figura 1b muestra el efecto de variar la concentración de antagonista en presencia de una concentración fija de agonista (para esta simulación KA=KB= 10 & # x02009& # x003bc M y mi= 10). Este es el método utilizado para la generación de curvas de inhibición y la determinación de una concentración de antagonista que reduce la respuesta (en ausencia de antagonista) en una cantidad establecida & # x02013 generalmente 50 & # x00025 (el IC50 valor). Las curvas muestran las respuestas que se obtienen cuando la concentración de agonista se fija en 0,1, 0,3, 1, 3 o 10 veces la KA valor para el agonista (es decir, CA= 0,1, 0,3, 1, 3 y 10, respectivamente). Además, las respuestas se han normalizado a la respuesta máxima que se obtendría para cada concentración de agonista en ausencia de antagonista & # x02013, estos oscilan entre 0,476 (CA= 0,1) a 0,901 (CA= 10). Las líneas discontinuas muestran donde el IC50 El valor sería para cada conjunto de condiciones. Observe que el IC50 los valores en este (aunque extremo) ejemplo oscilan entre 21 y 1110 & # x02009& # x003bc M y, sin tener información adicional a mano, no dan una buena estimación de la KB valor (10 & # x02009& # x003bc M). Para este mecanismo, el IC50 es dado por

      Por lo tanto, el IC50 siempre debe ser más grande que el requerido KBy cuanto mayor sea la concentración de agonista fijo, mayor será el error. Por el contrario, como mostramos a continuación, el método de Schild da KB sí mismo.

      Este ejemplo sirve para ilustrar un punto muy importante sobre cómo se determina la CI50 valores & # x02013 dependen críticamente de la concentración de agonista utilizada. Tenga en cuenta que, si bien el esquema de reacción que hemos utilizado en este ejemplo ilustra el antagonismo competitivo, IC50 También se pueden obtener valores para antagonistas que actúan de manera no competitiva & # x02013, por lo que no nos dicen nada sobre la naturaleza del antagonismo que se está investigando. A pesar de esto, o quizás debido a esto, y al hecho de que la generación de curvas de inhibición y la posterior estimación de la CI de un antagonista50 El valor es un proceso relativamente rápido, las curvas de inhibición se informan con mucha más frecuencia de lo que justifica su utilidad (en términos de comprensión mecanicista).

      Por el contrario, el método de Schild (Schild, 1949 Arunlakshana y Schild, 1959) de investigar la acción antagonista no solo es independiente de la naturaleza y la concentración del agonista utilizado para evocar respuestas, sino que también nos dice si el antagonismo es competitivo o no. en la naturaleza y permite, cuando se observa antagonismo competitivo, la determinación de la constante de equilibrio para la unión del antagonista a su receptor. Esta constante de equilibrio es una constante única definida físicamente que caracteriza al receptor. El método para realizar el análisis de Schild se muestra en la Figura 1c y d. El primero genera una curva de concentración y respuesta en ausencia de antagonista (esto se representa como la curva negra en el gráfico que se muestra en la Figura 1c). A continuación, en presencia de una serie de concentraciones crecientes de antagonista, se obtienen conjuntos adicionales de curvas de concentración y respuesta (curvas coloreadas en la Figura 1c). Tenga en cuenta que las ordenadas en este gráfico trazan la 'respuesta' real (es decir, la proporción de receptores en el estado AR & # x0002a del esquema de reacción ilustrado en la Figura 1a) y no una respuesta normalizada (como es el caso de la inhibición curvas en la Figura 1b). Al realizar el análisis de Schild, es mejor probar y utilizar una amplia gama de concentraciones de antagonistas para obtener cambios claros en las curvas de respuesta de concentración de agonistas y también para probar la gama de concentraciones de antagonistas en las que se observa un comportamiento competitivo. . A continuación, es necesario calcular lo que se denomina & # x02018 relación de dosis '(r). En pocas palabras, este es el factor por el cual se necesita aumentar la concentración de agonista para obtener la misma respuesta en presencia del antagonista que se obtuvo en su ausencia. La suposición que se hace aquí es que es necesario activar la misma fracción de receptores para obtener la misma respuesta en ausencia y presencia del antagonista, pero no necesitamos saber qué es esta fracción. Poniendo esto en términos del esquema de reacción que se muestra en la Figura 1a, esto es el equivalente a resolver la siguiente ecuación:

      donde el lado derecho indica la magnitud de la respuesta en ausencia de antagonista y el lado izquierdo indica el factor (relación de dosis, r) por lo que es necesario aumentar la concentración de agonista para obtener la misma respuesta. La solución a esta ecuación es simplemente r= 1 & # x0002bCB, es decir.,

      y esto se conoce como la ecuación de Schild. Lo hermoso de este resultado que se muestra en la ecuación (8) es que, a diferencia del IC50 (ecuación (6)), no involucra al agonista en absoluto ni al término & # x02018eficacia ', mi.

      Es común, si se dispone de una serie de curvas completas de concentración y respuesta, utilizar la EC50 concentración. Las líneas punteadas indican la CE respectiva50 Los valores para cada una de las curvas y aquí con nuestro conjunto de datos & # x02018perfect 'son iguales a 0.909, 1.182, 3.636 y 10 & # x02009& # x003bc M. Por tanto, las proporciones de dosis correspondientes son 1,3, 4 y 11, respectivamente. En esta etapa del proceso, y si el antagonismo es de naturaleza competitiva, se debe observar: (1) cambios paralelos a la derecha en las curvas de concentración y respuesta y (2) ninguna disminución en la respuesta máxima que se puede lograr. En ocasiones, es difícil tener certeza sobre este último punto, porque la desensibilización del receptor y la taquifalaxis de las respuestas tisulares a menudo hacen que sea imposible obtener la misma respuesta máxima. Sin embargo, una clara desviación de los cambios paralelos en las curvas de concentración y respuesta y una depresión significativa de la respuesta máxima lograda en presencia de concentraciones crecientes de antagonistas deberían alertar al experimentador de que el antagonismo no es competitivo. Para una discusión exhaustiva de algunas de las consideraciones prácticas que deben tenerse en cuenta al realizar el análisis de Schild, véase Kenakin (1984).

      En forma logarítmica, la ecuación de Schild se escribe como

      y por lo tanto (cuando el antagonismo es competitivo) un gráfico log & # x02013log de r & # x022121 frente a la concentración de antagonista da una línea recta con una pendiente igual a la unidad (Figura 1d). Estos gráficos se denominan gráficos de Schild. Se predice que la pendiente de la gráfica de Schild será la unidad y solamente cuando la pendiente es la unidad, la intersección en la abscisa da una estimación de la KB valor del antagonista. Por lo tanto, la mejor práctica es ajustar los puntos de datos con una línea de pendiente sin restricciones y determinar si esto es significativamente diferente de la unidad (por ejemplo, ver Colquhoun, 1971). Si los datos son consistentes con la predicción de la ecuación de Schild, los datos deben reajustarse con una línea con su pendiente restringida a igual a uno para obtener la KB del antagonista. Estrictamente hablando, la intersección de una línea (con abscisas), que tiene una pendiente no igual a uno, da la concentración de antagonista que produce una relación de dosis igual a 2, el & # x02212log10 de los cuales se conoce como el pagA2 valor del antagonista, que es el logaritmo negativo a la base 10 de la concentración molar del antagonista que hace necesario duplicar la concentración de agonista para provocar la misma respuesta (submáxima) obtenida en ausencia de antagonista (Schild, 1947) . Por lo tanto, incluso para antagonistas que no actúan de manera competitiva, se pueden generar gráficos de Schild y pagA2 Los valores se pueden determinar & # x02013 sólo cuando las pendientes de tales parcelas sean iguales a uno. pagA2 el valor debe ser igual a & # x02212log10KB.

      A diferencia de la serie de curvas de inhibición (Figura 1b), el gráfico de Schild que se muestra en la Figura 1d devuelve el KB valor del antagonista. A partir de la inspección de la ecuación de Schild se puede ver que no hay ningún parámetro que dependa del agonista & # x02013, por lo que el análisis de Schild es independiente del agonista en el sentido de que el mismo KB Se obtendrá el valor sin importar la naturaleza del agonista usado para generar la concentración de agonista & # x02013 curvas de respuesta (por supuesto, uno debe usar el mismo agonista para cada conjunto de datos). Ésta es una de las grandes ventajas de este método de análisis. Enfoques alternativos (regresión no lineal) para obtener KB Se han informado valores y se han discutido sus méritos (por ejemplo, ver Lew y Angus, 1995) sin embargo, para los propósitos de esta revisión, nos interesa específicamente la determinación y utilidad de KB en lugar de IC50 valores.


      Agonistas opioides, agonistas parciales, antagonistas: ¡Dios mío!

      El Dr. Jeff Fudin se graduó de la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Salud de Albany con una licenciatura y un doctorado en farmacia. Es diplomado de la Academy of Integrative Pain Management, miembro de ACCP, ASHP y FSMB, miembro de varias otras organizaciones profesionales. Es director ejecutivo de Remitigate (remitigate.com), una LLC de desarrollo de software de seguridad de opioides. El Dr. Fudin es editor de sección de Medicina del dolor y Co_Editor-A-Large para el manejo práctico del dolor. Ejerce como especialista en farmacia clínica (WOC) y director de los programas de residencia en dolor de farmacia PGY-2 en el Centro Médico de la Administración de Veteranos de Stratton en Albany, Nueva York y tiene afiliaciones académicas con la Universidad de Western New England y las Facultades de Farmacia de Albany.

      Una mirada a las diferentes uniones de receptores que afectan el efecto analgésico.

      Cuando se trata de predecir efectos terapéuticos o adversos (y eficacia), la farmacodinámica específica de opioides juega un papel importante. La farmacodinámica, como todos sabemos, es el estudio de lo que le hace un fármaco al cuerpo, incluida la participación en la unión del receptor y los cambios conformacionales que, en última instancia, generan efectos terapéuticos y no terapéuticos (es decir, efectos adversos). Algunos de los efectos adversos de los opioides se enumeran en Tabla 1. 1

      Tabla 1. Efectos adversos asociados con el uso de opioides 1

      Efectos adversos comunes

      Efectos adversos graves

      Disminución de testosterona / disfunción sexual

      Depresión respiratoria inducida por opioides

      Se han identificado 4 tipos de receptores opioides: mu, delta, kappa y receptor opioide like-1 (ORL-1). Algunos de los receptores pueden dividirse en subtipos. Estos receptores son importantes para expresar la transmisión del dolor y modular las vías, incluida la neurotransmisión en el sistema límbico, el mesencéfalo, la médula espinal y el tálamo. Los receptores de opioides están presentes de forma ubicua en todo el cuerpo, incluidos, entre otros, el tracto gastrointestinal (GI), las células inmunitarias, la glándula pituitaria y la piel. En estos sitios, los receptores de opioides llevan a cabo funciones analgésicas y no analgésicas variables. Se incluye un resumen de los efectos farmacológicos y fisiológicos de cada receptor opioide en Tabla 2. 2-4

      Mesa. 2. Efectos resumidos de los receptores de opioides individuales 2-4

      Efectos clinicos

      Modulación del receptor mu

      La mayoría de los opioides son agonistas mu con actividad variable sobre los receptores kappa.

      Los receptores de opioides son 7 proteínas transmembrana que se acoplan a proteínas G inhibidoras. Cuando se activan, disminuyen la producción de adenil ciclasa del mensajero secundario monofosfato cíclico de adenosina. Esto provoca una disminución en la entrada de calcio debido a la inhibición de los canales de calcio dependientes de voltaje y da como resultado la activación de los canales de potasio, lo que conduce a la hiperpolarización. El estado hiperpolarizado provoca la inhibición de la señalización neuronal, que en este caso inhibe la transmisión del dolor. 2,5

      Los opioides se clasifican en categorías, según la unión y la afinidad del receptor (Tabla 3). Estas clasificaciones son agonista, agonista parcial y antagonista. Hay opioides que tienen funciones agonistas y antagonistas duales.

      Tabla 3. Ejemplos de opioides por unión a receptores

      Agonista completo

      Agonista parcial

      Agonista mixto

      Los agonistas completos se unen estrechamente a los receptores opioides y experimentan un cambio conformacional significativo para producir el efecto máximo. Los ejemplos de agonistas completos incluyen codeína, fentanilo, heroína, hidrocodona, metadona, morfina y oxicodona.

      Los agonistas parciales causan menos cambios conformacionales y activación del receptor que los agonistas completos. En dosis bajas, tanto los agonistas totales como los parciales pueden proporcionar efectos similares a sus primos agonistas completos. Sin embargo, cuando aumenta la dosis de agonistas parciales, la actividad analgésica se estabilizará y los aumentos adicionales en las dosis no proporcionarán un alivio adicional, pero pueden aumentar los efectos adversos. Los ejemplos de agonistas parciales incluyen buprenorfina, butorfanol y tramadol.

      Hay agonistas / antagonistas mixtos, que muestran una actividad variable según el receptor opioide, pero también según la dosis. Los ejemplos incluyen buprenorfina, butorfanol, nalbufina y pentazocina. Y algunos opioides son agonistas de uno o más receptores opioides, pero también antagonistas de otros receptores opioides. Se puede encontrar un resumen de los efectos del receptor para agonistas / antagonistas en Cuadro 4. 4

      Tabla 4. Efecto sobre el receptor de agonistas / antagonistas opioides mixtos 4

      Pentazocina

      Buprenorfina

      Butorfanol

      La pentazocina está aprobada por la FDA y está indicada para el manejo del dolor y está formulada con acetaminofén o naloxona. El mecanismo de acción es un agonista parcial en el receptor opioide mu y un agonista completo en el receptor opioide kappa. Aunque la pentazocina antagoniza débilmente los efectos analgésicos de los agonistas completos, también genera una reversión incompleta de la depresión conductual, inducida cardiovascular y respiratoria a través de la morfina y otros agonistas completos. 6

      La nalbufina es un opioide analgésico sintético que muestra actividad agonista en el receptor kappa, mientras que actúa como antagonista en el receptor mu. La nalbufina tiene un efecto techo sobre la depresión respiratoria a dosis superiores a 30 mg. Se ha informado que la nalbufina revierte la depresión respiratoria pero no la analgesia de los agonistas mu. 7,8 La nalbufina puede precipitar la abstinencia en pacientes que dependen físicamente de los agonistas opioides mu. 9

      La buprenorfina está indicada en dosis altas para el trastorno por uso de opioides, mientras que generalmente en dosis más bajas para tratar el dolor moderado a intenso. Las formulaciones de buprenorfina aprobadas por la FDA indicadas para el manejo del dolor incluyen Belbuca, Buprenex y Butrans. 10-12 Las formulaciones de buprenorfina aprobadas para la dependencia de opioides son Bunavail, Probuphine, Suboxone, Subutex y Zubsolv. 13-17 La buprenorfina es de 25 a 100 veces más potente que la morfina. 18 La buprenorfina presenta un comportamiento agonista parcial en el receptor mu y un comportamiento antagonista en el receptor kappa. La buprenorfina tiene una fuerte afinidad por el receptor mu que provoca una unión estrecha y, por lo tanto, una competencia en el receptor, desplazando a otros opioides, como la metadona y la morfina. Además, hay una disociación incompleta del receptor mu, lo que provoca una actividad prolongada en el receptor. 18 La afinidad se cuantifica utilizando valores de Ki, y cuanto menor es el valor de Ki, más fuerte es la afinidad de unión al receptor. La afinidad de unión a mu de la buprenorfina en comparación con otros opioides se puede encontrar en Cuadro 5. Es de destacar que la buprenorfina tiene una mayor afinidad de unión en comparación con la naloxona y, por lo tanto, en dosis más altas, donde es más probable que se abuse de la buprenorfina, no se revierte fácilmente con la naloxona. Es solo a dosis más bajas donde hay alguna unión competitiva, y solo entonces deberíamos esperar razonablemente alguna reversión por dosis altas de naloxona en infusión continua. Esto, por supuesto, plantea la cuestión de la utilidad del producto combinado, Suboxone.

      Tabla 5. Afinidades del receptor Mu de varios opioides 19

      Rango de valor de Ki

      Levorfanol

      Buprenorfina

      0,4 a 0,6 (efectos antagonistas) 20

      1 a 3 (efectos antagonistas) 20

      Pentazocina

      Debido al agonismo parcial, los efectos sobre la depresión respiratoria se estabilizan con dosis crecientes, lo que hace que esta sea una opción viable para quienes tienen un mayor riesgo de depresión respiratoria. 21 El antagonismo del receptor kappa tiene beneficios para reducir la conducta de búsqueda de fármacos inducida por el estrés, debido al posterior bloqueo de las dinorfinas. Las dinorfinas son péptidos opioides selectivos del receptor kappa que generan ansiedad, estrés y aumentan el deseo por el uso de opioides. Además, el antagonismo kappa ha demostrado propiedades antidepresivas. 22,23

      El butorfanol es un antagonista opioide mu con baja actividad intrínseca y un agonista opioide kappa que exhibe una alta afinidad. El butorfanol está indicado para el tratamiento del dolor en pacientes en los que las opciones de tratamiento alternativas son ineficaces, no toleradas o inadecuadas, y está formulado en forma de aerosol nasal e inyección. Debido a la alta afinidad por los receptores kappa, puede producir efectos psicotomiméticos. A dosis más altas, la magnitud de la depresión respiratoria no aumenta apreciablemente como la mayoría de agonistas / antagonistas mixtos. Sin embargo, la duración de la depresión respiratoria es más prolongada debido a las respuestas fisiológicas mediadas por mu predominantes sobre el kappa. 23-25

      Los agonistas opioides también se unen a los receptores opioides mu periféricos en el tubo digestivo, lo que causa alteraciones de la motilidad y secreción, lo que produce estreñimiento. Los antagonistas de los receptores de opioides mu de acción periférica (PAMORA) actúan específicamente en el tracto gastrointestinal para combatir el estreñimiento. Sin embargo, los antagonistas opioides mu periféricos no atraviesan la barrera hematoencefálica, evitando así el bloqueo de la analgesia mediada centralmente y otros efectos agonistas opioides mediados centralmente. Los ejemplos de PAMORA incluyen alvimopan (Entereg), metilnaltrexona (Relistor) y naloxegol (Movantik). Los dos últimos están indicados por la FDA para el estreñimiento inducido por opioides generalmente después de que fallan los laxantes de venta libre. Sin embargo, Alvimopan está indicado para el manejo perioperatorio del íleo posoperatorio para acelerar el tiempo de recuperación del tracto gastrointestinal superior e inferior después de la cirugía. Además, a diferencia de todos los demás PAMORA, Alvimopan tiene una advertencia de recuadro negro sobre el riesgo potencial de infarto de miocardio con el uso a largo plazo, que no es un riesgo reconocido con los otros PAMORA. 26-28

      Finalmente, como en toda gran historia, hay antagonistas. Sin embargo, en la historia de los opioides, los antagonistas de los opioides pueden salvar vidas. La naltrexona es un antagonista opioide que bloquea los efectos de los opioides mediante la unión competitiva. La naltrexona está indicada para la dependencia del alcohol y los opioides y es útil porque su bloqueo del receptor de opioides disminuye secundariamente la actividad de la dopamina que, de otro modo, aumenta con el alcohol. 29 La naloxona es un antagonista del receptor de opioides mu y un agente de reversión que se usa para mitigar el riesgo de depresión respiratoria inducida por opioides al desplazar los agonistas opioides completos.Las formulaciones disponibles son Narcan (nasal), Evzio (Autoinyector) y solución inyectable, la última de las cuales se administra con frecuencia fuera de la etiqueta por vía intranasal, colocando un atomizador en el extremo de una jeringa. 30,31 Los miembros de la familia, los amigos y los transeúntes pueden administrar ahora en la mayoría de los estados (protegidos por las leyes del buen samaritano), además de los socorristas profesionales, como los paramédicos.

      Aunque se ha descrito la química detrás de los opioides, hay otros parámetros que también deben tenerse en cuenta para determinar la respuesta individual. Estos incluyen edad, comorbilidades, gravedad de la enfermedad, sexo, genética y peso, todos los cuales pueden afectar positiva o negativamente la respuesta al fármaco. Además de la farmacodinámica descrita en este documento, muchos opioides sintéticos tienen mecanismos de acción adicionales, como el bloqueo de la recaptación noradrenérgica y la inhibición de los receptores de n-metil-D-aspartasa (NMDA). Por esta razón, como lo implican erróneamente las directrices recientes de los CDC, el fracaso y / o intolerancia a un opioide no necesariamente equivale al fracaso de otro. Por lo tanto, es importante considerar todas estas variables al tomar decisiones que afecten la selección o interrupción de opioides.

      Este artículo es obra exclusiva de los autores y las opiniones / afirmaciones expresadas no reflejan la opinión de los empleadores, empleados afiliados y / o compañías farmacéuticas enumeradas.

      Rebecca Chu es candidata de PharmD, con especialización en economía y resultados de salud en la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Salud de Albany (Nueva York).

      Alexandra Ciani es candidata farmacéutica en la Facultad de Farmacia de la Universidad de Western New England en Springfield, Massachusetts. Es pasante de farmacia en Hannaford Supermarket Pharmacy en Rotterdam, Nueva York.

      Mena Raouf, PharmD, es residente de cuidados paliativos y del dolor PGY-2 en el Stratton VA Medical Center en Albany, Nueva York. Completó su residencia PGY-1 en VA Tennessee Valley Healthcare System en Nashville y recibió su PharmD de la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Salud de Albany (Nueva York).


      Conclusión

      La treonina 244 es un residuo hidrófilo con el grupo funcional de la cadena lateral orientado hacia el lado de unión. Los estudios de acoplamiento de GABA predijeron que el grupo hidroxilo de Thr244 forma un enlace H con el grupo carboxilato de GABA. También se prevé que este residuo tenga varios contactos con GABA que pueden contribuir a la estabilidad durante el proceso de activación. El estudio de este residuo hidrófilo mediante mutaciones puntuales racionales y la prueba contra GABA, algunos ligandos representativos, pudieron identificar el papel esencial de Thr244 en las conformaciones cerradas / abiertas y durante la compuerta del canal.

      Se postula que el enlace H predicho entre el grupo hidroxilo de Thr244 y la cadena lateral de GABA durante el proceso de activación requiere el movimiento del bucle C hacia adelante más cerca del agonista en el paso de activación que inicia la activación. La eficacia de GABA disminuye moderadamente cuando se introduce serina en el sitio. Aunque GABA es capaz de activar los receptores & # x003c11 T244A y & # x003c11 T244C, se requirió una concentración muy aumentada de ARN para la expresión de estos receptores mutantes. Esto sugiere que el nivel de expresión puede haber disminuido significativamente con estos receptores mutantes. Los agonistas parciales estudiados demostraron disminuciones significativas en sus potencias y eficacias en & # x003c11 GABAC Receptores mutantes T244S. También se demostró que los efectos aditivos / inhibidores de estos agonistas parciales disminuyen moderadamente en los mismos receptores mutantes. Sin embargo, los agonistas parciales alifáticos probados mantuvieron sus efectos agonistas / antagonistas mientras que los agonistas parciales heterocíclicos probados se volvieron inactivos en estos receptores mutantes, antagonizando completamente GABA EC50 respuestas. Estos resultados sugieren que las diferencias estructurales de los agonistas parciales pueden resultar en la formación de diferentes interacciones que conducen a diferentes eficacias a pesar de características estructurales similares. Los antagonistas competitivos estudiados no mostraron cambios en la potencia en los receptores mutantes T244S en comparación con los receptores de tipo salvaje. La estructura más voluminosa de estos antagonistas puede evitar el movimiento del bucle C, ya que los dos residuos aromáticos (Tyr241 y Tyr247) en el bucle C podrían estabilizar el ligando en el sitio de unión sin mover el bucle hacia adelante, lo que puede conferir lo que el modelo predijo que los antagonistas no son formando el enlace H con Thr244 (Fig 15). Sugerir los pasos de cebado y cambio en las primeras etapas de la activación del receptor parece ser determinante clave en la eficacia de un agonista.

      En ausencia de la cadena lateral de hidroxilo en la posición Thr244 a través de la mutación T244A, & # x003b2-alanina demostró la mayor eficacia de todos los agonistas y agonistas parciales probados en & # x003c11 GABAC Receptores mutantes T244A, incluido GABA. Los estudios de modelos de homología predijeron que la & # x003b2-alanina forma más contactos con el residuo de alanina en la posición 244 que GABA. En & # x003c11 GABAC Los receptores T244A, & # x003b2-alanina mostraron respuestas disminuidas cuando se co-aplicaron GABA o TPMPA con ellos. Estos resultados sugieren que TPMPA se une al sitio de unión ortostérico de estos receptores mutantes, sin embargo, se notó una disminución significativa en su potencia.

      GABA provocó solo respuestas muy pequeñas, mientras que MTSEA con una cadena lateral de tiosulfonato demostró una mayor eficacia que GABA en & # x003c11 GABAC Receptores mutantes T244C. Los estudios de acoplamiento predicen que MTSEA no está formando interacciones S-S con la cisteína en la posición 244 ni con otros residuos, lo que sugiere que MTSEA no forma un enlace covalente. MTSEA que muestra solo una activación débil y efectos aditivos / inhibidores en & # x003c11 GABAC Los receptores WT, todavía tienen la misma magnitud de activación en los receptores mutantes & # x003c11 T244C. Sin embargo, las respuestas a GABA disminuyen significativamente y parece que GABA es incapaz de estabilizar la conformación abierta como lo hace en los receptores de tipo salvaje & # x003c11.

      En resumen, Thr244 es un residuo importante para la activación del canal, ya que forma un enlace H con agonistas, iniciando los cambios conformacionales requeridos para el cebado del receptor y estabiliza la conformación abierta. El movimiento hacia adelante del bucle C para formar una cubierta en forma de escudo sobre el agonista es el paso inicial esencial para la activación del canal.


      Farmacodinamia

      Gráficos graduados de dosis-respuesta y dosis-unión. (En preparaciones de tejido aislado, la concentración se usa generalmente como medida de la dosis). A. Relación entre la dosis o concentración del fármaco (abscisas) y el efecto del fármaco (ordenadas). Cuando el eje de la dosis es lineal, comúnmente se obtiene una curva hiperbólica. B. Mismos datos, eje de dosis logarítmica. La dosis o concentración a la que el efecto es la mitad del máximo se denomina CE50, mientras que el efecto máximo es Emax. C. Si el porcentaje de receptores que se unen al fármaco se representa frente a la concentración del fármaco, se obtiene una curva similar y la concentración a la que se unen el 50% de los receptores se denomina Kd, y el número máximo de receptores unidos se denomina Bmax.

      Relación de unión de dosis graduada y afinidad de unión de amperios

      Es posible medir el porcentaje de receptores unidos por un fármaco y, al graficar este porcentaje frente al logaritmo de la concentración del fármaco, se obtiene un gráfico similar a la curva dosis-respuesta (Figura 2-1C). La concentración de fármaco requerida para unirse al 50% de los sitios receptores se indica como Kd y es una medida útil de la afinidad de una molécula de fármaco por su sitio de unión en la molécula receptora. Cuanto menor sea la Kd, mayor será la afinidad del fármaco por su receptor. Si se conoce el número de sitios de unión en cada molécula receptora, es posible determinar el número total de receptores en el sistema a partir de la Bmax.

      Relaciones cuánticas dosis-respuesta

      Cuando se determina la dosis mínima requerida para producir una respuesta específica en cada miembro de una población, se define la relación dosis-respuesta cuántica (Figura 2-2). Por ejemplo, se podría estudiar un fármaco para reducir la presión arterial midiendo la dosis necesaria para reducir la presión arterial media en 20 mm Hg en 100 pacientes hipertensos. Cuando se representa como el porcentaje de la población que muestra esta respuesta en cada dosis frente al logaritmo de la dosis administrada, se obtiene una curva de dosis-respuesta cuántica acumulada, generalmente de forma sigmoidea. Las dosis mediana efectiva (ED50), mediana tóxica (TD 50) y (en animales) mediana letal (LD50) se derivan de experimentos llevados a cabo de esta manera. Debido a que la magnitud del efecto especificado se determina arbitrariamente, la DE50 determinada por medidas de respuesta a la dosis cuántica no tiene relación directa con la DE50 determinada a partir de las curvas de dosis-respuesta graduadas. A diferencia de la determinación graduada de dosis-respuesta, no se intenta determinar el efecto máximo del fármaco. Los datos cuánticos de dosis-respuesta proporcionan información sobre la variación en la sensibilidad al fármaco en una población determinada, y si la variación es pequeña, la curva es pronunciada.

      Gráficos cuánticos de dosis-respuesta de un estudio de los efectos terapéuticos y letales de un nuevo fármaco en ratones. Los recuadros sombreados (y las curvas en forma de campana que los acompañan) indican la distribución de frecuencia de las dosis de fármaco necesarias para producir un efecto específico, es decir, el porcentaje de animales que requirieron una dosis particular para exhibir el efecto. Los recuadros abiertos (y las correspondientes curvas sigmoideas) indican la distribución de frecuencia acumulativa de las respuestas, que están distribuidas logarítmicamente normal.

      (Modificado y reproducido, con autorización, de Katzung BG, editor: Basic & amp Clinical Pharmacology, 11th ed. McGraw-Hill, 2009: Fig. 2-2.)

      Eficacia y ampmdashoften denominada máxima eficacia y ampmdashis el mayor efecto (Emax) que puede producir un agonista si la dosis se toma a niveles muy altos. La eficacia está determinada principalmente por la naturaleza del fármaco y el receptor y su sistema efector asociado. Puede medirse con una curva de dosis-respuesta graduada (Figura 2-1) pero no con una curva de dosis-respuesta cuántica. Por definición, los agonistas parciales tienen una eficacia máxima menor que los agonistas completos (ver discusión posterior).

      La potencia denota la cantidad de fármaco necesaria para producir un efecto determinado. En las mediciones graduales de dosis-respuesta, el efecto generalmente elegido es el 50% del efecto máximo y la dosis que causa este efecto se denomina EC50 (Figura 2-1A y B). La potencia está determinada principalmente por la afinidad del receptor por el fármaco y la cantidad de receptores disponibles. En las mediciones cuánticas de dosis-respuesta, la DE50, la TD50 y la LD50 también son variables de potencia (dosis media efectiva, tóxica y letal, respectivamente, en el 50% de la población estudiada). Por tanto, la potencia se puede determinar a partir de curvas de dosis-respuesta graduadas o cuánticas (por ejemplo, Figuras 2-1 y 2-2), pero los números obtenidos no son idénticos.

      Se dice que existen receptores de repuesto si la respuesta máxima al fármaco (Emax) se obtiene con una ocupación inferior a la máxima de los receptores (Bmax). En la práctica, la determinación se realiza habitualmente comparando la concentración para el 50% del efecto máximo (CE50) con la concentración para el 50% de la unión máxima (Kd). Si la CE50 es menor que la Kd, se dice que existen receptores de reserva (Figura 2-3). Esto puede deberse a 1 de 2 mecanismos. Primero, la duración de la activación del efector puede ser mucho mayor que la duración de la interacción fármaco-receptor. En segundo lugar, el número real de receptores puede exceder el número de moléculas efectoras disponibles. La presencia de receptores de reserva aumenta la sensibilidad al agonista porque la probabilidad de una interacción fármaco-receptor aumenta en proporción al número de receptores disponibles. (Por el contrario, el sistema que se muestra en la Figura 2-1, paneles B y C, no tiene receptores de repuesto, ya que la EC50 y la Kd son iguales).

      En un sistema con receptores de reserva, la CE50 es más baja que la Kd, lo que indica que para lograr el 50% del efecto máximo, se deben activar menos del 50% de los receptores. Las explicaciones de este fenómeno se discuten en el texto.

      Agonistas, agonistas parciales y agonistas inversos amp

      Los conceptos modernos de interacciones fármaco-receptor consideran que el receptor tiene al menos 2 estados: activo e inactivo. En ausencia de ligando, un receptor puede estar completamente activo o completamente inactivo, alternativamente, puede existir un estado de equilibrio con algunos receptores en el estado activado y con la mayoría en el estado inactivo (Ra + Ri Figura 2-4). Muchos sistemas de receptores exhiben alguna actividad en ausencia de ligando, lo que sugiere que algunos receptores están en estado activado. La actividad en ausencia de ligando se denomina actividad constitutiva. Un agonista completo es un fármaco capaz de activar completamente el sistema efector cuando se une al receptor. En el sistema modelo ilustrado en la Figura 2-4, un agonista completo tiene una alta afinidad por la conformación del receptor activado, y concentraciones suficientemente altas dan como resultado que todos los receptores alcancen el estado activado (Ra-Da). Un agonista parcial produce menos que el efecto total, incluso cuando ha saturado los receptores (Ra-Dpa + Ri-Dpa), presumiblemente al combinarse con ambas conformaciones del receptor, pero favoreciendo el estado activo. En presencia de un agonista completo, un agonista parcial actúa como inhibidor. En este modelo, los antagonistas neutrales se unen con igual afinidad a los estados Ri y Ra, evitando la unión de un agonista y evitando cualquier desviación del nivel de actividad constitutiva. Por el contrario, los agonistas inversos tienen una afinidad mucho mayor por el estado inactivo Ri que por Ra y eliminan cualquier actividad constitutiva.

      Superior: un modelo de interacciones fármaco-receptor. El receptor puede asumir 2 conformaciones, Ri y Ra. En el estado Ri, está inactivo y no produce ningún efecto, incluso cuando se combina con una molécula de fármaco (D). En el estado Ra, activa sus efectores y se registra un efecto, incluso en ausencia de ligando. En ausencia de fármaco, el equilibrio entre Ri y Ra determina el grado de actividad constitutiva. Inferior: un fármaco agonista completo (Da) tiene una afinidad mucho mayor por la conformación del receptor Ra que por la conformación del receptor Ri, y se produce un efecto máximo a una concentración de fármaco suficientemente alta. Un fármaco agonista parcial (Dpa) tiene una afinidad algo mayor por la conformación Ra que por la conformación Ri y produce menos efecto, incluso a concentraciones saturadas. Un antagonista neutro (Dant) se une con igual afinidad a ambas conformaciones del receptor y evita la unión del agonista. Un agonista inverso (Di) se une mucho más ávidamente a la conformación del receptor Ri, previene la conversión al estado Ra y reduce la actividad constitutiva.

      (Modificado y reproducido, con autorización, de Katzung BG, editor: Basic & amp Clinical Pharmacology, 11th ed. McGraw-Hill, 2009: Fig. 1-4.)


      Resultados y discusión

      Modelado de homología y estudios de acoplamiento de GABA con treonina 244

      Nuestro modelo generado predice un enlace de hidrógeno entre el grupo hidroxilo de Thr244 en el bucle C y el grupo carboxilato de GABA (Fig 2A). Esta interacción ayuda a la unión del agonista y puede facilitar la activación debido al movimiento del bucle C hacia adentro, lo que conduce a la conformación abierta y activa el receptor [27].

      A. GABA y residuos circundantes en el sitio de unión ortostérico del ρ1 GABAC modelo de homología. B. Curvas de respuesta a la concentración de GABA en ρ1 GABAC Receptores WT, ρ1 T244S, ρ1 T244A y ρ1 T244C, (Datos = Media ± SEM, n = 5). Nota: GABA obtuvo una eficacia submáxima en comparación con la β-alanina y MTSEA en los receptores mutantes ρ1 T244A y ρ1 T244C, respectivamente.

      Mutación de treonina 244 en serina, alanina y cisteína

      GABA se probó primero en todos los receptores mutantes para determinar la funcionalidad de estos receptores. El ρ1 GABAC Los receptores mutantes T244S mostraron una disminución de 35 veces en la potencia de GABA con un EC50 de 35 µM como se informó anteriormente [21, 22]. ρ1 GABAC T244A y ρ1 GABAC Los receptores mutantes T244C inicialmente parecían no funcionales o insensibles a GABA a una concentración de 30 mM. Sin embargo, el aumento de la concentración de ARN mutante inyectado en los ovocitos de 50-100 ng / μl a 300 ng / μl dio como resultado la expresión de receptores que respondían débilmente a GABA en concentraciones altas (Figura 2B).

      Ρ1 GABAC Receptores mutantes T244S

      La disminución moderada de la potencia de GABA que se produce en los receptores mutantes ρ1 T244S sugiere la importancia del grupo metilo treonina en la restricción de la posición del grupo hidroxilo que se predice mediante el modelado para formar un enlace de hidrógeno con el grupo carboxilato de GABA [27]. Cuando se probaron los agonistas parciales ácido imidazol-4-acético y muscimol en receptores mutantes ρ1 T244S, sus efectos agonistas fueron eliminados por la mutación y actuaron solo como antagonistas competitivos. Aunque las acciones de los agonistas y agonistas parciales se vieron afectadas por la mutación T244S, la actividad de los antagonistas competitivos en este estudio permaneció sin cambios en estos receptores mutantes en comparación con los receptores ρ1 WT [22].

      Efectos agonistas de TACA y CACA en los receptores ρ1 T244S.

      los trans y cis los isómeros del ácido crotónico, TACA y CACA, respectivamente (Fig. 1), son análogos de GABA insaturados restringidos conformacionalmente. TACA, un potente agonista (EC50 = 0,6 μM) en los receptores ρ1 WT (Fig.3A), mostró una disminución de 25 veces en la actividad en los receptores mutantes ρ1 T244S (EC50 = 14 µM, figura 3B). Sin embargo, el agonista parcial CACA (EC50 = 95 µM) en los receptores ρ1 WT (Fig. 3A) se volvieron casi inactivos en los receptores mutantes ρ1 T244S, dando como resultado solo una respuesta mínima a 300 µM (Fig 3B).

      Curvas de respuesta a la concentración de GABA y los análogos insaturados, TACA y CACA en los receptores (A) ρ1 WT y (B) ρ1 T244S, (Datos = Media ± SEM, n = 5). (C) Muestra de trazas de las respuestas máximas de GABA y TACA en los receptores ρ1 WT y ρ1 T244S.

      La eficacia de los ligandos insaturados también se alteró como resultado de la mutación ρ1 T244S. Curiosamente, TACA, que muestra una eficacia del 95% en relación con la respuesta máxima de GABA en los receptores ρ1 WT, es ligeramente más eficaz (110%) que el GABA en los receptores ρ1 T244S (P 0,05) (figura 3C). El CACA que muestra solo un 60% de eficacia en relación con la respuesta máxima de GABA en los receptores de tipo salvaje ρ1 tiene solo un 2% de eficacia en los receptores de ρ1 T244S (figura 4A).

      (A) GABA, TACA y CACA acoplados en el sitio de unión ortostérica de ρ1 GABAC modelo de homología basado en GluCl en conformación abierta. (B) Poses de GABA y TACA en sus conformaciones de unión que muestran distancias entre los dos polos. (C) Varios contactos de la cadena lateral de GABA con la cadena lateral de serina en el sitio Thr244. (D) Varios contactos de la cadena lateral de TACA con la cadena lateral de serina en el sitio Thr244. El rotámero de serina que se muestra en D y E tiene Chi1 y Chi2 similares (es decir,primero y segundo ángulos diedros de la cadena lateral) valores a la conformación predicha de Thr244 en este sitio (I.mi. Chi = 91 y Chi2 = –179).

      TACA tiene una distancia ligeramente mayor entre los polos carboxilato y amonio que GABA (Fig 4B), y nuestro modelo predice la orientación unida del carboxilato adoptando una orientación ligeramente diferente a la de GABA y CACA (Fig 4A y 4B) y se predice que ser más capaz de formar contactos con la cadena lateral del residuo de serina en la posición 244 (Fig. 4C y 4D). Esta interacción puede estabilizar aún más la conformación abierta y ser responsable de la mayor eficacia de TACA en estos receptores mutantes.

      Efectos de CACA coaplicado con GABA EC50 en los receptores ρ1 T244S.

      La aplicación conjunta de CACA tiene un efecto aditivo sobre GABA EC50 respuestas en los receptores ρ1 WT, alcanzando hasta el 150% de GABA EC50 eficacia a 100 μM de CACA (Fig. 5A y 5B). El efecto adicional de CACA es similar en magnitud al efecto de CACA aplicado solo en los receptores ρ1 WT. Hay cinco sitios de unión equivalentes y se ha predicho que se requieren al menos tres moléculas de GABA para unirse a cada GABA pentamérico.C receptor para provocar una respuesta. Estos resultados sugieren que CACA se une en los sitios vacíos de los receptores que activan el receptor, de modo que se abren más receptores individuales, lo que conduce a una respuesta máxima.

      (A) Curva de respuesta a la concentración de la co-aplicación de concentraciones crecientes de CACA en presencia de GABA EC50 en los receptores ρ1 WT y ρ1 T244S, (Datos = Media ± SEM, n = 5). Muestras de trazas de CACA coaplicadas con GABA EC50 en ρ1GABAC (B) Receptores WT y (C) ρ1 T244S.

      Curiosamente, a pesar del hecho de que el CACA aplicado solo es casi inactivo en los receptores ρ1 T244S (Fig.5B), el CACA aplicado en presencia de GABA EC50 muestra un efecto aditivo sobre GABA EC50 respuestas en estos receptores mutantes, la magnitud de 300 μM de CACA aplicado solo es menos del 2% de GABA IMAX, sin embargo el GABA EC50 El efecto se mejora en aproximadamente un 20% a 100 µM de CACA (Fig. 5). Esto sugiere que la unión y / o activación por GABA cambia la conformación de los sitios de unión vacantes permitiendo que CACA active el receptor de manera más efectiva que cuando se aplica CACA solo, lo que lleva a un efecto aditivo.

      Efectos agonistas de glicina, β-alanina y ácido 5-aminovalérico.

      En los receptores ρ1 WT, los análogos de GABA con números variables de átomos de carbono en la columna vertebral, glicina, β-alanina y ácido 5-aminovalérico, respectivamente (Fig. 1), son agonistas parciales débiles (Fig. 6A) [37, 38]. En comparación con sus efectos sobre los receptores WT, las potencias y eficacias de estos agonistas parciales disminuyeron en los receptores mutantes ρ1 T244S. Tanto la glicina como la β-alanina mostraron disminuciones significativas en la eficacia, con un máximo de 8% y 5% en relación con la respuesta máxima de GABA a 30 mM. El compuesto menos eficaz en los receptores ρ1 WT, el ácido 5-aminovalérico, mostró una gran disminución en la potencia, desplazando la curva hacia la derecha; sin embargo, el ligando aún podía activar débilmente los receptores mutantes a concentraciones muy altas (6000 μM, 3% de eficacia relativa a la respuesta máxima de GABA a 30 mM) (Fig. 6B).

      Curvas de respuesta a la concentración de GABA, glicina, β-alanina y ácido 5-aminovalérico en los receptores ρ1 WT (A) y ρ1 T244S (B), (Datos = Media ± SEM, n = 5).

      Efectos de la glicina, la β-alanina y el ácido 5-aminovalérico coaplicados con GABA EC50 en los receptores ρ1 T244S.

      El agonista parcial glicina muestra un efecto aditivo sobre el GABA EC50 respuestas en los receptores ρ1 WT, 180% de eficacia (en relación con el GABA EC50 respuesta fijada al 100%), y tiene un efecto similar en los receptores mutantes ρ1 T244S pero con menor magnitud, 145% de eficacia. En los receptores ρ1 T244S, este efecto aditivo se reduce a concentraciones superiores a 1 mM (Fig. 7A). A pesar de ser capaz de activar directamente estos receptores en un 25% (ρ1 WT) y un 2% (ρ1 T244S) a concentraciones mM (Figura 7A), los efectos aditivos significativos de la glicina en los receptores ρ1 WT y T244S sugieren que la glicina es capaz de se une a los sitios de unión vacíos y es capaz de activar más eficazmente estos receptores. Las moléculas de glicina no pueden competir eficazmente con GABA en los sitios donde GABA se une a los receptores ρ1 WT. Lo más probable es que esto se deba a que GABA tiene una afinidad de unión mucho mayor en los receptores ρ1 WT. Sin embargo, en los receptores mutantes ρ1 T244S, es probable que se reduzca la afinidad de unión de GABA y, por lo tanto, a concentraciones muy altas de glicina, puede producirse cierta competencia entre los dos ligandos por el mismo sitio de unión, pero sin un desplazamiento significativo de las moléculas de GABA, lo que resulta en en que se activan menos canales y, por lo tanto, el efecto aditivo de la glicina disminuye a 10 mM (Fig. 7A).

      Curvas de respuesta a la concentración de GABA EC50 en presencia de (A) glicina, (B) β-alanina y (C) ácido 5-aminovalérico en los receptores ρ1 WT y ρ1 T244S, (Datos = Media ± SEM, n = 5).

      En concentraciones de hasta 100 μM de β-alanina en presencia de GABA EC50 tiene efectos aditivos débiles en los receptores ρ1 WT (125%) y los receptores mutantes ρ1 T244S (115%), respectivamente. En concentraciones superiores a 100 μM de β-alanina, actúa como antagonista en los receptores ρ1 WT y ρ1 T244S (la β-alanina inhibe el 60% de la EC de GABA50 en ambos receptores). Sin embargo, el IC50 de β-alanina aumenta 8 veces en los receptores ρ1 T244S en comparación con ρ1 WT (120 μM y 1 mM de β-alanina antagonizan GABA EC50 respuestas en los receptores ρ1 WT y ρ1 T244S, respectivamente) (Fig. 7B).

      En presencia de GABA EC50, El ácido 5-aminovalérico actúa como antagonista en los receptores ρ1 WT y ρ1 T244S a concentraciones superiores a 1 μM (Fig 7C). Sin embargo, la potencia del ácido 5-aminovalérico aumenta dos veces los receptores ρ1 T244S con un IC50 = 17 μM en comparación con 37 μM en los receptores ρ1 WT (Fig. 7C). La longitud de cadena extendida del ácido 5-aminovalérico en comparación con el GABA permite que el ácido 5-aminovalérico forme las interacciones requeridas con los receptores en el apo y no se requiere predominantemente que la proteína experimente un cambio conformacional que active los receptores ρ1 WT ni ρ1 T244S (Fig. 8). El grupo metileno adicional del ácido 5-aminovalérico puede resultar en más contactos hidrofóbicos en el sitio de unión que estabilizan aún más la apo estado sobre conformación abierta. El aumento en la potencia antagonista del ácido 5-aminovalérico en los receptores ρ1 T244S se debe posiblemente a la longitud de la cadena extendida que da como resultado una mayor flexibilidad que permite que el grupo carboxilato forme interacciones con la cadena lateral de la serina en la posición 244 de manera más eficaz que el GABA.

      GABA (blanco) y ácido 5-aminovalérico (rojo) acoplados en el sitio de unión ortostérica de ρ1 GABAC modelo de homología basado en GluCl en apo estado.

      Receptores mutantes de isoguvacina y ρ1 T244S

      Efecto agonista de la isoguvacina.

      Se probó el análogo heterocíclico de GABA isoguvacina (Fig. 1) en los receptores ρ1 WT y ρ1 T244S. Este ligando es un agonista parcial débil que activa los receptores WT con un EC50 = 200 µM [39] y 45% de eficacia en relación con la respuesta máxima de GABA. Sin embargo, en los receptores mutantes ρ1 T244S, la potencia y eficacia de la isoguvacina se reducen significativamente con solo una respuesta del 30% provocada a una concentración de 600 µM (Fig. 9A).

      (A) Curvas de respuesta a la concentración de GABA e isoguvacina en los receptores ρ1 WT, (Datos = Media ± SEM, n = 5). (B) Curvas de respuesta a la concentración de la aplicación conjunta de isoguvacina con GABA EC50 en ρ1 GABAC Receptores WT y ρ1 T244S, (Datos = Media ± SEM, n = 5). Muestra de trazas de respuesta de isoguvacina cuando se co-aplica con GABA EC50 en (C) ρ1 receptores GABAC WT y (D) en ρ1 receptores T244S.

      Estudios de acoplamiento de este ligando en el ρ1 GABAC El modelo de homología predice el enlace H del grupo hidroxilo de Thr244 con el grupo carboxilato de isoguvacina (Fig. 10A). También hay interacciones hidrófobas entre las cadenas laterales de Thr244 y la isoguvacina (Fig. 10B). Estas interacciones posiblemente pueden estabilizar aún más el receptor en conformación abierta. La reducción significativa de la potencia y eficacia de la isoguvacina cuando se introduce serina en el sitio Thr244 sugiere la importancia del enlace H y otras interacciones entre la cadena lateral de isoguvacina y Thr244 para estabilizar el receptor en conformación abierta.

      (A) enlaces H e (B) interacciones hidrofóbicas que se prevé que se formen mediante isoguvacina y ρ1 GABAC receptor.

      Efectos antagonistas de la isoguvacina.

      En los receptores ρ1 WT, la isoguvacina tiene un efecto aditivo moderado sobre la EC de GABA50 respuesta de hasta 135% (Fig. 9B y 9C). Sin embargo, en los receptores mutantes ρ1 T244S, la isoguvacina actúa como un antagonista completo (IC50 = 25,3 μM) contra GABA EC50 (Fig. 9B y 9D).

      Estos resultados sugieren que la isoguvacina sola se une a los receptores mutantes ρ1 T244S pero no estabiliza la conformación abierta. En presencia de GABA EC50 el efecto de la isoguvacina cambia de un efecto aditivo en los receptores ρ1 WT a receptores mutantes antagonistas ρ1 T244S. La eliminación del grupo metilo de la cadena lateral permite que la serina adopte una orientación que permite la formación de un enlace H con isoguvacina que no requiere el movimiento del bucle C en la conformación abierta.

      Estudiar la actividad de agonistas parciales estructuralmente diferentes en ρ1 GABAC Los receptores mutantes T244S indican que el efecto global de la mutación está determinado por la estructura del ligando. La eficacia y la potencia de los agonistas parciales alifáticos (glicina, β-alanina y ácido 5-aminovalérico) disminuyeron significativamente, sin embargo, todavía eran capaces de activar débilmente los receptores ρ1 T244S a concentraciones muy altas. Sin embargo, el agonista parcial heterocíclico, isoguvacina, que carece de flexibilidad conformacional, se convirtió en antagonista completo.

      Efecto de la mutación T244S sobre la actividad de los antagonistas TPMPA y THIP

      Comparado con el efecto del GABAC antagonistas, TPMPA y THIP (Fig. 1) en los receptores WT, la mutación T244S no tiene ningún efecto sobre las potencias de estos ligandos [40, 41]. Estudios de modelado y acoplamiento con el GABAC modelo basado en GluCl en el apo El estado predice que se impide estéricamente que el bucle C se mueva hacia adentro y forme un escudo sobre el ligando como un paso esencial en la conformación abierta. La estructura más voluminosa de los antagonistas puede inhibir el movimiento del asa C más cerca del ligando, evitando el paso inicial necesario para la activación del canal [27].

      Ρ1 GABAC Receptores mutantes T244A

      La sustitución de treonina por alanina en la posición 244 elimina el grupo hidroxilo. En los receptores ρ1 T244A, tanto la potencia como la eficacia de GABA (Fig. 11A y 11B) se redujeron significativamente (ρ1 WT = 1 μM, ρ1 T244A = 4960 μM). Se encontró que los agonistas ρ1 WT, TACA y muscimol y los agonistas parciales, glicina y ácido 5-aminovalérico eran menos eficaces que GABA. Sin embargo, se encontró que la β-alanina con un carbono menos que GABA era más potente (EC50 = 1496 µM, Fig. 11 A) y aproximadamente dos veces más eficaz que GABA a una concentración de 30 mM en los receptores mutantes ρ1 T244A (Fig. 11B). En comparación con sus efectos sobre los receptores ρ1 WT (Fig. 6), la potencia de la β-alanina se redujo solo dos veces en los receptores T244A.

      Curvas de respuesta a la concentración de β-alanina y GABA en receptores mutantes ρ1 T244A, (Datos = Media ± SEM, n = 15). (B) Muestra de trazas de respuesta de β-alanina y GABA en receptores mutantes ρ1 T244A. (C) Muestra de trazas de respuesta de β-alanina, GABA y TPMPA en los receptores ρ1 T244A.

      Nuestro modelo indica que la β-alanina no forma un puente salino entre su terminal de amonio y Glu196 de la misma manera que GABA. El grupo amonio de la β-alanina puede estabilizarse mediante la caja aromática en el sitio de unión (Fig. 12A). Esto también puede explicar la movilidad de la β-alanina en el sitio de unión en comparación con el GABA, lo que le permite acercarse ligeramente y formar más contactos hidrófobos entre la alanina de los receptores T244A, estabilizando la conformación abierta (Figura 12B).

      (A) Estudios de acoplamiento de GABA y β-alanina en el sitio de unión ortostérica de GABAC modelo de homología basado en GluCl en conformación abierta. (Izquierda) enlaces de hidrógeno entre las cadenas laterales de GABA y β-alanina con cadenas laterales de residuos Thr244 y Glu196. (Derecha) varias interacciones hidrofóbicas entre las cadenas laterales de GABA y β-alanina con las cadenas laterales de Thr244 y Glu196. (B) Estudios de acoplamiento de GABA y β-alanina en el sitio de unión ortostérica de GABAC modelo de homología basado en GluCl en conformación abierta. (Izquierda) interacciones hidrofóbicas entre la cadena lateral de GABA y los residuos de alanina en el sitio de Thr244. (Derecha) interacciones hidrofóbicas entre la cadena lateral de β-alanina y el residuo de alanina en el sitio de Thr244. (C) Estudios de acoplamiento de TPMPA en el sitio de unión ortostérica de GABAC modelo de homología basado en GluCl en apo conformación. (Izquierda) interacciones hidrofóbicas entre la cadena lateral de TPMPA y la cadena lateral de Thr244. Interacciones hidrófobas (medias) entre la cadena lateral de TPMPA y la cadena lateral del residuo de serina en el sitio de Thr244. (Derecha) interacciones hidrofóbicas entre la cadena lateral de TPMPA y la cadena lateral del residuo de alanina en el sitio de Thr244.

      La treonina 244 también se transformó en alanina en silico en el ρ1 GABAC modelo de homología que se utilizó para estudios de acoplamiento con GABA y β-alanina. Los estudios de acoplamiento predicen interacciones más hidrofóbicas del grupo carboxilato de la β-alanina con el residuo de alanina en la posición 244, que el grupo carboxilato de GABA. Estas interacciones hidrófobas pueden proporcionar una estabilización adicional a la β-alanina en el sitio de unión durante la activación, lo que también puede mejorar la eficacia y la potencia del ligando (figura 12B). El mayor número de interacciones de la β-alanina con el residuo de alanina en la posición 244 puede estabilizar el bucle C más cerca del ligando, que es esencial para la activación del canal.

      También se investigaron los efectos antagonistas de GABA y TPMPA contra la respuesta de β-alanina (30 mM) en los receptores ρ1 T244A. Cuando se coaplicó 30 mM de GABA con 30 mM de β-alanina, GABA inhibe moderadamente las respuestas provocadas por la β-alanina (Fig. 11C). Estos resultados sugieren que GABA actúa como agonista parcial en los receptores mutantes ρ1 T244A. Por otro lado, el antagonista TPMPA no tiene ningún efecto cuando se aplica solo, pero antagoniza débilmente las respuestas de β-alanina a 1 mM (Figura 11C). Sin embargo, la potencia de TPMPA se redujo significativamente en los receptores mutantes en comparación con los receptores ρ1 WT donde tiene un IC50 = 2,3 µM contra GABA, lo que indica que el hidroxilo libre de una serina o treonina en la posición 244 es importante para la unión y, por tanto, la potencia antagonista de TPMPA. Nuestros estudios de modelado predicen que TPMPA forma el mayor número de contactos hidrofóbicos con Thr244, mientras que forma un número menor de contactos hidrofóbicos con una serina en la posición 244, y el menor número de contactos hidrofóbicos entre TPMPA y la alanina en los receptores T244A (Figura 12C ).

      Ρ1 GABAC Receptores mutantes T244C

      Los experimentos iniciales sugirieron que los receptores mutantes T244C no se expresaban, sin embargo, la inyección de cinco veces la concentración de ARN normalmente inyectado dio como resultado una respuesta muy débil a GABA (30 mM). Curiosamente, se encontró que el tiosulfonato de 2-aminoetilmetano análogo de GABA tio-reactivo (MTSEA) provoca respuestas reversibles en receptores mutantes ρ1 T244C con mayor potencia y eficacia que GABA (Fig. 13A y 13B).

      (A) Curvas de respuesta a la concentración de MTSEA y GABA en receptores mutantes ρ1 T244C, (Datos = Media ± SEM, n = 15). (B) Muestra de trazas de respuesta de MTSEA y GABA en los receptores ρ1 WT. (C) Muestra de trazas de respuesta de MTSEA en receptores ρ1 T244C.

      MTSEA activa los receptores ρ1 WT con una eficacia y potencia muy débiles (Fig. 13C). Cuando este ligando se co-aplica con GABA EC50, en concentraciones por debajo de 100 μM tiene efectos aditivos débiles para el GABA EC50 respuesta, pero a concentraciones de 100 μM y superiores antagoniza débilmente la EC de GABA50 respuestas (Figura 13B).

      Los estudios de acoplamiento de MTSEA en el sitio de unión ortostérico del modelo de homología ρ1 predicen que no se forma un enlace H entre el oxígeno sulfonilo de MTSEA y el grupo hidroxilo de Thr244, aunque se producen varias interacciones entre las cadenas laterales de MTSEA y Thr244 (Fig. 14A). Además, reemplazar treonina con cisteína en la posición 244 en silico predijo que la cisteína introducida existe predominantemente como un rotámero en el que el tiol apunta lejos del sitio de unión (Chi1 = -64 °), lo que puede explicar por qué no se forma un enlace S-S irreversible entre MTSEA y cisteína (Figura 14B). Sin embargo, MTSEA todavía puede activar receptores ρ1 T244C con una magnitud similar a los receptores ρ1 WT, aunque la sensibilidad de GABA en los receptores mutantes ρ1 T244C está significativamente disminuida.

      Estudios de acoplamiento de MSTEA y GABA (A) en el WT ρ1 GABAC modelo de homología basado en GluCl en conformación abierta. (B) Estudios de acoplamiento de GABA (blanco) y MTSEA (amarillo) con modelo de homología ρ1 T244C basado en GluCl donde el grupo tiol de Cys244 está orientado lejos del sitio de unión (Chi1 = -64 °).

      Además, debido al grupo metilo del tiosulfonato de metano, se predice que MTSEA mediante estudios de acoplamiento formará un poco más de interacciones con el residuo de cisteína en la posición 244 que el grupo carboxilato de GABA. Por lo tanto, una vez que se ha eliminado el hidroxilo de treonina, MTSEA puede conferir una mejor estabilidad de la conformación del canal abierto a través de interacciones hidrófobas en los receptores mutantes ρ1 T244C en comparación con GABA (Figura 14B).

      Treonina 244 y activación de canales

      GABA en el sitio de unión ortostérica de ρ1 GABAC forma un enlace H con el grupo hidroxilo de Thr244, y esta interacción requiere que el bucle C se mueva hacia GABA. Un antagonista competitivo esencialmente estabiliza la conformación cerrada manteniendo al receptor en la conformación cerrada y evitando el cebado necesario para la apertura del canal [42], evitando así que GABA se una. Los ligandos que inhiben las respuestas agonistas se unen fuertemente al sitio y estabilizan el receptor en el estado inactivo. Esto se puede lograr en el sitio de unión ortostérica de ρ1 GABAC receptores a través de antagonistas que forman contactos hidrófobos adicionales con residuos aromáticos que rodean el sitio de unión. Además de bloquear el sitio que impide que GABA u otros agonistas se unan y activen el canal, estas interacciones estabilizan la conformación cerrada al inhibir el movimiento del bucle C.

      En el caso de ρ1 GABAC canales iónicos, el ligando heterocíclico más voluminoso y conformacionalmente restringido, TPMPA se une en el sitio y forma contactos hidrofóbicos con Tyr241 y Tyr247 ubicados en el bucle C que evitan que el bucle avance y, por lo tanto, conduce al canal estabilizado en conformación cercana (Fig 15) .

      Se forman múltiples interacciones hidrófobas entre TPMPA y los residuos del bucle C Tyr241 y Tyr247.


      Drug Mech: Principios básicos 1

      Se refiere a las acciones de la droga en el cuerpo humano ( lo que la droga le hace al cuerpo ).

      Las propiedades farmacodinámicas de un fármaco (p. Ej., mecanismo de acción de la droga , relación entre efecto y concentración , & hellip) determinan el grupo o clase de fármacos en los que se clasifica el fármaco y desempeñan el papel principal a la hora de decidir si esa clase de fármacos es una terapia eficaz para una enfermedad o síntoma en particular.

      PD es el base de la terapéutica farmacológica .

      Para trazar PD, use concentración vs respuesta , o en otras palabras, dosis versus efecto .

      La EP puede considerarse como las consecuencias o acciones de ¿Qué sucede una vez que un fármaco se une a un sitio receptor? .

      Literalmente y lsquo el movimiento de una droga y rsquo, se refiere a las acciones del cuerpo humano sobre la droga ( lo que le hace el cuerpo a la droga ).

      Es el estudio de la Absorción, distribución y aclaramiento ( Metabolismo / Excreción ) de una droga (o el PROMOCIONAME propiedades del fármaco) con respecto al tiempo, y el establecimiento de una relación entre la concentración del fármaco y el tiempo.

      Para trazar PK, use concentración vs.tiempo .

      Las propiedades farmacocinéticas de un fármaco son de gran importancia en la selección y administración de un medicamento en particular para un paciente en particular.

      & middot La mayoría de los fármacos que se utilizan en la actualidad se pueden clasificar como ácidos o bases débiles. Una droga y rsquos Las propiedades ácido-base pueden influir en gran medida en su biodistribución y partición. caracteristicas, porque las diferencias de pH en los distintos compartimentos (tejidos / fluidos) del cuerpo pueden alterar el grado de ionización de dichos fármacos.

      • & middot Algunas drogas se sintetizan dentro del cuerpo (p. ej.,
      • hormonas) aunque la mayoría no lo son.
      • Los medicamentos pueden ser sólidos a temperatura ambiente, líquidos o gaseosos. La naturaleza física de una droga juega un papel importante a la hora de determinar la mejor ruta para suadministración.
      • & middot La mayoría de los fármacos interactúan con una molécula específica en el
      • sistema biológico (cuerpo humano) que es responsable de regular la función biológica / fisiológica. Esta molécula, que es la sitio de acción de la droga, se conoce comúnmente como receptor.
      • & middot Para interactuar químicamente con su receptor, una droga
      • La molécula debe tener las propiedades necesarias. para ser transportado desde su sitio de administración a su sitio de acción. También debe tener el tamaño, la carga eléctrica, la forma y la composición atómica correctos para encajar y unirse al sitio activo de su receptor.
      • & middot La molécula de fármaco ideal mostrará características de unión favorables al receptor, y el equilibrio estará a la derecha, donde complejo fármaco-receptor está junto (y por lo tanto puede causar una respuesta farmacológica) en lugar de un "fármaco" y un "receptor" separados.
      • & middot Después de una respuesta farmacológica, el
      • Se espera que el fármaco se disocie del receptor y vuelva a entrar en la circulación sistémica. ser eliminado del cuerpo.

      & middot En otras palabras, el uso habitual de fármacos en terapéutica exige que el efecto del fármaco & rsquos dure un período de tiempo finito. Luego, si se va a repetir, se volverá a administrar el fármaco. Si el paciente no tolera bien el fármaco, es aún más importante que el fármaco se disocie del receptor y se excrete del organismo.

      • Esta foto es una generado por computadora representación de una molécula de fármaco en un "bolsillo" del receptor:
      • Esta foto es una radiografía real de un complejo fármaco-receptor:
      • Esta imagen muestra una molécula de fármaco que es algo única porque enlaces covalentes están formados. Esta cefalosporina se une covalentemente al betalactámico del receptor.

      1) La molécula del fármaco debe encajar en el sitio de encuadernación .

      2) La molécula del fármaco debe formar enlaces químicos (o en otras palabras, hacer las conexiones correctas con los residuos de aminoácidos) en el sitio de unión.

      & middot La selectividad de fármacos, también conocida como unión selectiva de un fármaco, se refiere al número de tipos o subtipos de receptores a los que se une el fármaco en el organismo.

      & middot La selectividad del fármaco se mide habitualmente comparando las afinidades de unión del fármaco con diferentes tipos / subtipos de receptores.

      • & middot La afinidad de unión (o afinidad) del fármaco se refiere a
      • su capacidad para encajar y unirse al bolsillo del receptor (es decir, el sitio de unión del fármaco y rsquos en la molécula receptora).

      & middot La selectividad de un fármaco es un término relativo. Por ejemplo, digamos que un fármaco en particular puede unirse a 5 receptores. Todavía se consideraría selectivo porque son solo 5 receptores de un billón!

      & middot La selectividad farmacológica se atribuye a lo siguiente:

      1) Los fármacos se unen a uno o unos pocos tipos / subtipos de receptores más fuerte que a los demás.

      2) Los receptores que se unen a las drogas controlan procesos celulares discretos que dan como resultado efectos distintos.

      & middot La especificidad del fármaco se refiere al número de efectos (tanto beneficiosos / terapéuticos como tóxicos) que el fármaco es capaz de producir en el organismo.

      & middot Para ser específico, el fármaco debe producir un único efecto específico en el organismo. Por lo tanto, ¡NO existe ninguna droga que sea específica! ¡Todas las drogas producen más de un efecto en el cuerpo!

      • & middotNingún fármaco provoca un único efecto específico.
      • Esto se atribuye a lo siguiente:
      • 2) Incluso si el fármaco es químicamente (es decir, estructuralmente) selectivo en la unión a un solo tipo de
      • receptor Los procesos bioquímicos post-receptor que están controlados por dicha unión suelen tener lugar en múltiples tipos de células y están acoplados a muchas otras funciones bioquímicas.. Como resultado, lo más probable es que se ejerza más de un efecto de fármaco.
      • & middot La gran mayoría de los fármacos tienen pesos moleculares
      • entre 100 y 1000. Para lograr la unión selectiva de la molécula del fármaco. a un solo tipo de receptor, un medicamento debe, en la mayoría de los casos, tener
      • un peso molecular de al menos 100. Medicamentos que tienen un peso molecular mayor que 1000 no se difundirá
      • fácilmente entre compartimentos del cuerpo como resultado, los medicamentos muy grandes (por ejemplo, proteínas) deben administrarse directamente en el compartimento del cuerpo donde ejercerán su efecto farmacológico.

      & middot Drugs interactúan con los receptores uniéndose a ellos a través de enlaces químicos.

      • Hay tres tipos principales de enlaces fármaco-receptor:
      • 1) covalente
      • 2) electrostático
      • 3) hidrofóbico

      & middot La unión electrostática es mucho más común que la unión covalente en las interacciones fármaco-receptor. Los enlaces electrostáticos son más débiles que los enlaces covalentes; (enlaces electrostáticos) varían desde enlaces iónicos relativamente fuertes entre moléculas iónicas cargadas hasta enlaces de hidrógeno más débiles e interacciones dipolares inducidas muy débiles como las fuerzas de van der Waals.

      & middot Los enlaces hidrofóbicos suelen ser muy débiles. Son importantes en las interacciones de fármacos altamente lipofílicos con las bicapas de fosfolípidos de las membranas celulares. También son importantes en la interacción de fármacos con el sitio activo o "bolsillo" del receptor.

      & middot Los fármacos que se unen mediante enlaces débiles a sus receptores son generalmente más selectivos en su unión que los fármacos que se unen mediante enlaces muy fuertes. Esto se atribuye al hecho de que los enlaces débiles requieren un ajuste muy preciso del fármaco en el bolsillo activo de su receptor para que se produzca una interacción. Es probable que sólo un número muy limitado de tipos de receptores proporcione un ajuste tan preciso para una estructura de fármaco particular. Es probable que las moléculas de fármaco que forman enlaces débiles con los receptores sean muy selectivas y de acción corta. (Las drogas altamente selectivas son siempre las mejores drogas & hellip ¿Por qué?)

      De acuerdo a Wikipedia, "Los estereoisómeros son moléculas isoméricas que tienen la misma fórmula molecular y secuencia de átomos enlazados (constitución), pero que difieren solo en las orientaciones tridimensionales de sus átomos en el espacio. Los isómeros estructurales comparten la misma fórmula molecular, pero las conexiones de enlace y / o su orden entre diferentes átomos / grupos difieren. En los estereoisómeros, el orden y las conexiones de enlace de los átomos constituyentes sigue siendo el mismo, pero su orientación en el espacio es diferente ".

      & middot La estereoquímica de un receptor es constante . algo que no se puede manipular. Sin embargo, la droga se puede cambiar. Puede elegir qué fármaco, con una estereoquímica específica, aplicar al cuerpo.

      • & middot Dado el hecho de que la quiralidad (estereoisomería) es una
      • fenómeno extremadamente común en la naturaleza y en biología, no es sorprendente que la mayoría de las drogas son quirales (asimétrico). Varios medicamentos quirales que se usan clínicamente están disponibles / administrados como mezclas racémicas, es decir, mezclas de isómeros ópticos y rsquo o enantiómeros (p. Ej., S- y R-ibuprofeno, S- y R-warfarina, R- y S-verapamilo ), mientras que el
      • el resto se comercializa como un enantiómero activo único.

      • & middot En la mayoría de los casos, un enantiómero de fármaco es mucho más potente que el otro, lo que refleja una mejor & lsquofit & rsquo a la molécula receptora.

      Otro ejemplo es la (-) epinefrina que exhibe de 12 a 15 veces más actividad vasoconstrictora que la (+) epinefrina. Existen muchos otros ejemplos en la literatura.

      (¡Piense en el sitio del receptor como si fuera un & lsquoglove & rsquo en el que la molécula del fármaco debe encajar para producir su efecto!)

      & middot Otro resultado importante de la quiralidad de los fármacos es que un enantiómero / estereoisómero activo o más activo en un tipo de sitio receptor puede no estar activo (o más activo) en otro tipo de sitio receptor (por ejemplo, un tipo de receptor que puede ser responsable de algún efecto secundario indeseable), en comparación con el otro isómero.

      • Por ejemplo, los isómeros dextrorrotatorios
      • (los enantiómeros (+)) de la serie de fármacos de la morfina, como el dextrometorfano, son supresores de la tos que poseen el antitusivo
      • propiedades de la codeína (que tiene un levógiro, (-), estereoquímica), sin las características analgésicas, adictivas, depresoras centrales y estreñimiento
      • exhibido por la forma (-). La forma (+) simplemente no se une a los receptores involucrados en las acciones analgésicas, estreñimiento, adictivo y otras ejercidas por la forma (-). Como resultado, el dextrometorfano ha reemplazado en gran medida a muchos antitusivos más antiguos, incluida la codeína, en las preparaciones para la tos con y sin receta.
      • Otro ejemplo es el anestésico local levobupivacaína, que es el isómero (S) de la bupivacaína. La bupivacaína está disponible en el mercado, es la mezcla racémica de (R)
      • e isómeros (S). Tanto la (R) como la (S)
      • los isómeros tienen una buena actividad anestésica local, pero el isómero (R) causa depresión miocárdica y arritmias ventriculares. Por el contrario, el isómero (S) muestra mucha menos cardio-toxicidad. En consecuencia, el
      • El isómero puro (S) de bupivacaína está ahora disponible en el mercado debido a su perfil de seguridad superior.
      • & middot Hay varios medicamentos disponibles / comercializados como mezclas racémicas (una mezcla racémica es
      • una mezcla 50:50 de los enantiómeros (-) y (+)).
      • En algunos casos, desafortunadamente, el paciente está recibiendo dosis de medicamentos de las cuales el 50% son inactivas o tóxicas.. Como resultado, existe un gran interés, tanto en la FDA como en la industria farmacéutica, en hacer que más medicamentos quirales estén disponibles como
      • sus enantiómeros activos puros.
      • & middot Por muy dramáticos que puedan ser los ejemplos anteriores de estereoselectividad, a veces puede no ser
      • rentable para resolver el fármaco en sus enantiómeros puros. En algunos casos, es difícil concluir que un isómero de un fármaco es superior a
      • el otro.
      • Por ejemplo, el S-verapamilo es un bloqueador de los canales de calcio más activo que el R-verapamilo, pero el primero se metaboliza más rápidamente por el efecto de primer paso en el hígado, lo que significa que el R-verapamilo tiene un efecto mucho mayor.
      • mayor biodisponibilidad que el S más activo
      • isómero (¿cuál de los dos isómeros es clínicamente superior?).
      • Por ejemplo, el ibuprofeno AINE se vende como el
      • mezcla racémica. El S-ibuprofeno es el isómero antiinflamatorio activo (inhibidor de la ciclooxigenasa). El isómero R, por otro lado, tiene actividad analgésica de acción central, pero se convierte metabólicamente en el isómero S in vivo.

      & middot AGONISTAS son fármacos que se unen al receptor y lo activan, lo que provocará el efecto farmacológico.

      Algunos receptores, una vez activados, pueden provocar directamente el efecto farmacológico, como es el caso de las enzimas y los canales iónicos.

      Como resultado, otros receptores se unen a través de una o más moléculas de acoplamiento a una molécula efectora separada, la activación de este tipo particular de receptor provocará indirectamente el efecto farmacológico.

      Un EFECTOR es un componente de una vía de transducción de señales que produce el efecto biológico después de que se activa el receptor por un agonista a menudo un canal de iones o una molécula de enzima).

      • & middot Algunos medicamentos imitan el efecto de un receptor.
      • agonista inhibiendo las moléculas responsables de terminar la acción de un agonista endógeno (p. ej., inhibidores de la fosfodiesterasa, inhibidores de la acetilcolinesterasa).

      & middot AGONISTAS COMPLETOS son fármacos que pueden activar el sistema receptor-efector en la máxima medida en que el sistema es capaz cuando se administra en concentraciones suficientemente altas. Como resultado, un agonista completo produce el efecto farmacológico máximo en su sistema receptor-efector. Los agonistas completos exhiben alta y lsquo intrínseca Eficacia y rsquo.

      • & middot AGONISTAS PARCIALES son drogas que se unen y
      • activar el receptor sin embargo, la respuesta o efecto evocado no es tan alto como el efecto obtenido de la unión de un agonista & lsquofull & rsquo. Como consecuencia, un agonista parcial puede actuar como un & lsquoagonista & rsquo (enla ausencia de un agonista completo) o como un & lsquoantagonist & rsquo(en presencia de un agonista completo). Los agonistas parciales exhiben una eficacia intrínseca baja y rsquo (la eficacia intrínseca es independiente de la afinidad por el receptor).
      • & middot ANTAGONISTAS FARMACOLOGICOS, también conocido como & lsquo Blockers & rsquo o & lsquo Receptor-Specific
      • Los antagonistas y rsquo son drogas que se unen a
      • el mismo sitio de unión del agonista en la molécula receptora sinactivando el receptor, evitando así (o bloqueando)
      • la unión de moléculas agonistas (y la prevención de la activación del receptor por un agonista).
      • En última instancia, previenen / reducen los efectos de las moléculas agonistas y agonistas del receptor.
      • drogas en el cuerpo.
      • Los antagonistas farmacológicos pueden ser & lsquo Antagonistas competitivos & rsquo o & lsquo No competitivos
      • Antagonistas y rsquo.
      • Un antagonista farmacológico es específico del receptor porque interactúa con el mismo
      • receptor como el agonista que antagoniza.

      & middot ANTAGONISTAS ALOSTERICOS también se conocen como inhibidores alostéricos, antagonistas alostéricos específicos del receptor o antagonistas alostéricos no competitivos.

      Son drogas que inhibir / reducir la eficacia / afinidad de unión del agonista del receptor mediante la unión a sitios alostéricos en la molécula receptora (es decir, unión a sitios que son diferentes y alejados del sitio de unión del agonista). En otras palabras, son antagonistas no competitivos que se unen de forma reversible o irreversible a sus sitios de unión alostéricos en la molécula receptora.

      Un antagonista alostérico es específico de receptor porque interactúa con el mismo receptor que el agonista al que antagoniza.

      La inhibición / antagonismo alostérico es no superarse aumentando la concentración / dosis del agonista.

      & middot Los conceptos modernos de interacciones fármaco-receptor consideran que el receptor tiene al menos dos conformaciones: Ri (inactivo) y Ra (activo).

      & middot En la conformación Ri, el receptor es inactivo / no funcional y no produce ningún efecto, incluso cuando se combina con una molécula de fármaco (D).

      • & middot En la conformación Ra, el receptor puede activar
      • sus efectores y producen un efecto, incluso en ausencia de un ligando / fármaco.

      & middot En ausencia de ligando, existe un receptor en un estado de equilibrio. (Ri + Ra) entre las dos conformaciones. El equilibrio entre las formas Ri y Ra determina el grado de actividad constitutiva producida por el receptor.

      & middot Otros factores involucrados en la determinación del grado de actividad constitutiva incluyen la densidad del receptor, la concentración de moléculas de acoplamiento (si es un sistema acoplado) y el número de moléculas efectoras en el sistema.

      & middot Los estudios / consideraciones termodinámicos indican que, en ausencia de cualquier ligando, la forma Ri del receptor se ve favorecida (más estable) y que un pequeño porcentaje de las moléculas receptoras existen en la forma Ra parte del tiempo.

      & middot Los sistemas de receptores en humanos exhiben un bajo nivel de actividad constitutiva en ausencia de agonista, lo que confirma que estos receptores existen en un estado de equilibrio (Ri + Ra) con la mayoría de las moléculas receptoras en forma Ri y solo un pequeño número de las moléculas receptoras están en forma Ra.

      & middot Agonistas completos tienen una afinidad mucho mayor para unirse a la conformación Ra y son capaces de estabilizarla completamente (es decir, tienen una alta eficacia intrínseca).

      • & middot La unión de agonistas completos favorece la formación del complejo Ra-D con un efecto observado mucho mayor.
      • Como resultado, los agonistas completos provocan un cambio de todo el grupo de receptores al grupo Ra-D cuando se administran en concentraciones suficientemente altas, lo que resulta en
      • Activación completa del sistema efector y producción del efecto farmacológico máximo..

      & middot Agonistas parciales tienen una afinidad intermedia para unirse a las formas Ri y Ra (Ra-D + Ri-D), con una afinidad algo mayor por la forma Ra.

      • & middot No estabilizan la forma Ra tan completamente como los agonistas completos, por lo que existe una fracción significativa de moléculas receptoras en el grupo Ri-D (es decir, los agonistas parciales exhiben una baja eficacia intrínseca). Como un
      • resultado, un agonista parcial produce menos que el efecto total en el sitio del receptor, incluso cuando ha saturado las moléculas del receptor.

      & middot Farmacológico Antagonistas tienen la misma afinidad para unirse a las formas Ra y Ri de la molécula receptora.

      & middot La unión del antagonista fija las fracciones de los complejos Ri-D y Ra-D en las mismas cantidades relativas que en ausencia de cualquier fármaco (es decir, la unión del antagonista no cambia el equilibrio Ra frente a Ri). Como resultado, no se observará ningún cambio en el efecto (es decir, se mantiene el mismo nivel de actividad constitutiva).

      & middot Sin embargo, la unión del antagonista bloquea el sitio del receptor y evita que los agonistas se unan.

      & middot Agonistas inversos tienen una afinidad mucho mayor para unirse a la forma inactiva Ri de la molécula receptora y son capaces de estabilizarla.

      & middot La unión de agonistas inversos estabiliza todas las moléculas receptoras en el grupo Ri-D (y evita la conversión al estado Ra). Como resultado, los agonistas inversos reducen / eliminan cualquier actividad constitutiva y puede producir efectos opuestos a los producidos por los agonistas convencionales en ese receptor.

      & middot La acción del fármaco a nivel del receptor finaliza mediante uno de los siguientes mecanismos:

      1) Disociación del fármaco del receptor. En algunos casos, la disociación terminará automáticamente el efecto farmacológico del fármaco; en otros casos, el efecto puede persistir durante un período de tiempo después de la disociación (cuando, por ejemplo, una molécula de acoplamiento todavía está presente en forma activada).

      2) Biosíntesis de nuevas moléculas receptoras. En el caso de fármacos que se unen covalentemente al receptor, el efecto puede persistir hasta que se destruye el complejo fármaco-receptor y se biosintetizan nuevas moléculas receptoras.

      & middot El cuerpo humano está lleno de moléculas endógenas que son capaces de unirse a fármacos. Sin embargo, es importante distinguir entre la unión de una molécula de fármaco a un & lsquo Receptor y rsquo y unión de la droga a un & lsquo Sitio de unión inerte y rsquo.

      - Un receptor suele ser una molécula reguladora endógena que debe ser selectivo en la unión a ligandos (moléculas de fármacos y otros xenobióticos), y debe cambiar su función tras la activación (unión) para alterar la función o respuesta biológica.

      -Unión de un fármaco a una molécula inerte no reguladora en el cuerpo (por ejemplo, albúmina en plasma) no alterará la función biológica o respuesta estas moléculas endógenas inertes que pueden unirse a fármacos se conocen como Sitios de unión inertes .

      Aunque este tipo de unión al fármaco no produce un efecto farmacológico, tiene una gran importancia farmacocinética porque afecta la distribución del fármaco en el cuerpo y la cantidad de fármaco "libre" que está disponible en la circulación general.

      & middot La mayoría de los receptores son proteinas . Las estructuras polipeptídicas proporcionan tanto la diversidad química como la especificidad que son necesarias para una interacción receptor-ligando.

      Ejemplos de receptores de fármacos incluyen :

      1) Proteínas reguladoras , que median las acciones de señales químicas endógenas como neurotransmisores, autacoides y hormonas.

      2) Enzimas (por ejemplo, la enzima dihidrofolato reductasa es el receptor del fármaco anticanceroso metotrexato).

      3) Proteínas de transporte (por ejemplo, Na + / K + ATPasa es el receptor de membrana para los glucósidos cardiotónicos digitálicos).

      4) Proteínas estructurales (por ejemplo, la tubulina es un receptor de colchicina).

      • & middot El & lsquoreceptor & rsquo concepto es el foco central de
      • investigar los efectos de los fármacos y sus mecanismos de acción (farmacodinámica). Hoy, muchos
      • Los receptores de fármacos ya se han aislado y caracterizado, lo que permite una mayor comprensión de las bases moleculares de la acción de los fármacos.
      • 1) Los receptores son en gran parte responsables de establecer las relaciones cuantitativas entre dosis o concentración de la droga y sus efectos farmacológicos. La afinidad del receptor y rsquos para unirse a
      • la molécula del fármaco determina la concentración del fármaco necesaria para producir un número significativo de complejos fármaco-receptor, que influirán en el fármaco
      • efecto. Además, el número total de moléculas receptoras disponibles puede limitar el efecto máximo que puede producir una molécula de fármaco.
      • 2) Los receptores son responsables de selectividad de la acción de las drogas. Existe una amplia gama de receptores (sitios de unión) químicamente diferentes disponibles para una molécula de fármaco en una célula o tejido. La química de la molécula del fármaco determina si el fármaco es capaz de unirse a un receptor en particular. La química de la molécula del fármaco también determina la afinidad del fármaco y rsquos.
      • para unirse a un receptor en particular. En consecuencia, las modificaciones de la estructura química de un fármaco pueden aumentar o disminuir las afinidades del fármaco por diferentes clases de receptores y alterar sus efectos terapéuticos y tóxicos.
      • 3) Los receptores median las acciones de ambos Agonistas y Antagonistas . Algunos fármacos y muchos ligandos naturales (p. Ej., Neurotransmisores, hormonas) interactúan
      • con receptores como agonistas, es decir, activan el receptor y producen un efecto como resultado directo de la unión al receptor. Otras drogas interactúan
      • con receptores como antagonistas.
      • & middot La relación entre la dosis de un fármaco y su
      • El efecto terapéutico en un paciente es considerablemente complejo. Sin embargo, en un sistema in vitro (por ejemplo, cultivo celular), la relación entre la concentración del fármaco y el efecto es simple y puede describirse mediante un Curva graduada de dosis-respuesta (hiperbólico
      • o sigmoide) basado en la siguiente ecuación:
      • mi = Efecto observado a concentración C.
      • Emax = Respuesta máxima que puede producir el fármaco.
      • CE50 = Concentración de la droga que produce
      • 50% del efecto máximo.

      & middot Durante una interacción fármaco-receptor, los agonistas del fármaco se unen u ocupan moléculas receptoras con una afinidad característica por el receptor. La relación entre el fármaco unido a las moléculas receptoras (B) y la concentración de fármaco libre (no unido) (C) también se puede describir mediante un Curva de unión de dosis graduada (hiperbólico o sigmoide) basado en la siguiente ecuación:

      • B = Fármaco unido a moléculas receptoras.
      • C = Concentración de fármaco libre (no unido).
      • Bmax= Concentración total de sitios receptores que se unen al fármaco a concentraciones infinitamente altas de fármaco libre.
      • KD= & lsquoEquilibrium Disociación constante & rsquo es
      • la concentración de fármaco libre a la que se observa el 50% de unión máxima.

      & middot mimax caracteriza eficacia de la droga (es decir, eficacia farmacodinámica) de la siguiente manera:

      • Si mimax es baja, la eficacia del fármaco es baja.
      • Si mimax es alta, la eficacia del fármaco es alta.

      CE50 caracteriza potencia de la droga como sigue:

      • Si CE50 es baja, la potencia del fármaco es alta.
      • Si CE50 es alta, la potencia del fármaco es baja.

      KD caracteriza el afinidad de drogas y rsquos para unirse al receptor de la siguiente manera:

      • Si KD es baja, la afinidad de unión es alta.
      • Si KD es alta, la afinidad de unión es baja.

      • & middot Los datos de respuesta a la dosis (o efecto de la dosis) suelen
      • presentado como un curva sigmoidea del efecto del fármaco (ordenadas) en función del logaritmo de la dosis o concentración (abscisas).

      & middot La unión de la molécula del fármaco a un receptor conduce a un cambio conformacional en el receptor, que es el primero de muchos pasos necesarios para producir una respuesta farmacológica. El proceso de transducción entre la ocupación de moléculas receptoras y la respuesta al fármaco se conoce como & lsquo Acoplamiento & rsquo (o acoplamiento ocupación-respuesta ).

      & middot La eficiencia del proceso de acoplamiento está determinada por los siguientes factores:

      1) Cambio conformacional inicial en el receptor. Como resultado, el cambio conformacional (ocupación) que resulta de la unión de un agonista completo conduce a un acoplamiento de ocupación-respuesta mucho más eficiente que el cambio conformacional que resulta de la unión de un agonista parcial.

      2) Eventos bioquímicos que transducen la ocupación del receptor en una respuesta celular y cuán eficientes (o complicados) son estos eventos.

      • & middot La alta eficiencia de una interacción fármaco-receptor puede
      • También puede atribuirse a la presencia de Receptores de repuesto .

      Por ejemplo, se puede provocar una respuesta ionotrópica máxima del músculo cardíaco a las catecolaminas incluso si el 90% de los b-adrenoceptores están ocupados por un antagonista irreversible. En consecuencia, se dice que las células del miocardio contienen una gran cantidad de adrenoceptores β de repuesto.

      & middot Se dice que existen receptores de repuesto si el efecto farmacológico máximo (Emax) se obtiene con una ocupación inferior a la máxima de las moléculas receptoras (Bmax).

      & middot La presencia de receptores de repuesto se determina comparando la concentración del 50% del efecto máximo (EC50) con la concentración del 50% de la unión máxima (KD). Si la CE50 es menor que la KD, se dice que existen receptores de repuesto . Esto significa que para lograr el 50% del efecto máximo en un sistema con receptores de repuesto, se debe activar menos del 50% de las moléculas receptoras. Si EC50 y KD son iguales, los receptores de repuesto no existen .

      & middot La presencia de receptores de repuesto puede ser el resultado de uno de dos mecanismos:

      1) La duración de la activación del efector puede ser mucho mayor que la duración de la interacción fármaco-receptor.

      2) El número real de moléculas receptoras puede exceder el número de moléculas efectoras disponibles.

      & middot El sensibilidad de una célula o tejido a una concentración particular del agonista depende de ambos:

      • 1) El afinidad del receptor para unirse al agonista (que se caracteriza por KD) y
      • 2) El grado de escasez del receptor . El "grado de sobriedad" es la cantidad total de moléculas receptoras presentes en comparación con la cantidad de moléculas receptoras que realmente se necesitan para provocar una respuesta biológica máxima (es decir, es la cantidad de moléculas receptoras de repuesto que están presentes).
      • & middot Antagonistas farmacológicos se unen al mismo sitio de unión del agonista en la molécula receptora sin activar el receptor (o sin activar el sistema efector para ese receptor). El efecto antagonista de estas moléculas se debe a su capacidad para prevenir agonistas (agonistas de fármacos o
      • agonistas endógenos) se unen a los receptores y los activan.

      Antagonistas competitivos se unen al mismo sitio de unión del agonista en la molécula receptora de forma reversible sin activar el sistema efector para ese receptor.

      • Antagonismo competitivo depende de la concentración. El aumento de las concentraciones de un antagonista competitivo, en presencia de una concentración fija del agonista, dará como resultado una
      • disminución o inhibición del efecto agonista, concentraciones elevadas del antagonista competitivo abolirán completamente el efecto agonista.
      • Concentraciones suficientemente altas del agonista
      • desplazar al antagonista y activar completamente el receptor. Como resultado, el agonista abolirá por completo el efecto antagonista de una concentración dada del antagonista competitivo . A estas altas concentraciones del agonista, el agonista Emax permanece igual para cualquier concentración fija del antagonista.

      El efecto & lsquoblocking & rsquo (o inhibitorio) de un antagonista competitivo depende de su concentración. Los diferentes pacientes que reciben una dosis fija de un antagonista competitivo o "bloqueador lsquo" (p. Ej., Propranolol) exhiben diferentes niveles plasmáticos, debido a las diferencias en el aclaramiento del antagonista. Como resultado, Los efectos antagonistas de un bloqueador competitivo pueden variar ampliamente entre los pacientes y la dosis debe ajustarse en consecuencia..

      La respuesta clínica a un antagonista competitivo también depende de la concentración del agonista. (por ejemplo, & lsquonorepinefrina & rsquo en el caso de propranolol). Un aumento en la concentración del agonista dará como resultado una disminución del efecto antagonista del bloqueador (y una disminución de su efecto terapéutico) un aumento considerable de la concentración del agonista puede ser suficiente para abolir la antagonismo competitivo exhibido por el antagonista.

      Antagonistas farmacológicos no competitivos unirse al receptor sin activarlo (o sin activar el sistema efector para ese receptor).

      Antagonistas farmacológicos no competitivos se unen irreversiblemente al mismo sitio de unión del agonista en la molécula receptora.

      En algunos casos, la unión irreversible se atribuye a una afinidad extremadamente alta del antagonista por unirse a sus sitios receptores, como resultado, el receptor prácticamente no está disponible para unirse al agonista. En otros casos, los antagonistas se unen de forma irreversible porque forman enlaces covalentes con sus sitios receptores.

      A diferencia de los efectos de un antagonista competitivo, los efectos de un El antagonista irreversible no se puede superar aumentando la concentración / dosis del agonista..

      Una vez antagonista irreversible se une a varias moléculas receptoras, la cantidad de moléculas receptoras desocupadas puede no ser suficiente para que el agonista ejerza su efecto máximo. Como resultado, antagonistas irreversibles causar un desplazamiento hacia abajo del máximo en la curva de dosis-respuesta del agonista (no hay ningún desplazamiento de la curva en el eje de dosis / concentración a dosis / concentraciones más altas a menos que estén presentes receptores de repuesto).

      Si hay receptores de repuesto, una dosis baja del antagonista irreversible probablemente dejará suficientes moléculas receptoras desocupadas para que el agonista ejerza un efecto máximo.

      Clínicamente, existe una ventaja en el uso de un antagonista irreversible en terapia (por ejemplo, fenoxibenzamina, un antagonista irreversible de los receptores adrenérgicos α). Una vez que ha ocupado el receptor, la presencia de la forma libre de un antagonista irreversible no es necesario para la inhibición de las respuestas agonistas. Como resultado, La duración de la acción de un antagonista irreversible depende en gran medida de la tasa de renovación de las moléculas receptoras (no la tasa de su propia eliminación).

      Otra ventaja de usar un antagonista irreversible en terapia es su capacidad para mantener el bloqueo o la inhibición del efecto agonista incluso en presencia de concentraciones elevadas y variables del agonista.

      Una desventaja de usar un antagonista irreversible como agente terapéutico es la necesidad de "antagonizar" los efectos excesivos del antagonista en caso de sobredosis.

      • & middot En ausencia de moléculas receptoras de repuesto, la respuesta farmacológica máxima se produce cuando
      • El agonista se une a todas las moléculas receptoras disponibles. Según esa respuesta máxima, los agonistas se pueden clasificar en dos clases principales: agonistas parciales y agonistas completos .

      • & middot Los agonistas parciales inhiben competitivamente la unión de los agonistas completos en el sitio del receptor (similar a la inhibición producida por un fármaco competitivo
      • antagonista). Como resultado, Los agonistas parciales se pueden utilizar como antagonistas competitivos.. De hecho, muchos de los fármacos que se utilizan clínicamente como antagonistas competitivos son agonistas parciales.

      & middot Muchos antagonistas de fármacos son antagonistas específicos del receptor (competitivos o no competitivos), pero no todos son receptores específicos. Se conocen otros dos mecanismos de antagonismo farmacológico que incluyen Antagonismo químico y Antagonismo fisiológico .

      & middot Antagonismo químico ocurre cuando un fármaco (el antagonista químico) antagoniza las acciones de un segundo fármaco al unirse e inactivar el segundo fármaco. Como resultado, el antagonista químico puede evitar que el segundo fármaco se una a su sitio receptor.

      & middot Un antagonista químico no depende de la interacción con el receptor agonista & rsquos (aunque tal interacción puede ocurrir).

      2) Dimercaprol es un antagonista químico (o un quelante) del plomo y algunos otros metales tóxicos.

      3) La pralidoxima es un antagonista químico de los inhibidores de la colinesterasa organofosforados.

      & middot Muchos antagonistas de fármacos son antagonistas específicos del receptor (competitivos o no competitivos), pero no todos son receptores específicos. Se conocen otros dos mecanismos de antagonismo farmacológico que incluyen Antagonismo químico y Antagonismo fisiológico .

      & middot Otra forma de antagonizar los efectos de un fármaco o una sustancia endógena es aprovechar el antagonismo fisiológico que ya existe entre las vías reguladoras endógenas del cuerpo.

      & middot A diferencia de los antagonistas farmacológicos, un antagonista fisiológico se une a una molécula receptora diferente, produciendo un efecto opuesto al producido por el fármaco que antagoniza (un antagonista farmacológico interactúa con el mismo receptor que el fármaco que antagoniza)


      Supuestos del modelo y comparaciones con otros modelos de receptores

      Mecanismo de activación y enlace del receptor

      Actualmente, los receptores farmacológicos se clasifican en cuatro clases principales (de modo de acción rápido a lento): 1) canales iónicos activados por ligando (los receptores ionotrópicos forman parte de las dianas proteicas del canal iónico que también incluyen canales iónicos activados por voltaje y otros canales iónicos), 2 ) Receptores acoplados a proteína G (receptores metabotrópicos de GPCR), 3) receptores catalíticos (incluidos los receptores tirosina quinasas) y 4) receptores de hormonas nucleares (Rang et al., 2015 Alexander et al., 2017). En la actualidad, existen importantes datos bioquímicos, biofísicos y estructurales que sugieren que los receptores (en particular, los GPCR) existen en un equilibrio dinámico entre sus estados inactivo y activo. Pueden estar activos hasta cierto punto incluso en un estado libre de ligandos (Changeux y Edelstein, 2011), y la unión de ligandos modifica este equilibrio (Hunyady et al., 2003). En general, los receptores libres de ligandos son abrumadoramente en sus conformaciones inactivas aquellos que no tienen actividad constitutiva lo son por completo. La unión de un agonista desplaza el equilibrio hacia el estado activo. La unión de un agonista inverso lo desplaza aún más hacia el estado inactivo (Figura 4B).

      El modelo completo de dos estados, que permite la actividad constitutiva, se concibe tradicionalmente a lo largo de las líneas ilustradas en la Figura 2, por lo que el ligando puede unirse a la forma inactiva del receptor y contribuir a su activación (ajuste inducido, inducción conformacional) o se unen a la forma activa del receptor y lo bloquean preferentemente en esa forma (selección conformacional). Las constantes de equilibrio correspondientes se muestran en la Figura 2 siguiendo una notación de uso común (por ejemplo, Figura 1 en Trzeciakowski, 1999b, Figura 1 en Roche et al., 2013, o Ec. 21 en Kenakin, 2017) que asume el ligando como tener un & # x3b1-pliegue diferente afinidad por la forma activa frente a la inactiva. Debido a consideraciones termodinámicas relacionadas con el bucle, solo hay tres parámetros independientes: KD = [L] [R] / [LR] y KD/& # x3b1 = [L] [LR *] / [LR *] son ​​las constantes de disociación de equilibrio para las formas receptoras inactiva y activa, respectivamente y K& # x3b5 = [R *] / [R] y & # x3b1K& # x3b5 = [LR *] / [LR] son ​​las constantes de equilibrio para la activación de los receptores libres y unidos a ligando.

      El modelo actual de SABRE se basa en un formalismo similar, pero algo diferente, como se resume en la Figura 3.Se asume que la unión altera la propensión del receptor a la activación, pero no considera diferentes afinidades de unión para las formas activas e inactivas del receptor. KD representa un promedio de conjunto de la unión a las conformaciones activas e inactivas en cada estado, y se define mediante la Ecuación 7. Eficacia & # x3b5 representa la fracción de receptores unidos al ligando que están activos (Ecuación 9) y la eficacia del receptor de línea de base definida de manera similar & # x3b5R0 caracteriza la fracción de receptor libre de ligando que está activo (Ecuación 11). Finalmente, la señal generada en el receptor se puede amplificar siguiendo una función de transducción caracterizada por el parámetro de ganancia & # x3b3 (Ecuación 12).

      Hay otro aspecto de la unión al receptor que debe tenerse en cuenta. Con un número rápidamente creciente de estructuras receptoras detalladas que están disponibles, incluso para varios GPCR, es cada vez más claro que la mayoría de los receptores en su conformación activa tienen su sitio de unión al ligando de molécula pequeña enterrado profundamente en su interior. En muchos casos, se ha encontrado que los sitios de unión, especialmente los ortostéricos, están completamente enterrados (p. Ej., Muscarínicos M2 / 3, & # x3b22 adrenérgicos, esfingosina-1-fosfato S1P, serotonina 5-HT, receptor de quimiocinas CCR5, glutamato mGlu1 y otros) en algunos, no están y están parcialmente expuestos a solventes (p. ej., & # x3bc-receptores de opioides y varios receptores de opioides activados por péptidos B GPCR) (Manglik et al., 2012 Lee et al., 2015 Shonberg et al., 2015 Lu y Wu, 2016). Se incluye un conjunto de ejemplos representativos en 3D a modo de ilustración: la forma activa unida a agonista (adrenalina) del & # x3b22-receptor adrenérgico (un tipo A & # x3b1 GPCR) (Ring et al., 2013) (Figura 5), ​​las formas agonista (2MeSADP) y antagonista (AZD1283) unidas del P2Y12 receptor (un tipo A & # x3b4 GPCR) (Zhang et al., 2014a Zhang et al., 2014b) (Figura 6), las formas agonista (dexametasona) y antagonista (mifepristona) unidas del receptor de glucocorticoides (un receptor nuclear) ( Kauppi et al., 2003) (Figura 7), y la forma agonista (glutamato) unida del receptor AMPA (un canal iónico activado por ligando o receptor ionotrópico) (Twomey et al., 2017) (Figura 8). La necesidad de sitios de unión completamente enterrados no es una coincidencia, ya que permiten que el ligando unido interactúe con el receptor a lo largo de toda su superficie, de modo que volúmenes relativamente pequeños pueden enfocar múltiples interacciones (iónicas, polares, enlaces de hidrógeno y otras) y lograr lo suficiente unión fuerte con una eficiencia de ligando suficientemente buena [energía de unión por unidad de tamaño (Hopkins et al., 2004)]. Dichos sitios de unión tuvieron que evolucionar para que todos los ligandos endógenos de moléculas pequeñas permitieran potencias adecuadas. En este sentido, tampoco es una coincidencia que los objetivos de los fármacos tradicionales, como los GPCR, los canales iónicos o las enzimas, sean exactamente aquellos que tienen cavidades o hendiduras tan bien definidas para unirse a sus ligandos naturales, ya que también pueden explotarse con fines de farmacibilidad. (Bodor y Buchwald, 2012 Zhu et al., 2012 Santos et al., 2017). La farmacibilidad requiere una potencia suficiente (en general, potencia submicromolar, p. Ej., EC50 & lt 1 & # x3bcM) con fármacos de molécula pequeña existentes que tienen una potencia media de 20 nM (Overington et al., 2006). Esto implica la necesidad de una energía de enlace suficientemente fuerte (& # x394GRAMO 0). La falta de bolsas de unión bien definidas que posibiliten interacciones fuertes a lo largo de la mayor parte de la superficie del ligando es una de las principales razones por las que otras dianas terapéuticas como, por ejemplo, las interacciones entre proteínas y proteínas (PPI) son tan difíciles de modular por moléculas pequeñas (Arkin y Wells, 2004 Scott et al., 2016 Bojadzic y Buchwald, 2018).

      Figura 5 Estructura tridimensional del agonista (adrenalina, epinefrina) unida a la forma activa del & # x3b22-receptor adrenérgico (un tipo A & # x3b1 GPCR). La estructura [PDB ID 4LDO (Ring et al., 2013)] se muestra desde dos perspectivas diferentes (la de la derecha es una vista girada 90 & # xb0 y algo ampliada desde la parte superior). El receptor está cubierto con una superficie gris semitransparente y la estructura de la proteína secundaria indica que el ligando está resaltado como una estructura de CPK sólida más oscura. El ligando está algo descolorido ya que está enterrado dentro del receptor y oscurecido por la superficie semitransparente que lo recubre, lo que pretende ilustrar que esta posición no es accesible para la unión directa desde el exterior.

      Figura 6 Estructura tridimensional de las formas agonista (2MeSADP arriba) y antagonista (AZD1283 abajo) unidas del P2Y purinérgico12 receptor (un GPCR de tipo A & # x3b4). Las estructuras [PDB IDs 4PXZ y 4NTJ (Zhang et al., 2014a Zhang et al., 2014b)] se muestran cubiertas con una superficie gris semitransparente y la estructura de proteína secundaria indicada como ligandos se resalta como estructuras CPK sólidas más oscuras. Ambos se muestran desde dos perspectivas diferentes, siendo la de la derecha una vista girada 90 & # xb0 y algo ampliada desde la parte superior. Los ligandos se desvanecen a medida que se entierran dentro del receptor y quedan oscurecidos por las superficies de cobertura; sin embargo, el antagonista (abajo) está menos enterrado que el agonista (arriba) de modo que parte de su superficie no está cubierta y es accesible desde el exterior como lo indica su colores más vivos donde directamente visibles.

      Figura 7 Estructura tridimensional de las formas agonista (dexametasona izquierda) y antagonista (mifepristona derecha) unidas del receptor de glucocorticoides (un receptor nuclear). Las estructuras [PDB IDs 1P93 y 1NHZ (Kauppi et al., 2003)] se muestran desde dos perspectivas diferentes (la inferior es una vista rotada 90 & # xb0 como se indica con las flechas). Los receptores se muestran cubiertos con una superficie gris semitransparente y la estructura de la proteína secundaria indica que los ligandos están resaltados como estructuras CPK sólidas más oscuras. Los ligandos se desvanecen a medida que se entierran dentro de los receptores y quedan oscurecidos por las superficies de cobertura; sin embargo, el antagonista (derecha) está menos enterrado que el agonista (izquierda) de modo que parte de su superficie no está cubierta y no es accesible desde el exterior como lo indica su colores más vivos donde directamente visibles.

      Figura 8 Estructura tridimensional de la forma unida al agonista (glutamato) del receptor AMPA (un canal iónico de puerta de ligando o receptor ionotrópico). La estructura [PDB ID 1P93 (Twomey et al., 2017)] se muestra con el receptor que se muestra cubierto con una superficie gris semitransparente y la estructura de la proteína secundaria indicada, los ligandos están resaltados como estructuras CPK sólidas más oscuras (el recuadro muestra una sección alrededor del enlace ligando como una ampliación). Como antes, los ligandos se desvanecen a medida que se entierran dentro de los receptores y quedan oscurecidos por las superficies de cobertura.

      Debido a que el dominio de unión a ligando (LBD) de la mayoría de los receptores en su conformación activa está enterrado en el interior y no es accesible desde el solvente circundante, la unión directa a la forma activa (selección conformacional, ajuste seleccionado) es una posibilidad poco probable para las moléculas pequeñas típicas. ligandos (resaltados por una X roja en la Figura 3). Dado que el LBD no es directamente accesible desde el exterior cuando el receptor está en su conformación activa (R *), es poco probable que los agonistas de moléculas pequeñas puedan simplemente & # x201csnap & # x201d en su lugar y estabilizar esta conformación como lo requiere una selección conformacional. mecanismo (Figura 2). Por la misma razón, la suposición de una constante de enlace separada para el estado activo (por ejemplo, KD/& # x3b1 en la Figura 2) y la necesidad de un bucle termodinámico parece poco realista para la mayoría de las uniones de moléculas pequeñas.

      Si se necesita un sitio de unión bien cerrado para una unión y activación eficientes, las conformaciones activas deben tener un LBD cerrado que no sea accesible directamente desde el exterior. Las vistas representativas que muestran agonistas completamente enterrados (Figuras 5 & # x20138) se incluyeron aquí para resaltar esto. Además, esto también puede proporcionar un mecanismo plausible aunque simplificado para la capacidad disminuida de los agonistas parciales para cambiar el equilibrio hacia el estado activo (Figura complementaria S3). Los agonistas o antagonistas parciales pueden dificultar el cierre estrecho de LBD (como se ilustra en la Figura 6 o Figura 7) reduciendo su eficacia en la activación del receptor. El dominio & # x201cVenus atrapamoscas & # x201d de la clase C GPCR proporciona una posible ilustración, ya que fluctúa entre conformaciones abiertas y cerradas con agonistas que generalmente estabilizan la conformación cerrada y antagonistas que mantienen la conformación abierta (Geng et al., 2013 Koehl et al., 2019 ). En química médica, es bien sabido que los agonistas y antagonistas parciales típicamente mantienen ciertos elementos estructurales importantes (farmacóforos) de los agonistas completos mientras que también incorporan bloques de construcción adicionales con bastante frecuencia dando como resultado estructuras moleculares más grandes. Algunos casos bien conocidos se ilustran en la Figura complementaria S1. La unión del receptor depende en gran medida del tamaño, y ni los ligandos demasiado pequeños ni demasiado grandes pueden lograr la unión más fuerte (energía más baja) (Buchwald, 2008). El panorama general es ciertamente mucho más complejo para varios receptores, y esto es una simplificación de aplicabilidad limitada. Sin embargo, se menciona como una posible conceptualización simplificada que puede ser útil en algunas aplicaciones [& # x201cTodos los modelos son incorrectos, pero algunos son útiles & # x201d (Box, 1979)]. Se han mostrado casos en los que los agonistas completos inducen el cierre del dominio LBD mientras que los agonistas parciales se unen a una conformación más abierta, por ejemplo, para el receptor AMPA (Figura 8) (Jin et al., 2003 Twomey y Sobolevsky, 2018). Por otro lado, la información estructural de los estudios de cocristalización con algunos GPCR parece sugerir que su activación implica la traducción de cambios estructurales relativamente modestos dentro del sitio de unión del ligando en cambios conformacionales a mayor escala en el lado intracelular del receptor (Shonberg et al., 2014 Shonberg et al., 2015). En última instancia, estos supuestos relacionados con los mecanismos de activación y unión (Figura 3, Figura S3) no limitan la aplicabilidad general del formalismo del presente modelo y sus correspondientes formas cuantitativas (Figura 1).

      Ventaja frente a otros modelos de receptores cuantitativos

      La forma cuantitativa del presente modelo general de receptor SABRE (Ecuación 2 o Ecuación 4) no tiene una belleza sorprendente como resultado de una elegante simplicidad, sin embargo, tiene varios beneficios en comparación con otros modelos cuantitativos complejos que se basan principalmente en lo operativo (Black y Leff). modelo (Black y Leff, 1983 Black et al., 1985): 2

      La mayoría de los modelos farmacológicos cuantitativos existentes asumen funciones de receptor en la línea de esta ecuación basada en modelos operativos (Trzeciakowski, 1999a Ehlert et al., 2011 Slack y Hall, 2012 Ehlert, 2015b Copeland, 2016 Hall y Giraldo, 2018) con algunas adiciones necesarias para actividad constitutiva (Jenkinson, 2010 Kenakin, 2017 Kenakin, 2018b), incluyendo extensiones como las de Ehlert y colaboradores (Ehlert et al., 2011) o Hall y colaboradores (Slack y Hall, 2012 Hall y Giraldo, 2018 ). Sin embargo, existen notables desventajas que dificultan el uso generalizado de estos KD y & # x3c4ecuaciones basadas en la base, la mayoría de las cuales son superadas por el modelo actual. Aunque las formas generales del modelo actual de tres parámetros (Ecuación 4) y la del modelo operacional (Ecuación 20) son bastante similares (con & # x3b5 & # x3b3 aquí reemplazando & # x3c4 del modelo operativo, más una & # x3b5 presente en el denominador), la presente parametrización proporciona varias ventajas sobre & # x3c4-modelos basados ​​en. Estos se destacarán brevemente a continuación.

      Más adecuado para el ajuste mediante regresión no lineal

      Transformar la forma clásica del modelo operacional (Ecuación 20) de una manera similar a la que se hizo para el modelo actual (Ecuación 14 vs.13) conduce a

      Por lo tanto, para el modelo operativo, la respuesta fraccional máxima que puede lograr un ligando es Fresp, max = & # x3c4/(& # x3c4+1) y la mitad de la actividad máxima ocurre en EC50 = Kobs = KD/(1+& # x3c4). Porque para los agonistas completos (o casi completos), la respuesta máxima (fraccional), & # x3c4/(& # x3c4+1), debe estar cerca de 1, & # x3c4 necesita tener valores grandes, y estos son difíciles de obtener de una manera bien definida, ya que & # x3c4/(& # x3c4 + 1) la fracción ya no es sensible a los cambios en & # x3c4 al acercarse a la unidad. Por lo tanto, el ajuste por regresión no lineal puede resultar en grandes y mal definidos & # x3c4 valores, haciendo que el enlace KD valores también mal definidos. Dado que el calculado KD es (& # x3c4 + 1) -diferente de lo observado Kobs, el modelo operacional (Ecuación 20) puede terminar no solo con una definición mal definida, sino también poco realista. KD valores que son esencialmente sin sentido desde una perspectiva vinculante. Por lo tanto, este modelo es difícil de ajustar para agonistas completos o casi completos, y los resultados pueden ser difíciles de interpretar (ver, por ejemplo, la Tabla 1 y la Figura A1 en Buchwald, 2017 para ilustraciones específicas). De acuerdo con esto, el análisis de identificabilidad matemática y la simulación para el modelo operativo ha demostrado que cuando solo se dispone de datos de ensayo funcional, solo el coeficiente de transducción (& # x3c4/KD) y no & # x3c4 puede estimarse con precisión (Zhu et al., 2018). De hecho, hay aplicaciones que emplean el modelo operativo o solo para determinar & # x3c4/KD proporciones (Kenakin et al., 2012) o con experimentos KD valores para restringir la regresión (Rajagopal et al., 2011). Porque en el modelo actual, & # x3b5 está restringido al rango de 0 a 1 y KD es independiente de & # x3b5, el ajuste por regresión no lineal no se enfrenta a estos problemas, y todos los parámetros pueden ajustarse de manera bien definida para agonistas parciales y completos siempre que haya suficientes puntos de datos. En el siguiente capítulo se incluyen varios ejemplos específicos a modo de ilustración.

      Parametrización más intuitiva

      Como se destaca en la Ecuación 21, la KD El parámetro del modelo operativo obtenido del ajuste de datos es diferente del aparente (observado) Kobs ya que su valor también depende de & # x3c4: Kobs = KD/(& # x3c4+1). Aunque esto permite que la curva de concentración & # x2013 respuesta se desplace de la curva de concentración & # x2013, razón por la cual se necesitan modelos tan complejos en primer lugar, también hace que KD un parámetro empírico que no está directamente relacionado con la vinculación. Como se mencionó anteriormente, para agonistas completos o casi completos, & # x3c4 debe ser grande [p. ej., & # x3c4& gt10 es necesario para mimax = & # x3c4/(& # x3c4+1) & gt0.9] y Kobs los valores se cambiarán considerablemente en comparación con KD& # x2014 a menudo a valores irrealmente altos que están claramente lejos de la afinidad de unión real del ligando. Por lo tanto, se ha aceptado usar KD como parámetro empírico no necesariamente relacionado con la unión al receptor, y en algunas implementaciones, como en GraphPad Prism, los agonistas completos no se ajustan en absoluto a este modelo. Se ha señalado que para el modelo operativo, los cambios en la vinculación (KD) y en conformación (& # x3c4) se vuelven indistinguibles para los agonistas muy eficaces, lo que hace que las interpretaciones sean difíciles y engorrosas (Colquhoun, 1998).

      Contrariamente a esto, todos los parámetros del presente modelo son sencillos, intuitivos y claramente relacionados con sus procesos correspondientes. La afinidad (unión) se caracteriza por KD, la constante de unión y los valores medidos en ensayos de equilibrio se pueden utilizar directamente en el modelo. Esta KD se desacopla de la capacidad post-unión para activar el receptor (eficacia) así como de la fuerza de la amplificación post-activación. La eficacia (capacidad para activar el receptor) se caracteriza por & # x3b5, un parámetro sin unidades específico del ligando que va de 0 (para un ligando que mantiene inactivos todos los receptores) a 1 (para un agonista que cambia todos los receptores al estado activo). La transducción no lineal, debida a la amplificación (ganancia) posreceptor, se caracteriza por & # x3b3, un parámetro sin unidades que va desde 1 (sin amplificación) hasta infinito.

      La activación del receptor y la amplificación de la señal están separadas

      El presente modelo también supera un problema esencial relacionado con hipótesis de los modelos operacional (Black y Leff) y del Castillo & # x2013Katz, a saber, que aunque las ecuaciones finales son matemáticamente idénticas (Ecuación 20), llegan a él desde dos enfoques conceptualmente diferentes. que son ambos incompletos. Por un lado, el modelo mínimo de dos estados (del Castillo & # x2013Katz) (Figura 2 sin un estado R *), que ahora es un enfoque generalmente aceptado para describir el cambio del receptor entre los estados activo e inactivo, no incorpora formalmente la señal amplificación (transducción no lineal), que, como se discutió, se sabe que existe. Por otro lado, el modelo operacional (Black y Leff) permite una respuesta no lineal, pero es un modelo de un solo estado que no incorpora formalmente la posible existencia de estados de receptor unidos a ligandos activos e inactivos (es decir, la posibilidad de que no todos ocuparan receptores están activos), que también se sabe que existe. Lo compensa limitando su función de salida a un máximo de & # x3c4/(& # x3c4+1). En consecuencia, estos modelos, de hecho, fusionan dos efectos diferentes en su & # x3c4 parámetro: la & # x201eficacia cintrínseca & # x201d del ligando (unido) para activar el receptor, que puede conducir a una activación parcial (agonismo parcial) incluso con una función de respuesta lineal, y la & # x201eficacia & # x201d de la amplificación posterior a la activación aguas abajo del receptor, que puede crear una respuesta fraccionada en exceso de la ocupación fraccionada (& # x201 reserva del receptor & # x201d) y puede ser específica de tejido u órgano. Estos problemas se superan con el modelo actual, mediante la introducción de eficacia separada & # x3b5 y ganar & # x3b3 parámetros que también están desacoplados forman la afinidad de unión, KD.

      Reducibilidad a modelos anteriores y / o simplificados

      Finalmente, otra ventaja importante es que, a diferencia de los modelos anteriores, el actual es un verdadero modelo generalizado: las formas simplificadas se pueden recuperar como casos especiales de sus parámetros, por ejemplo, & # x3b5R0 = 0 para ninguna actividad constitutiva, & # x3b3 = 1 para sin amplificación (sin reserva de receptor), y & # x3b5 = 1 solo para agonismo completo (Figura 1). Cuando sea adecuado y / o cuando no haya suficientes datos para respaldar la parametrización completa, estos formularios simplificados pueden y deben usarse por sí mismos. El modelo operativo, y consecuentemente todas sus extensiones, no puede reducirse a formas más simples, como la mimax modelo para el agonismo parcial o la ecuación de Clark, ya que no hay & # x3c4 valores para los cuales la Ecuación 20 vuelve a convertir a cualquiera de ellos (ver Buchwald, 2017 para más detalles). Por lo tanto, no se puede volver a formas más simples a pesar de que en general es deseable que los modelos complejos puedan recuperar los más simples para casos especiales de sus parámetros. Por el contrario, el modelo general actual se puede reducir a una serie completa de formas más simples anidadas consecutivamente (Figura 1). Por ejemplo, & # x3b5R0 = 0 indica que no hay actividad constitutiva, reduce el modelo general de cuatro parámetros (Figura 1A) al modelo de tres parámetros utilizado antes (Figura 1C). Además, si no hay amplificación posreceptor, & # x3b3 = 1, este modelo (Figura 1C) colapsa de nuevo a un mimax modelo para agonistas parciales con eficacia & # x3b5 (Figura 1D):

      & # xa0 & # xa0 & # xa0 & # xa0 (22)

      Finalmente, si solo se consideran agonistas completos (& # x3b5 = 1), todos los receptores ocupados están activos (Figura 1F), y la ecuación correspondiente colapsa de nuevo a la conocida ecuación de Clark, que forma la base de toda la teoría cuantitativa del receptor:

      & # xa0 & # xa0 & # xa0 & # xa0 (24)


      Ver el vídeo: Non-competitive Antagonist. Inhibition... Easy to Understand (Junio 2022).