agiscono come inibitori Farmaci che agiscono come inibitori enzimatici

Catalisi enzimatica e sistemi biologici Caratteristiche generali degli enzimi: Velocità di reazione più elevata Condizioni di reazione più blande Maggiore specificità di reazione Capacità di regolazione

Interazioni enzima-substrato: un prerequisito per la catalisi Forze importanti per il riconoscimento del substrato Caratteristiche del sito attivo

Modelli per le interazioni enzima-substrato

Carbossipeptidasi A- Cambiamenti indotti dal substrato nella conformazione del sito attivo

Cofattori enzimatici Apoenzima + Coenzima e/o Cofattore = Oloenzima Alcuni enzimi richiedono la presenza di composti organici noti come “coenzimi” e/o ioni metallici e composti inorganici (cofattori) per l’attivazione. I coenzimi e i cofattori sono specie chimiche separate che si legano agli apoenzimi mediante interazioni elettrostatiche, legami H e forze di van der Waals a dare un sistema attivo complesso detto oloenzima. Apoenzima + Coenzima e/o Cofattore = Oloenzima (inattivo) (inattivo) (attivo)

Cofattori enzimatici CoASH ATP NAD+/NADH

Classificazione degli enzimi 1) Ossido-riduttasi 2) Transferasi 3) Idrolasi 4) Liasi 5) Isomerasi 6) Ligasi Le reazioni enzimatiche sono caratterizzate da elevata specificità strutturale

I gruppi principali del substrato devono “fittare” con il sito attivo, cioè devono essere complementari in modo da avere un corretto allineamento per il binding ottimale con l’enzima. Sito attivo enzimatico

Come agiscono gli enzimi… Gli enzimi accelerano le reazioni abbassando l’energia libera di attivazione Gli enzimi esplicano questa azione legandosi allo “stato di transizione” della reazione, uno stato intermedio tra la struttura del substrato e quella del prodotto finale

Lo stato di transizione Differenza tra G e G‡ Il cambiamento di energia libera di una reazione (∆G) è proporzionale al rapporto all’equilibrio tra [S] e [P] L’energia libera di attivazione (G‡ ) di una reazione è correlata alla velocità di reazione E + S ES EP E + P

Gli enzimi abbassano ∆G‡ senza influenzare il ∆G della reazione.

Catalisi: come agiscono gli enzimi 4 Meccanismi comuni 1) Vicinanza e effetto “Strain” Il substrato “fitta” il sito catalitico con un’appropriata orientazione verso i gruppi catalitici dell’enzima. La conformazione dell’enzima cambia a dare il complesso E-S. 2) Effetto Elettrostatico Il “binding site” del substrato elimina H2O e abbassa la costante dielettrica, rafforzando in questo modo le interazioni elettrostatiche tra E e S.

Catalisi: come agiscono gli enzimi Il legame del substrato causa un cambiamento conformazionale nella proteina

Catalisi: come agiscono gli enzimi 3) Catalisi Acido-Base Le catene laterali dell’enzima agiscono da donatori e da accettori di legame H. N + H His . 4) Catalisi covalente Una catena laterale nucleofila forma un legame covalente instabile con il substrato. R1 C O N H R2 2 E +

Temperatura e pH

Temperatura e pH Ogni enzima ha una temperatura ottimale che è generalmente vicina alla temperatura fisiologica, p.e.37oC nell’uomo. Il calore eccessivo può denaturare una proteina e distruggere il suo potere catalitico.

Temperatura e pH pepsina Chimotripsina Gli enzimi lavorano meglio a pH fisiologico. Valori estremi di pH denaturano la proteina. La pepsina (stomaco) e la chimotripsina (intestino tenue) hanno differenti valori di pH ottimale.

Farmaci come inibitori enzimatici Inibitore Condizione (o azione) Dihydropteroate synthetase Sulfametossazolo Batteriostatico Dihydrofolate reductase Metotrexate Cancro Thymidylate synthase Fluorouracile Angiotensin-converting enzyme Captopril Ipertensione b-Lactamase Penicilline Battericida HIV reverse tyranscriptase Zidovudine AIDS Cyclooxygenase Aspirina Antiinfiammatorio Xanthine Oxidase Allopurinolo Gotta

Come agiscono i farmaci nell’inibizione enzimatica? Active Enzyme Substrate Product Cellular Function

Come agiscono i farmaci nell’inibizione enzimatica? Substrate Inactive Enzyme Substrate Bound Enzyme Inhibitor (Drug) Gli enzimi catalizzano la biosintesi di prodotti da substrati. Alcuni farmaci legano gli enzimi bloccandone l’attività enzimatica La perdita di prodotto dovuta all’inibizione enzimatica media gli effetti degli inibitori enzimatici.

Farmaci come inibitori enzimatici clinicamente utili Esempi: Inibitori delle Cicloossigenasi come antiinfiammatori, (aspirina, ibuprofen, ketoprofen) Inibitori di HMG-CoA Redutasi per il trattamento della ipercolesterolemia (atorvastatin; pravastatin) Inibitori dell’ Angiotensin Converting Enzyme (ACE) per il controllo della pressione arteriosa, dell’infarto e dell’insufficienza renale cronica (captopril; ramipril)

Come agiscono i farmaci nell’attivazione enzimatica? Active Enzyme Substrate Product Enzyme Activator (Drug) Cellular Function Gli enzimi catalizzano la biosintesi di prodotti da substrati Alcuni farmaci si legano all’enzima aumentandone l’attività enzimatica L’aumentata biosintesi del prodotto media gli effetti degli attivatori enzimatici

Farmaci come attivatori enzimatici clinicamente utili Esempi: Attivatori della Guanylyl Ciclasi nel trattamento dell’angina pectoris (nitroglicerina; isosorbide dinitratoe) Riattivatori delle Colinesterasi dopo avvelenamento da gas nervino o da pesticidi organofosfati (pralidoxime)

Solfonammidi La scoperta delle solfonammidi risale al 1935 (G. Domagk), in seguito alla valutazione dell’effetto antibatterico di alcune sostanze fino a quel momento ritenute solo dei coloranti (Prontosil). Il Prontosil è un prodrug della sulfanilammide che viene liberata a livello epatico

Solfonammidi Le solfonammidi sono inibitori competitivi della sintesi dell’acido folico. Sono batteriostatiche in quanto prevengono la replicazione dei batteri. Agiscono inibendo la Dihydropteroate Synthetase, enzima necessario per la sintesi del tetraidrofolato (THF). Il THF è un coenzima usato nella sintesi delle purine necessarie per la produzione del DNA e dunque per la replicazione cellulare.

Solfonammidi

Solfonammidi Le solfonammidi sono analoghi strutturali del PABA (acido p-amminobenzoico). Si ritiene che agiscano come competitori per lo stesso sito attivo enzimatico. L’uomo non sintetizza l’acido folico, ma lo assume con la dieta, per cui gli inibitori della Dihydropteroate Synthetase non hanno effetti collaterali significativi.

L’infiammazione

Effetti dei mediatori inflammogeni sui vasi e sulla migrazione cellulare

Cascata dell’acido arachidonico – Sintesi di trombossani e prostaglandine

Classi chimiche di NSAIDs non selettivi per COX-1/COX-2

Classificazione di NSAIDs in base all’efficacia clinica

Meccanismo d’azione di NSAIDs Sia la COX-1 che la COX-2 esistono come dimeri. Il substrato, acido arachidonico, giunge sul sito catalitico veicolato da un canale idrofobico. L’aspirina acetila in modo irreversibile un residuo di Serina, che è vicino al sito catalitico, anche se distinto. Questa interazione previene l’accesso del substrato al sito catalitico dell’enzima

L’Aspirina