FARMACOLOGIA QUANTITATIVA (Eletiva – Farmácia) Antagonismo

INTERAÇÃO DROGA-RECEPTOR Ag 1 2 Ag. Ant. R } 3 4 Efeito Conceitos relevantes: 1. Interação agonista (droga) receptor 2. Agonismo e antagonismo 3. Tipos de receptor 4. Comunicação/resposta intracelular

ANTAGONISMO FARMACOLÓGICO Químico Inativação química: agentes quelantes, antiácidos, antioxidantes Farmacocinético Afeta absorção, distribuição, metabolização e excreção: fenobarbital Fisiológico (“não-competitivo”, funcional, indireto) Envolve ações opostas: noradrenalina vs. nitratos bloq. de canais de Ca2+ vs. acetilcolina Bloqueio de receptores 1. Competitivo – reversível ou irreversível 2. Não-competitivo – reversível ou irreversível

ANTAGONISMO Antagonismo clássico O processo de inibição ou prevenção por uma substância (antagonista) de uma resposta induzida por um agonista Os antagonistas podem ser definidos pela: a) Cinética - rápida ou lenta (reflexo do Kd) b) Modo de ligação - covalente ou não-covalente c) Sítio de ligação no receptor - mesmo sítio que o agonista (competitivo) - sítio diferente no receptor (não-competitivo/ alotópico)

ANTAGONISMO Antagonismo clássico

ANTAGONISMO Antagonismo clássico Classificação de acordo com a reversibilidade Resposta + Ant. + Ant. Log [Agonista] Log [Agonista] Reversível/Superável Irreversível/Insuperável Não-competitvo reversível e irreversível (também “reversível”) Químico Competitivo reversível Competitivo irreversível Fisiológico

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo Definição: Antagonismo em que a ligação de agonista e antagonista é mutuamente exclusiva a) Por competição pelo mesmo sítio de ligação b) Por se ligarem a sítios adjacentes porém sobrepostos

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo + Kd L + R LR Efeito D I KI IR R

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo A + R AR Efeito B + R AB Sem efeito 1. [A] • [R] = KD • [AR] [A] • PR = KD • PAR 2. [B] • [R] = KB • [BR] [B] • PR = KB • PBR 3. PR + PAR + PBR = 1 4. KD • PAR + PAR + [B] • KD • PAR = 1 [A] KB [A] 5. PAR . KD + 1 + [B] . KD = 1 [A] KB [A]

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo A + R AR Efeito B + R AB Sem efeito 1. [A] • [R] = KD • [AR] [A] • PR = KD • PAR 2. [B] • [R] = KB • [BR] [B] • PR = KB • PBR 3. PR + PAR + PBR = 1 4. KD • PAR + PAR + [B] • KD • PAR = 1 [A] KB [A] 5. PAR . KD + 1 + [B] . KD = 1 [A] KB [A]

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo 6. PAR • 1 + KD • 1 + [B] = 1 [A] KB 7. PAR = 1 1 + KD • 1 + [B] [A] KB 8. PAR = [A] KD • (1 + [B]/KB) + [A] Obs: a) Na ausênica de [B], a equação é a do Hill-Langmuir b) O grau de antagonismo é determinado por [B] e KB Equação de Gaddum

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo Exemplo: O mesmo KB (10 mM), mas concentrações variadas de [B]. (Supor [A] = 10 mM, KD = 10 mM: PAR = 0,5) [B] (mM) [B]/KB (1 + [B]/KB) PAR 1000 100 101 0,0098 100 10 11 0,083 10 1 2 0,333 1 0,1 1,1 0,476 0,1 0,01 1,01 0,4975 0,01 0,001 1,001 0,4998 0,001 0,0001 1,0001 0,49998

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo Exemplo: A mesma concentração ([B] = 10 mM) de antagonistas com KB diferentes (Supor [A] = 10 mM, KD = 10 mM: PAR = 0,5) Antag. KB (mM) [B]/KB (1 + [B]/KB) PAR A 1000 0,01 1,01 0,498 B 100 0,1 1,1 0,476 C 10 1 2 0,333 D 1 10 11 0,083 E 0,1 100 101 0,0098 F 0,01 1000 1001 0,000998

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo PAR = [A] [A] + Kd•(1 +[B]/KB) Equação de Gaddum

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo irreversível R1 -SH N CH2 CH2 X -OH R2 =NH -COOH R1 CH2 N+ + X- R1 R2 CH2 N R2 SH CH2 + H+ CH2 H, VW, iônica, hidrofóbica S

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo irreversível Resulta de um Kd muito baixo (altíssima afinidade) com a qual o agonista não tem como competir. Exemplo: A mesma concentração ([B] = 10 mM) de antagonistas com KB diferentes (Supor [A] = 10 mM, KD = 10 mM: PAR = 0,5) Antag. KB (mM) [B]/KB (1 + [B]/KB) PAR A 1000 0,01 1,01 0,498 B 100 0,1 1,1 0,476 C 10 1 2 0,333 D 1 10 11 0,083 E 0,1 100 101 0,0098 F 0,01 1000 1001 0,000998

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo irreversível Resulta de uma ligação covalente aos receptores, inativando-os (Método de alquilação dos receptores)

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo A razão de concentrações ou a razão de doses (r ou dr): O fator pelo qual a concentração de agonista tem que ser aumentada para produzir a mesma resposta na presença de antagonista. r = [A´]/[A] pAx = o logarítmo negativo da concentração de antagonista que produz uma razão de concentração de x pAx = -log[B]r=x O valor de x mais comumente usado é pA2 = -log[B]r=2 Exemplo: atropina 1 nM causa um aumento de 2x na concentração de ACh necessária para produzir a mesma resposta: pA2 = -log 10-9 = 9

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo Qual a relação entre a equação Hill-Langmuir e a do Gaddum? Supor que a mesma resposta na ausência e presença de antagonista corresponde à mesma ocupação de receptores [A] = r[A] KD + [A] r[A] + KD•(1 +[B]/KB) 2. [A] = [A] KD + [A] [A] + KD• 1 + [B]/KB r 1 + [B]/KB = 1 4. r – 1 = [B]/KB Equação de Schild

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo r – 1 = [B]/KB e log (r-1) = log [B]r=2 – log KB Para pA2: log (2-1) = log (1) = 0 = log [B]r=2 – log KB -log [B]r=2 = pA2 = -log KB 4. pKB = -log KB

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo Regressão do Schild (1959) log (dr-1) = log [B] – log KB dr de 2 = pA2 pKB = -log KB 4 2 Log (dr-1) KB -9 -8 -7 -6 Log [Antagonista], M

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo – agonista parcial Pleno + Parcial Resp. Resp. Pleno Parcial + Alquilante Agonista [A] [A´] Agonista 1. Concentração de antagonista (neste caso, agonista parcial) = [B] 2. Razão das doses (r) = [A´]/[A] 3. Calcular KB (neste caso, = KdPA): r-1= ([B]/KB) = KB = [B]/(r-1)

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo – agonista parcial Determinação do Kd da pilocarpina pelo método de Furchgott, usando-se aquilação (músculo liso do estômago) (Furchgott & Bursztyn (1967) Ann. N.Y. Acad. Sci. 139, 882). Resposta Log (dr-1) Log [Antagonista] Log [Agonista]

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo 1. PAR = [A] Equação de Gaddum KD . (1 + [B]/KB) + [A] 2. r - 1 = [B]/KB Equação de Schild 3. pAx = logarítmo negativo da concentração molar de antagonista que produz uma razão de dose x. A A + B Resposta Log [Agonista]

ANTAGONISMO r-1 = [B]/KB : log (r-1) = log [B] - log KB pA2 : log (2-1) = log (1) = 0 = log [B]r=2 - log KB : -log [B]r=2 (=pA2) = - log KB log (r-1) pA2 Log [Antagonista]

ANTAGONISMO Antagonismo competitivo 1. PAR = [A] Equação de Gaddum KD . (1 + [B]/KB) + [A] 2. PAR = [A]n1 KD . (1 + [B]n2/KB) + [A]n1 3. log (rn1-1) = n2 . log [B] - log KB y = m . x + b Portanto: 1. Com uma regressão linear com inclinação de 1,0 o intercepto corresponde a -log KB 2. pKB sempre corresponde a pA2, porém pA2 nem sempre corresponde ao pKB (somente com linearidade e inclin. = 1).

ANTAGONISMO Série de ‘quaternários’ Composto pD2 a pA2 Metil 3,0 1 ---- Butil 5,2 1 ---- Pentil 5,4 1 ---- Hexil 5,0 0,9 ---- Heptil 4,6 0,1 ---- Octil ---- 0 5,0 Nonil ---- 0 5,0 Decil ---- 0 5,9 Dodecil ---- 0 6,0

ANTAGONISMO Série de ‘colinas’ Composto pD2 a pA2 Acetilcolina 7,0 1 ---- Propionilcolina 5,3 1 ---- Formilcolina 5,2 1 ---- Butirilcolina 5,1 0,5 ---- Valerilcolina ---- 0 4,7 Laurilcolina ---- 0 5,4 Benzililcolina ---- 0 8,3

Agonistas parciais - série de ‘adrenérgicos’ ANTAGONISMO Agonistas parciais - série de ‘adrenérgicos’ em tecidos diferentes Composto Átrio de cobaia (b1) Traquéia (b2) pD2 a pA2 pD2 a pA2 Isoprenalina 8,15 1,00 ---- 7,12 1,00 ---- Soterenol 7,26 0,33 6,48 6,82 0,77 6,02 Salbutamol 5,90 0,51 5,40 6,52 0,98 5,64 Terbutalina 5,11 0,66 6,22 6,77 0,92 4,81

ANTAGONISMO Usos da regressão do Schild 1. Para avaliar o antagonismo competitivo e determinar KB (ou pKB) 2. Para comparar potências de antagonistas - baseado em estudos de estrutura-atividade 3. Como indicador de estados anômalos: a) não-equlíbrio b) heterogeneidade de populações de receptores c) mecanismos endógenos que afetam a disposição de drogas d) propriedades múltiplas de drogas e) antagonismo não-competitivo

ANTAGONISMO Usos da regressão do Schild 4. Para caracterização e classificação de receptores ex. Precisa ter um antagonista já caracterizado Atropina = pKB 9 (não seletivo) Pirenzepina = pKB 7,9 – 8,5 Himbacina = pKB 7-7,2, então é subtipo M1 5. Classificação de agonistas - comparar a razão de doses de um agonista desconhecido com um conhecido

ANTAGONISMO Exemplo do ítem 6 (slide anterior) Agonista EC50 (átrio cobaia) pKB Buramida (H2) Histamina 1,1 uM 7,8 uM 4-Metilhistamina 3,1 uM 7,2 uM 2-Methilhistamina 19,8 uM 6,9 uM

ANTAGONISMO Exemplo do ítem 6 (slide anterior) Tecido Agonista ns pKB Buramida (H2) Átrio (cob.) (H2) Histamina 0,98 7,8 uM Útero (rato) (H2) Histamina 0,96 6,6 uM Íleo (cob.) (H1) Histamina 1,32 288 uM Íleo (cob.) Carbacol 1,44 174 uM

ANTAGONISMO Regressão de Schild Anomalias nas regressões de Schild Intercepto >1 1 <1 1 (pKB anômalo) Log (r-1) Log [B]

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação < 1 Influência da concentração de agonista Histamina no relaxamamento de traquéia de coelho (pré-contraída com betanecol) via receptores H2

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação < 1 Mecanismos que removem agonista Resultado: potência do agnoista subestimada Na ausência de um inibidor específico da remoção, pode usar a regressão de Schild para avaliar isso

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação < 1 Mecanismos que removem agonista Membrana nictitante de olho de gato

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação < 1 Mecanismos que removem agonista Noradrenalina + cocaína Isoprenalina Noradrenalina Antagonismo por propranolol da ação de noradrenalina e isoprenalina na atividade contrátil de átrio isolado de cobaia

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação < 1 Mecanismos que removem agonista DMI: desmetilimipramina Considerações: O deslocamento em paralelo não revela a não linearidade As potências de NE e Fentolamina estariam erradas Útil para determinar a concentração ideal de inibidor. Ex. Fentolamina tem pKB conhecido (8,5).

ANTAGONISMO Regressão de Schild Detecção de processos de remoção de agonista 1. Regressão de Schild com inclinação < 1 2. Inibição do processo de captação aumenta a inclinação 3. Conc. de inibidor que produz uma regressão linear com o pKB correto é a concentração adequada para inibição

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação < 1 Receptores heterógenos Estudos de binding Estudos funcionais Agonista afinidade seletiva afinidade seletiva efic. intrins. selet. Antagonista afinidade seletiva afinidade seletiva Receptores densidade relativa densidade relativa acoplamento eficiência de trans.

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação < 1 Receptores heterógenos

ANTAGONISMO Regressão de Schild Detecção de receptores heterógenos Regressões de Schild diferentes são obtidas no mesmo tecido com o mesmo antagonista mas com agonistas diferentes 2. Regressões não-lineares e com inclinações menores que 1.

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação > 1 Remoção saturável de antagonista Betanecol em íleo de coelho: efeito de atropinase: bloquear com 4-metilbutirato (substrato alternativo)

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação > 1 Tempo de equilíbrio inadequado: quando a interação droga-receptor, e não difusão, é limitante Exemplo: 2 x KB : 120 min 200 x KB : 15 min Antagonismo do efeito do carbacol por scopolamina em íleo de cobaia: influência do tempo (E = 90 min em A e >240 min em B)

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação = 1 Tempo de equilíbrio inadequado: quando a difusão, e não a interação droga-receptor, é limitante >240 min 60 min 30 min 5 min Log (r-1) Log [B]

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação = 1 Ações múltiplas de drogas: seletividade para afetar mais que uma atividade DMI: bloqueador seletivo da captação neuronal de NE Amitripilina: bloqueia captação neuronal e a-adrenoceptores Fentol + DMI Fentol Fentol + Amitrip

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação = 1 Ações múltiplas de drogas: seletividade para afetar mais que uma atividade Ambenônio: Antimuscarínico: pKB 6,1 Anticolinesterásico: pKI 6,4 Sem efeito sobre betanecol

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação = 1 Ações múltiplas de drogas: seletividade para afetar mais que uma atividade Traquéia de cobaia na presença de concentrações crescentes de neostigmina (50 nM, 0,3 uM, e 3 uM):

ANTAGONISMO Regressão de Schild: inclinação = 1 Ações múltiplas de drogas: seletividade para afetar mais que uma atividade Espécie Tecido pKB Ach Betanecol Cobaia Íleo 6,0 6,1 Traquéia 4,89 6,2 Tenia cecum 5,2 6,0 Rato Músculo anococc. 4,87 6,0

ANTAGONISMO Regressão de Schild: resumo

ANTAGONISMO Regressão de Schild Importância de fatores envolvidos no acomplamento ao transdutor

ANTAGONISMO Regressão de Schild Regressão de Schild para agonistas parciais B A Agonista parcial: dobutamina; Tecido: músculo anococcígeo de rato

ANTAGONISMO Regressão de Schild Antagonismo de um agonista indireto

ANTAGONISMO O Caminho das Pedras

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo D R I + I + Kd D + R DR Efeito KI KI Kd DRI D + IR

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo A relação Hill-Langmuir 1. Proporção de R ocupados por B: PBR = [B]/(KB + [B]) 2. Proporção de receptores livres de B: 1-PBR = KB/(KB + [B]) 3. Lembrar que apenas uma parte dos receptores com agonista será ativada: Pativo = [A] . KB KD + [A] KB + [B] 4.Antagonistas: [B] = 10 uM KB1: 1 uM , então: 0,091 KB2: 10 uM , então: 0,5

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo A regressão do Schild - para reserva de receptores 1. Supor que para a mesma resposta: [A] = r[A] 2. r - 1 = [B] . 1 + r[A] KB KD 3. Quando r[A]/KD <<< 1, então r - 1 = [B]/KB 4. O paralelismo das curvas não significa antag. competitivo.

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo A regressão do Schild - sem reserva de receptores 1. [A] = [A’] . (1 - PBR) KD + [A] KD + [A’] 2. 1 = 1 . 1 + PBR [A] [A’] 1 - PBR (1-PBR) . KD y = x . m + b

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo A regressão do Schild - sem reserva de receptores Resposta Agonista 1/(1-PBR) 1/[A] PBR/(1-PBR)KD Ag + Antag [A] [A’] 1/[A’] KB = [B]/(Inclinação - 1)

ANTAGONISMO Antagonismo não-competitivo KdPA = 2,49 KdPA = 2,7 KdPA = 2,69 Estimativa do Kd da norepinefrina em músculo anococcígeo de rato, usando o método de alquilação (fenoxibenzamina, 3 mM, 10 min). (Kenakin (1993) Pharmacologic analysis of drug-receptor interaction)

ANTAGONISMO Alosterismo: modelo de Ehlert a = constante de cooperatividade a>1 : cooperatividade positiva (afinidade de A maior) a<1 : cooperatividade negativa (antagonismo) (afinidade de A menor)

ANTAGONISMO Alosterismo

ANTAGONISMO Alosterismo: características 1. Saturabilidade – limites máximais para a cooperatividade - dose-dependência limitada - pode haver modulação da duração do efeito de acordo com a dose/concentração 2. Seletividade em efeito 3. Permissividade em relação ao agonista

ANTAGONISMO Alosterismo

ANTAGONISMO Alosterismo

ANTAGONISMO Alosterismo

ANTAGONISMO Alosterismo: características

ANTAGONISMO Alosterismo: características

ANTAGONISMO Alosterismo: características O mesmo sítio alostérico compartilhado entre vários receptores

ANTAGONISMO Regressão do Schild Alosterismo Resposta log (r-1) log [B] log [Agonista] Alosterismo positivo Alosterismo negativo

ANTAGONISMO Alosterismo: características A e B: ACh em átrio esquerdo de cobaia estimulado eletricamente na ausência e presença do modulador alostérico galamina (10, 30, 100, 300, 500 mM) C: Influência do agonista sobre o alosterismo (traquéia de rato)

ANTAGONISMO Alosterismo: características

ANTAGONISMO Alosterismo: ação agonista-dependente Arecaidina propargil ester Metilfurmetida Oxotremorina Carbacol Acetilcolina Influência do modulador alostérico eburnamonina sobre a potência de agonistas de receptores muscarínicos M2