ОБЩАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ. ОБЩАЯ ФАРМАКОДИНАМИКА

ОБЩАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ.
ОБЩАЯ ФАРМАКОДИНАМИКА
(часть 1)
Кафедра фармакологии КемГМА
к.м.н., доцент Катков Е.В.
ОБЩАЯ ФАРМАКОДИНАМИКА
Фармакодинамика – это учение о реакции организма на
лекарственное вещество.
Общая фармакодинамика изучает фармакологические эффекты,
механизмы действия, локализация действия и виды действия разных
лекарственных веществ.
Фармакодинамика
Лекарственное
средство
Фармакокинетика
ЧЕТЫРЕ УРОВНЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ЛЕКАРСТВЕННОГО ВЕЩЕСТВА (ЛВ)
УРОВЕНЬ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
КОМПОНЕНТ ОТВЕТА
Молекулярный
Взаимодействие ЛВ с
молекулярной мишенью
(физико-химическое
взаимодействие)
Мишень ЛВ (рецептор,
ионный канал, фермент,
молекула-переносчик и
др.)
Клеточный
Трансдукция* (изменение
активности систем
пострецепторного сопряжения
→ биохимические изменения)
Молекулы, связанные с
мишенью ЛВ (ионные
каналы, ферменты, Gбелки и др.)
Тканевый
Воздействие на функцию ткани Электрогенез, сокращение,
(физиологические изменения) секреция, метаболическая
активность, пролиферация
Системный
Воздействие на функцию
системы (физиологические
изменения)
* Трансдукция – передача сигнала
Интегральные системы
(нервная, сердечнососудистая и др.)
МИШЕНИ ДЛЯ ЛЕКАРСТВЕННОГО ВЕЩЕСТВА (ЛВ)
Мишень – это молекула с центром связывания для ЛВ.
1.
•
•
•
•
•
2.
•
3.
Молекулярные мишени клетки макроорганизма
Рецепторы нейротрансмиттеров и гормонов
Ферменты
Молекулы-переносчики (транспортеры, симпортеры, антипортеры,
насосы)
Ионные каналы (лиганд- и потенциалзависимые)
Нуклеиновые кислоты
Молекулярные мишени вне клетки макроорганизма
Идиосинкратические (своеобразные, необычные) мишени: ионы
металлов, белки сурфактанта, содержимое желудочно-кишечного
тракта
Молекулярные мишени клетки микроорганизмов : бактерий,
вирусов, грибов, паразитов
ХАРАКТЕР МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
В начальной стадии взаимодействия «ЛВ – рецептор» преобладают
электростатические силы относительно дальнего действия. Затем, если молекула
комплементарно соответствует центру связывания рецептора, они объединяются
посредством водородных связей или ван-дер-ваальсовых сил. Антагонисты
необратимого действия образуют с рецептором прочные ковалентные связи.
Из: Наглядная фармакология: учеб пособие для вузов /Майкл Дж. Нил; пер.
с англ. под ред. Р.А. Аляутдина. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011
РЕЦЕПТОР КАК МИШЕНЬ ДЛЯ ЛВ
Клеточный рецептор — молекула (обычно белок или
гликопротеид) на поверхности
клетки, клеточных органелл или
растворенная в цитоплазме. Специфично реагирует изменением своей
пространственной конфигурации на присоединение к ней молекулы
определенного
химического
вещества,
передающего
внешний
регуляторный сигнал и, в свою очередь, передает этот сигнал внутрь
клетки или клеточной органеллы, нередко при помощи так называемых
вторичных посредников или трансмембранных ионных токов.
Вещество, специфически соединяющееся с рецептором, называется
лигандом этого рецептора. Внутри организма это обычно
нейромедиатор или
гормон либо их искусственные заменители,
применяемые в качестве лекарственных средств (агонисты). Некоторые
лиганды, напротив, блокируют рецепторы (антагонисты).
Кроме них существуют и специфические рецепторы: рецепторы
обоняния и вкуса, зрительные рецепторы, рецепторы слуха и осязания,
термочувствительные белки-рецепторы и белки-рецепторы, реагирующие
на изменение мембранного потенциала и др..
ТИПЫ КЛЕТОЧНЫХ РЕЦЕПТОРОВ
(по локализации)
Мембранные
(трансмембранные) рецепторы
Внутриклеточные
рецепторы
Примечание: ГКС – глюкотикостероиды,
ГКС-ГР – глюкокортикостероидный
рецептор, HSP90 – белок теплового шока
ТИПЫ РЕЦЕПТОРОВ
(по кинетическим характеристикам)
• G-белок сопряженные рецепторы
• Рецепторы, обладающие тирозинкиназной активностью
(тирозинкиназные рецепторы)
• Рецептор-связанные каналы (РСК)
• ДНК-связанные рецепторы
РЕЦЕПТОРЫ, СОПРЯЖЕННЫЕ С G-БЕЛКАМИ
Самое большое семейство рецепторов с различными функциями.
Присутствуют:
 в эндокринной системы (лиганды: АКТГ, ТТГ, ФСГ, глюкагон и др.)
 в нервной системе (лиганды: катехоламины, ацетилхолин,
нейропептиды)
 в участках воспаления (лиганды: эйкозаноиды, фактор активации
тромбоцитов и др.)
 в иммунной системе
 в
сердечно-сосудистой
системе
(лиганды:
катехоламины,
ангиотензин II, вазопрессин и др.)
 в клетках органов чувств: обоняния, вкуса, зрения
Эти рецепторы не имеют внутренней ферментативной
активности
ТЕРМИНЫ
Домен белка — элемент третичной структуры белка,
представляющий собой достаточно стабильную и независимую
подструктуру белка, чей фолдинг проходит независимо от остальных
частей. В состав домена обычно входит несколько элементов вторичной
структуры.
Сходные по структуре домены встречаются не только в
родственных белках (например, в гемоглобинах разных животных), но и
в совершенно разных белках.
Фолдинг белка (укладка белка, от англ. folding) - в биохимии и
молекулярной биологии так называют процесс спонтанного сворачивания
полипептидной
цепи в уникальную нативную пространственную
структуру (так называемая третичная структура).
РЕЦЕПТОРЫ, СОПРЯЖЕННЫЕ С G-БЕЛКАМИ
Рецепторы, сопряжѐнные с G-белками (GPCR, G-protein-coupled receptor),
также называются 7TM-рецепторами (seven-transmembrane domain receptors,
рецепторы с семью трансмембранными доменами). Это трансмембранные
белки с внешним доменом для связывания лиганда (N-окончание), мембранным
доменом и цитозольным доменом, связанным с G-белком (С-окончание). К
этому классу относят например, М-холинорецепторы, адренорецепторы.
Из: Фармакология: клинический подход /К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер, Б.
Хоффман; пер. с англ. - М.: Логосфера , 2012
G-БЕЛКИ
•
G-белки являются компонентами трансдукции.
•
G-белки — это комплекс трех субъединиц (α, β и γ) и гуанин нуклеотид,
который связывается с α субъединицей. α Субъединица обладает ферментативной
активностью, катализируя превращение ГТФ в ГДФ. β и γ субъединицы остаются
всегда вместе как βγ комплекс. Все три субъединицы крепятся к мембране.
Из: Фармакология: клинический подход
/К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер, Б.
Хоффман; пер. с англ. - М.: Логосфера ,
2012
Из: Rang and Dale’s Pharmacology 6
edition (2007) с изм.
СХЕМА ТРАНСДУКЦИИ (ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА) ОТ GБЕЛОК СВЯЗАННОГО РЕЦЕПТОРА К ВТОРИЧНОМУ
ПОСРЕДНИКУ (ВТОРИЧНОМУ МЕССЕНДЖЕРУ)
В состоянии «покоя» G-белок существует как неприсоединенный тример αβγ,
с ГДФ занимающим место на α субъединице.
Из: Rang and Dale’s Pharmacology 6 edition (2007)
СХЕМА ТРАНСДУКЦИИ (ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА) ОТ GБЕЛОК СВЯЗАННОГО РЕЦЕПТОРА К ВТОРИЧНОМУ
ПОСРЕДНИКУ (продолжение)
Когда G-белок связанный рецептор активируется молекулой агониста,
происходит конформационное изменение рецептора, включающее его
цитоплазматический домен, вследствие чего он приобретает высокую аффинность
(сродство) к αβγ. Соединение αβγ с рецептором вызывает отделение связанного
ГДФ и замену на ГТФ (ГДФ – ГТФ обмен).
Из: Rang and Dale’s Pharmacology 6 edition (2007)
СХЕМА ТРАНСДУКЦИИ (ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА) ОТ GБЕЛОК СВЯЗАННОГО РЕЦЕПТОРА К ВТОРИЧНОМУ
ПОСРЕДНИКУ (продолжение)
Далее происходит диссоциация тримера G-белка - разъединение комплекса α –
ГТФ и комплекса βγ субъединиц. «Активные" компоненты G-белка ( α субъединица
– ГТФ) диффундируют в мембране и могут соединяться с различными мишенями
(ферментами и ионными каналами) и обуславливать изменение их активности, что
связано с подтипом α субъединицы (см. табл. 1)
Из: Rang and Dale’s Pharmacology 6 edition (2007)
СХЕМА ТРАНСДУКЦИИ (ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА) ОТ GБЕЛОК СВЯЗАННОГО РЕЦЕПТОРА К ВТОРИЧНОМУ
ПОСРЕДНИКУ (окончание)
Изменение активности мишени прекращается, когда гидролиз ГТФ до ГДФ
происходит через ГТФазную активность α субъединицы. В результате α – ГДФ
отделяется от эффектора, и воссоединяется с βγ комплексом, завершая цикл.
Из: Rang and Dale’s Pharmacology 6 edition (2007)
ТАБЛ. 1
Подтип
ПОДТИПЫ G-БЕЛКА И ИХ ФУНКЦИИ
Рецепторы, связанные с ним
Главные эффекты
Gαs
Адренергические, гистаминовые
и серотониновые рецепторы
Стимулирует аденилатциклазу →
повышение концентрации цАМФ
клетки → активация Са 2+-каналов
Gαi
Как для Gαs , а также
М 2-холинорецепторы,
опиоидные и каннабиноидные
рецепторы
Ингибирует аденилатциклазу →
снижение концентрации цАМФ
клетки → активация К+-каналов
Gαo
Как для Gαs , а также опиоидные Ингибирует ток Са 2+
и каннабиноидные рецепторы
Gαq
М1 и М3 – холинорецепторы и
др.
Gα cубъединицы
Активирует фосфолипазу С →
увеличивается продукция
вторичных мессенджеров
инозитолтрифосфата (ИТФ) и
диацилглицерола (ДАГ)
ТАБЛ. 1 ПОДТИПЫ G-БЕЛКА И ИХ ФУНКЦИИ
(окончание)
Подтип
Рецепторы, связанные с ним
Главные эффекты
Gα cубъединицы
Gαt
Стимулирует аденилатциклазу
глаза
Gαdf
Стимулирует аденилатциклазу
носа
Gβγ субъединицы
Все G-белок связанные
рецепторы
Как для Gα (см. выше). Также:
• активируют калиевые каналы
• ингибируют
потенциалзависимые кальциевые
каналы
• активирует киназы рецепторов,
связанных с G-белками (семейство
протеинкиназ)
•активирует каскад митогенактивированной белковой киназы
Из: Фармакология: клинический подход /К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер, Б.
Хоффман; пер. с англ. - М.: Логосфера , 2012 с изм. и доп. (Rang and Dale’s
Phamacology, sixth edition, 2007)
МИШЕНИ ДЛЯ G-БЕЛКОВ
Главными мишенями (вторичными мессенджерами) для Gбелков, через которые G-белок сопряженные рецепторы (англ. GPCR)
контролируют различные процессы функционирования клеток являются:
• аденилатциклаза, фермент, ответственный за образование цАМФ
• фосфолипаза С, фермент, ответственный за образование инозитол1,4,5-трифосфата и диацилглицерола (ДАГ)
• ионные каналы, в частности, кальциевые и калиевые каналы
• Rho A/Rho киназа, система, которая контролирует деятельность многих
сигнальных путей, регулирующих клеточный рост и пролиферацию,
сокращение гладких мышц и др. (недавно открытый сигнальный путь
трансдукции)
РОЛЬ АДЕНИЛАТЦИКЛАЗЫ В КЛЕТКЕ
Из компонентов трансдукции, непосредственно связанных с G-белками,
наиболее распространенным в организме является аденилатциклаза.
Циклический нуклеотид цАМФ синтезируется из аденозинтрифосфата (АТФ)
ферментом аденилатциклазой.
■ цАМФ оказывает действие на энергетический обмен, клеточную
дифференцировку, функцию ионных каналов и сократительные белки
цАМФ фосфорилирует внутриклеточные белки (чаще ферменты) через
воздействие цАМФ-зависимых протеинкиназ (например, протеинкиназа А).
Результат фосфорилирования состоит в:
•
активации гормон-чувствительных липаз;
•
инактивации гликогенсинтазы;
•
активации фосфорилазкиназы и превращении неактивной фосфорилазы в
активную, что приводит к ускорению липолиза, снижению синтеза и ускорению
распада гликогена;
•
активации Са2+-каналов L-типа и саркоплазматического ретикулума в
сердечных клетках за счет фосфорилирования, что увеличивает выход кальция.
! Аденилатциклаза может либо стимулироваться Gs-белком (от английского
stimulating), либо подавляться Gi-белком (от английского inhibiting).
РОЛЬ ИНОЗИТОЛ-1,4,5-ТРИФОСФАТА И
ДИАЦИЛГЛИЦЕРОЛА В КЛЕТКЕ
Многие G-белки активируют диацилглицерол- и инозитол-1,4,5трифосфатный путь.
Один из G-белков, обозначаемый Gq, стимулирует активность
фосфолипазы С. Этот фермент, в свою очередь, способствует продукции
диацилглицерола (ДАГ) и инозитол-1,4,5-трифосфата (IР3) через
гидролиз полифосфотидинозитов. Альтернативный путь включает
активацию G-белками мембранной фосфолипазы А2, что ведет к
образованию ДАГ и фосфатидной кислоты. Эти компоненты
трансдукции обладают различными эффектами.
Так IР3 далее связывается со своими рецепторами (IР3 – рецепторами)
на мембране эндоплазматического ретикулума гладких мышц, что
приводит к освобождению кальция в цитоплазму и запуску многих
клеточных реакций.
РЕЦЕПТОРЫ, СОПРЯЖЕННЫЕ С ФЕРМЕНТАМИ
Рецепторы,
сопряжѐнные
с
ферментами — это трансмембранные
белки, у которых домен связывания с
лигандом
расположен
снаружи
мембраны (N-домен). В отличие от
GPCR, их цитозольный домен (Сдомен) не сопряжѐн с G-белком, а сам
обладает ферментативной активностью
или связывает фермент напрямую.
Обычно вместо семи доменов, как у
GPCR, такие рецепторы имеют только
один трансмембранный домен. Эти
рецепторы могут включать те же
сигнальные пути, что и GPCR. К этому
классу
относятся
инсулиновый
рецептор, рецепторы для цитокинов,
рецепторы для факторов роста.
Из: Фармакология: клинический подход
/К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер, Б.
Хоффман; пер. с англ. - М.: Логосфера ,
2012
МЕХАНИЗМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РЕЦЕПТОРА,
СОПРЯЖЕННОГО С ФЕРМЕНТОМ
Из: Фармакология: клинический подход /К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер, Б.
Хоффман; пер. с англ. - М.: Логосфера , 2012
РЕЦЕПТОР-СВЯЗАННЫЕ КАНАЛЫ
(на примере Н-холинорецептора)
Из: Фармакология: клинический подход /К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер,
Б. Хоффман; пер. с англ. - М.: Логосфера , 2012
МЕХАНИЗМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
РЕЦЕПТОР-СВЯЗАННОГО КАНАЛА
Из: Фармакология:
клинический подход /К.
Пейдж, М. Кертис, М.
Уокер, Б. Хоффман; пер. с
англ. - М.: Логосфера ,
2012
(а) В ответ на электрический импульс, поступающий с нервного окончания, везикулы с
ацетилхолином (АХ) сливаются с мембраной терминальной пластинки, что ведет к выбросу
АХ в синаптическую щель, (б) АХ связывается с рецептором в участке а-субьединицы
рецептор-связанного канала (РСК), вызывает его открытие и, как следствие, вход Na+ и
выход К+, что ведет к локальной деполяризации (в). Деполяризация инициирует
трансдукцию, которая ведет к открытию Na+- ПЗК (потенциал-зависимый канал) в соседних
участках мембраны скелетных мышц, вызывая дальнейший вход Na+ и запуская обширную
деполяризацию, активацию Са2+-ПЗК и сокращение мышечных волокон (г).
МЕХАНИЗМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ДНК-СВЯЗАННОГО РЕЦЕПТОРА
Из: Фармакология: клинический
подход /К. Пейдж, М. Кертис, М.
Уокер, Б. Хоффман; пер. с англ. - М.:
Логосфера , 2012
Большинство внутриклеточных рецепторов связываются с лигандами
(глюкокортикостероиды, тиреоидные гормоны, витамин Д ) в цитоплазме, переходят
в активное состояние, транспортируются вместе с лигандом в ядро клетки, там
связываются с ДНК и либо индуцируют, либо подавляют экспрессию некоторого
гена или группы генов.
(а, б) Так глюкокортикостероиды (ГКС) проникают в клетку и связываются с
цитоплазматическим рецептором, который зачастую имеет прицепленную
тормозящую молекулу, например белок теплового шока с массой 90 кДа (HSP90).
Молекулярным ответом является изменение конформации рецептора, что ведет к
диссоциации рецептора от тормозящей молекулы.
МЕХАНИЗМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ДНК-СВЯЗАННОГО РЕЦЕПТОРА
(е, ж) Индуцируют синтез
белка липокортина, который
подавляет активность
фосфолипазы А2 . Подавление
гидролиза фосфолипазой А2
мембранных фосфолипидов
поврежденных тканей
препятствует образованию
арахидоновой кислоты. В
результате этого выключается
метаболизм арахидоновой
кислоты как по
циклооксегеназному пути, так
и по липоксигеназному пути.
Из: Фармакология: клинический подход /К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер, Б. Хоффман; пер. с
англ. - М.: Логосфера , 2012
МЕХАНИЗМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ДНК-СВЯЗАННОГО РЕЦЕПТОРА (окончание)
(г, д) Тормозят транскрипцию
генов провоспалительных
цитокинов (интерлейкинов-1,6,8,
фактора некроза опухоли и др.),
тормозят транскрипцию и
усиливают деградацию генов
рецепторов к интерлейкинам-1 и 2, тормозят транскрипцию генов
металлопротеаз (коллагеназы,
эластазы и др.), участвующих в
повышении проницаемости
сосудистой стенки, а также в
процессах рубцевания и
деструкции хрящевой ткани при
заболеваниях суставов.
Из: Фармакология: клинический подход /К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер, Б. Хоффман; пер. с
англ. - М.: Логосфера , 2012
ВРЕМЯ ОТВЕТА КЛЕТКИ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛВ
(в зависимости от молекулярных и клеточных механизмов)
Из: Фармакология: клинический подход /К. Пейдж, М. Кертис, М. Уокер, Б.
Хоффман; пер. с англ. - М.: Логосфера , 2012