PROTEINI kao ciljna mesta dejstva leka - snižavanje krvnog pritiska odreenog uzroka ... -različite varijacije enzima koji poseduju kvaternarnu strukturu (različite

  • View
    220

  • Download
    4

Embed Size (px)

Transcript

  • 1

    PROTEINIkao ciljna mesta dejstva leka

    Predava: Doc. dr Slavica Eri

    FARMACEUTSKA HEMIJA 1

    Strukturni proteini kao ciljna mesta dejstva leka

    polimerizacija

    depolimerizacija

    tubulin mikrotubule

    jedro vreteno

    vinblastin

    vinkristin

    vindezin

    -tubulin i mikrotubule znaajne za elijsku deobu

    -lekovi koji deluju na tubule znaajni u terapiji kancera (blokada deobe elija)

    -vinka alkaloidi spreavaju polimerizaciju

    -taksol spreava depolimerizaciju, elije podleu apoptozi

    -selektivnost vea raspodela kancerskih elija

    -rezistencija protein nosa izbacuje lek iz elije

    Paklitaksel(taksol)

    strukturni proteini virusa dejstvo potencijalnih antivirotika

  • 2

    Proteini nosai kao ciljna mesta dejstva leka

    Proteini nosai:

    -prenose molekule kroz membranu: AK, eere, nukleozide, jone, neurotransmitere

    -mogu biti obmanuti od strane lekova i stranih agenasa

    Primer 1:

    -kokain spreava ponovni ulazak noradrenalina u nervnu eliju, vea koncentracija noradrenalina oko receptora

    Proteini nosai kao ciljna mesta dejstva leka

    Primer 2.

    N CH2

    Cl

    Cl

    C

    NH2

    H

    COOH

    -transfer u eliju preko specifinog proteina nosaa za fenilalanin

    -alkolovanje DNK

    -antikancerski lek

    Melfalan

  • 3

    Enzimi kao ciljna mesta dejstva lekova

    Znaaj enzima za medicinsku hemiju: objanjenje mehanizma dejstva lekova i racionalno dizajniranje leka

    Primeri:-penicilin: inhibira sintezu elijskog zida bakterija mehanizam: inhibicija enzimi koji uestvuju u sintezi bakterijskog zida elija

    -antihipertenzivi: sniavanje krvnog pritiska odreenog uzrokamehanizam: ihibicija angiotenzin konvertujueg enzima (sistem renin-

    angiotenzin)

    -sulfonamidi - bakteriostatici i antimalaricimehanizam: inhibicija dihidropteroat sintetaze, enzima koji je ukljuen u

    biosintezu purina i amino kiselina

    -diuretici pojaana diurezamehanizam: dejstvo na karboanhidrazu koja regulie protonsku ravnoteu u

    bubrezima

    Enzimi kao katalizatori biolokih reakcija

    SS

    EE

    ES

    PP

    EE

    EP

    PP

    EE

    E + P

    EE

    SS

    E + S

    EE

    -enzimi uestvuju u hemijskoj reakciji ali pri tome ostaju nepromenjeni

    -bez enzima, reakcija bi bila suvie spora ili se ne bi dogodila

    -smanjuju energiju aktivacije (energiju prelaznog stanja)

  • 4

    Energija aktivacije

    - razlika izmeu energije prelaznog stanja i polaznog materijala

    -odreuje brzinu hemijske reakcije

    -stabilizacijom prelaznog stanja smanjuje se energija aktivacije

    -ravnoteni odnos supstrata i proizvoda ostaje nepromenjen, tj. enzimi nemaju uticaja na koncentraciju supstrata i proizvoda na kraju reakcije, vesamo na brzinu reakcije

    AB (kompleks reaktanata) AEB (kompleks enzima i reaktanata)

    E1 (energija aktivacije bez uea enzima) E2 (energija aktivacije uz uee enzima)

    Na koji nain enzimi smanjuju energiju aktivacije?

    obezbeuju mesto ili okruenje reakcije, a time i verovatnou deavanja reakcije

    obezbeuju da se reaktanti nau na istom mestu

    obezbeuju odgovarajuu orjentaciju reaktanata

    oslabljuju veze u supstratu i time olakavaju reakciju

    mogu da uestvuju u mehanizmu reakcije

    proces enzimske katalize je reverzibilan

  • 5

    Aktivna mesta Aktivna mesta enzimaenzima

    suptrat se vezuje i reaguje sa enzimima na specifinim mestima aktivnim mestima enzima

    aktivno mesto:-mali deo enzima blizu povrine enzima

    -precizna geometrijska struktura (3D oblik)

    enzim

    ENZYME

    Active site

    Aktivno mestoAktivno mesto

    Aminokiseline aktivnog mesta

    Uloga rezidua aminokiselina u aktivnom mestu:

    -ukljuene u vezivanje supstrata za aktivno mesto

    -ukljuene u mehanizam reakcije

    Aktivno mesto

  • 6

    Vezivanje supstrata za aktivno mesto enzima

    Sile ukljuene u interakcije enzima i supstrata:

    VAN DER WAALSOVE SILE

    DIPOL-DIPOL VEZE

    VODONINE VEZE

    JONSKE VEZE

    JON-DIPOL VEZE

    jake intermolekulske veze (20-40 kJ mol-1) postoje izmeu suprotno naelektrisanih grupa jaina jonskih interakcija je obrnuto proporcionalna rastojanju izmeu dve

    naelektrisane grupe jae interakcije se deavaju u hidrofobnom okruenju

    CCILJNOMESTO

    NH3+

    O

    O-

    R

    EElektrostatilektrostatikeke ili jonske vezeili jonske veze

  • 7

    Vezivno mesto

    Lokalizovanidipolni momenat

    Dipolni momenat

    RC

    R

    O

    ++++

    Vezivno mesto

    R

    CR O

    Dipol-dipol interakcije

    Vezivno mesto

    Lokalizovanidipolni momenat

    Dipolni momenat

    RC

    R

    O

    ++++

    Vezivno mesto

    R

    CR O

    - javljaju se kad naelektrisanje na jednom molekulu indukuje dipol na drugom - primer: izmeu kvaternernog amonijum jona i aromatinog prstena

    Vezivno mesto

    RR N RR 33

    ++++++++

    ++++++++

    IIndukovanendukovane dipoldipol interakcijeinterakcije

  • 8

    -slabije od elektrostatikih interakcija, jae od Van der Waals-ovih interakcija

    -vodonine veze se deavaju izmeu vodonika koji ima manjak elektrona i heteroatoma (N ili O) obogaenih elektronima

    -vodonik je donor vodonine veze, heteroatom je akceptor vodonine veze

    VodoniVodonine vezene veze

    X H .......... Y

    DONOR H-VEZE AKCEPTOR H-VEZE

    CILJNOMESTO

    R

    - + -

    Interakcije sa supstratom: model kljua i brave

    1890, Emil Fischer: model kljua i brave

    -bioloki kljuevi imaju jedinstvenestereohemijske osobine koje su neophodneza njihovu funkciju

    1958 (Daniel Koshland) indukovani model kljua i brave:

    -u procesu prepoznavanja i ligand i receptor se adaptiraju uz male konformacione promene dok se ne postigne najbolje uklapanje (fitovanje)

  • 9

    Indukovano fitovanje

    SS Phe

    SerO

    H

    Asp

    CO2Indukovanofitovanje

    SSPhe

    SerO

    H

    Asp

    CO2

    -rastojanje veza nije optimalno za mksimalno vezivanje

    -menjaju se i supstrat i enzim

    -optimizovane intermolekulskeduine veza

    -osetljive veze u supstratu su napregnute i lake se mogu raskinuti

    Interakcije pirogroane kiseline

    van der WaalsH-Veze

    Jonske veze

    H3CC

    C

    O

    O

    O

    OH

    H3N

    H-veze

    Jonskeveze

    Mogue interakcije vdw-interakcije

    H3CC

    C

    O

    O

    O

    -na osnovu strukture supstrata moe se predvideti tip moguih interakcija sa aktivnim mestom

    Interakcija pirogroane kiseline i LDH

  • 10

    -interakcija sa supstratom, oslabljene veze, olakana reakcija

    Indukovano fitovanje: vezivanje pirogroane kiseline

    Kiselo-bazna kataliza

    kiselo-baznu hidrolizu obezbeuje aminokiselina histidin:

    histidin predstavlja banku protona (moe da alje i da prima protone)

    kataliza se moe odvijati bez inicijalnog uea vode

    NNH

    +H

    -H NNH

    Hnejonizovani oblik (deluje kao bazni katalizator, prima protone)

    jonizovani oblik (deluje kao kiseli katalizator, izvor protona)

    -direktno uee AK u mehanizmu reakcije

  • 11

    Nukleofilne grupe

    -aminokiseline serin i cistein se esto nalaze na aktivnim mestima

    -sadre nukleofilne ostatke (OH i SH) koji mogu da uestvuju u mehanizmu reakcije

    -formiraju se intermedijeri sa supstratom pri emi intermedijeriomoguavaju alternativni put reakcije

    H3N CO2

    OH

    H

    LL--SerineSerine

    H3N CO2

    SH

    H

    LL--CysteineCysteineL-serin L-cistein

    -direktno uee u mehanizmu reakcije

    Dejstvo serina kao nukleofila

    OH

    Ser

    X

    Substrate

    O

    Ser

    H2O

    OH

    Ser

    HO Product

    -intermedijeri koji se stvaraju u reakciji sa nukleofilnim grupama obezbeuju alternativni put reakcije

    -izbegava se tranziciono stanje visoke energije i poveava brzina reakcije

    -nukleofilne osobine OH grupe pojaane prisustvom neke druge rezidue, npr. histidina

  • 12

    Hidroliza peptidnih veza himotripsinom

    -voda nije potrebna u poetnom stepenu reakcije

    -voda uestvuje u hidrolizi estra

    Kofaktori

    dodatne neproteinske supstance potrebne da bi se odigrala reakcija

    metalni joni (cink) ili male organske molekule koje se zovu koenzimi (NAD+, piridoksal fosfat)

    vezuju se jonskim vezama i drugim nekovalentnim interakcijama

    kovalentno vezani koenzimi nazivaju se prostetike grupe

    koenzimi su nastali su iz rastvorljivih vitamina, predstavljaju sekundarni supstrat koji podlee reakciji

    potencijalni lekovi mogu da budu dizajnirani tako da se vezuju za deo aktivnog mesta enzima za koji se vezuje koenzim

  • 13

    Nikotinadenin dinukleotid (NAD+)

    N

    R

    CONH2

    + H+ + 2 e-

    N

    R

    HH

    CONH2

    NAD+ NADH

    Pirogroana kiselina Mlena kiselina

    Izoenzimi

    -razliite varijacije enzima koji poseduju kvaternarnu strukturu (razliite kombinacije subjedinica)

    -katalizuju iste reakcije ali se razlikuju po svojim osobinama

    Primer 1: razliiti izoenzimi laktat dehidrogenaze u srcu i miiima-oba enzima katalizuju konverziju mlene kiseline u pirogroanu kiselinu-izoenzim u miiima je dva puta aktivniji-izoenzim u srcu je inhibiran vikom pirogroane kiseline-dizajniranje lekova koji su selektivni za odreeno tkivo

    Primer 2: indometacin (nesteroidni antiinflamator)-koristi se u tretmanu reumatoidnog artritisa-