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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS
Como agem os fármacos: aspectos moleculares 3
CONSIDERAÇÕES GERAIS
Neste capítulo, passamos dos princípios gerais da ação dos fármacos esboçados no Capítulo 2 às moléculas que estão envolvidas no reconhecimento dos sinais químicos e em sua tradução em respostas celulares. A farmacologia molecular vem avançando rapidamente, e o novo conhecimento está mudando nossa compreensão sobre a ação dos fármacos e também abrindo muitas novas possibilidades tera-pêuticas, discutidas mais adiante, em outros capítulos. Em primeiro lugar, consideraremos os tipos de
proteínas-alvo sobre as quais os fármacos agem. A seguir, descreveremos as principais famílias de receptores e canais iônicos que foram reveladas por clonagem e estudos estruturais. Por fi m, discutire-mos as várias formas de conexão receptor-efetor (mecanismos de transdução de sinal) por meio das quais os receptores são acoplados à regulação da função celular. A relação entre estrutura molecular de um receptor e sua ligação funcional a um tipo particular de sistema efetor é o tema principal. Nos próximos dois capítulos, veremos como esses eventos moleculares alteram aspectos importantes da função celular – uma base útil para a compreensão dos efei-tos dos fármacos sobre organismos vivos íntegros. Aprofundamos em mais detalhes do que o neces-sário para entender a farmacologia de hoje em nível básico, com a intenção de que os estudantes possam, caso queiram, pular ou ler superfi cialmente esses capítulos sem perder o fi o da meada; no entanto, estamos convictos de que a farmacologia de ama-nhã estará solidamente alicerçada nos avanços da biologia celular e molecular aqui discutidos.
ALVOS PARA A AÇÃO DE FÁRMACOS
RECEPTORES
CANAIS IÔNICOS
C0015.indd 22 04/11/15 1:13 PM
3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
23
b
ENZIMAS
TRANSPORTADORES
Acúmulo decomposto anômalo
TransportebloqueadoInibidor
Falsosubstrato
Transportenormal
RECEPTORES
CANAIS IÔNICOS
ENZIMAS
TRANSPORTADORES
Produto anômaloAgonista/substratoAntagonista/inibidor Pró-fármaco
Direto
Sem efeitoMediadores endógenos bloqueadosAntagonista
Agonista/agonistainverso Transcrição
do DNA
Modulação decanais iônicos
Ativação/inibiçãoenzimática
Abertura/fechamentode canais iônicos
Mecanismosde transdução
Aumento ou diminuiçãoda probabilidadede abertura
Moduladores
Bloqueioda permeaçãoBloqueadores
Produção defármaco ativo
Produção demetabólito anômalo
Inibição da reaçãonormalInibidor
Pró-fármaco
Falsosubstrato
ou
A
B
C
D
Fig. 3.1 Tipos de alvos para a ação de fármacos.
C0015.indd 23 04/11/15 1:13 PM
SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
24
PROTEÍNAS RECEPTORAS
CLONAGEM DE RECEPTORES
TIPOS DE RECEPTOR
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
25
ESTRUTURA MOLECULAR DOS RECEPTORES
HETEROGENEIDADE E SUBTIPOS DE RECEPTORES
▼
1.Canais iônicos controlados por ligantes (receptores ionotrópicos)
2.Receptores acoplados à proteína G
(metabotrópicos)
3.Receptoresligados
a quinases
4.Receptoresnucleares
NÚCLEO
Transcriçãode geneTranscrição de gene
Efeitos celularesEfeitos celulares
Fosforilaçãode proteína
Efeitos celulares
Fosforilaçãode proteína
OutroLiberaçãode Ca2+
Alteração daexcitabilidade
Efeitos celulares
Hiperpolarização ou
despolarização
HorasHorasSegundosMilissegundosEscala de tempo
Segundos mensageiros
R R/E
R
EG Gou ou
Íons Íons
Síntese de proteínaSíntese de proteína
Receptorde estrógenos
Receptoresde citocinas
Receptor muscarínicoda ACh
Receptor nicotínicoda ACh
Exemplos
R R
Fig. 3.2 Tipos de relação entre receptor e efetor. ACh, acetilcolina; E, enzima; G, proteína G; R, receptor.
C0015.indd 25 04/11/15 1:13 PM
SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
26
TIPO 1: CANAIS IÔNICOS ATIVADOS POR LIGANTES
ESTRUTURA MOLECULAR
a b g d
aa b g d
a
▼
a
a
Domínio deligação aoDNA (“dedosde zinco”)
Domíniocatalítico
Domíniosde ligação
Revestimentodo canal
x 4 ou 5
Domíniode ligação
Domínio de acoplamentoà proteína G
Domíniode ligação
Domíniode ligação
A
B
C
D
Tipo 3 Receptoresligados a quinases
Tipo 4 Receptoresnucleares
Tipo 1 Canais iônicos
controlados por ligantes (receptores
ionotrópicos)
Tipo 2 Receptoresacoplados à proteína G (receptores
metabotrópicos)
N
C
N
C
N
C
NC
Fig. 3.3 Estrutura geral de quatro famílias de receptores. Os segmentos retangulares representam regiões hidrofóbicas
a -helicoidais da proteína compreendendo aproximadamente
vinte aminoácidos, que formam os domínios transmembrana dos
receptores. [ A ] Tipo 1: canais iônicos controlados por ligantes.
O exemplo aqui ilustrado apresenta a estrutura da subunidade
do receptor nicotínico de acetilcolina. A estrutura da subunidade
de outros canais iônicos operados por ligantes é apresentada
na Figura 3.20 . Muitos canais iônicos controlados por ligantes
compreendem quatro ou cinco subunidades do tipo mostrado,
e o complexo inteiro contém 16-20 segmentos transmembrana
circundando um canal iônico central. [ B ] Tipo 2: Receptores
acoplados à proteína G. [ C ] Tipo 3: receptores ligados a
quinases. A maior parte dos receptores de fatores de crescimento
incorpora o domínio de ligação ao ligante e o domínio enzimático
(quinase) na mesma molécula, como aqui mostrado, enquanto
os receptores de citocinas não possuem um domínio de quinase
intracelular, mas se relacionam com moléculas de quinases
citosólicas. Outras variantes estruturais também existem. [ D ] Tipo
4: receptores nucleares que controlam a transcrição de genes.
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
27
MECANISMO DE COMPORTA
▼
a
b a
b a
TIPO 2: RECEPTORES ACOPLADOS À PROTEÍNA G
Tabela 3.1 Os quatro tipos principais de receptores
Tipo 1: canais iônicos controlados por ligantes
Tipo 2: receptores acoplados à proteína G
Tipo 3: receptores ligados a quinases
Tipo 4: receptores nucleares
Localização Membrana Membrana Membrana Intracelular
Efetor Canal iônico Canal ou enzima Proteína quinases Transcrição gênica
Acoplamento Direto Proteína G ou arrestina Direto Via DNA
Exemplos Receptor nicotínico da
acetilcolina, receptor
GABA A
Receptor muscarínico da
acetilcolina, adrenoceptores
Insulina, fatores de
crescimento, receptores de
citocinas
Receptores de esteroides
Estrutura Organização oligomérica
de subunidades
circundando um poro
central
Estrutura monomérica ou
oligomérica compreendendo
sete hélices transmembrana
com um domínio intracelular
acoplador de proteína G
Hélice transmembrana
única ligando o domínio
extracelular do receptor ao
domínio da quinase
Estrutura monomérica
com domínios de ligação
ao receptor e domínios de
ligação ao DNA
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
28
ESTRUTURA MOLECULAR
b
Canais iônicos regulados por ligantes
• São chamados às vezes de receptores ionotrópicos. • Estão envolvidos principalmente na transmissão
sináptica rápida. • Existem várias famílias estruturais, sendo a mais
comum a organização heteromérica de quatro ou cinco subunidades, com hélices transmembrana dispostas em torno de um canal central aquoso.
• A ligação do ligante e a abertura do canal ocorrem em uma escala de tempo de milissegundos.
• Os exemplos incluem os receptores nicotínicos da acetilcolina, do GABA tipo A (GABA A ), receptores de glutamato (NMDA) e de ATP (P2X).
A
ACh
ACh ACh
AChα
α
γ
α
β δ
αβ δ
Exterior
Membrana
Citosol
α-Hélices formando a comporta
6 nm
3 nm
2 nm
Poro de ~0,7nm de diâmetro
B
Fig. 3.4 Estrutura do receptor nicotínico da acetilcolina (um típico canal iônico controlado por ligante). [ A ] Diagrama
esquemático em visão lateral (acima) e transversal (abaixo).
As cinco subunidades do receptor ( a 2 , b , g , d ) formam um
agregado que circunda um poro transmembrana central, cujo
revestimento é formado pelos segmentos helicoidais M 2 de
cada subunidade. Esses segmentos contêm predomínio de
aminoácidos carregados negativamente, o que torna o poro
seletivo para cátions. Existem dois pontos de ligação para
acetilcolina na porção extracelular do receptor, na interface
entre a subunidade a e as subunidades adjacentes. Quando
ocorre a ligação com a acetilcolina, as a -hélices entortadas ou
se endireitam ou giram e se afastam, abrindo, assim, o poro do
canal. [ B ] Imagem de alta resolução que apresenta um esquema
revisto dos domínios intracelulares. (Painel [A] baseado em
Unwin N 1993 Nicotinic acetylcholine receptor at 9A resolution.
J Mol Biol 229, 1.101-1.124, and Unwin N 1995 Acetylcholine
receptor channel imaged in the open state. Nature 373, 37-43;
painel [B] reproduzido com autorização de Unwin N 2005
Refi ned structure of the nicotinic acetylcholine receptor at 4A
resolution. J Mol Biol 346(4), 967-989.)
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
29
a
▼
a
Tabela 3.2 Famílias de receptores acoplados à proteína G a
Família Receptores b Características estruturais
A: família da rodopsina O maior grupo. Receptores para a maioria dos
neurotransmissores aminados, muitos neuropeptídeos,
purinas, prostanoides, canabinoides etc.
Cauda extracelular (N terminal) curta. O
ligante liga-se a hélices transmembrana
(aminas) ou a alças extracelulares (peptídeos)
B: família dos receptores de
secretina/glucagon
Receptores para hormônios peptídicos, incluindo
secretina, glucagon, calcitonina
Cauda extracelular intermediária
incorporando o domínio de ligação ao ligante
C: família do receptor
metabotrópico de glutamato/
sensor de cálcio
Grupo pequeno. Receptores metabotrópicos de
glutamato, receptores GABA B , receptores sensíveis
ao Ca 2+
Cauda extracelular longa incorporando o
domínio de ligação ao ligante
a Uma quarta família distinta inclui muitos receptores para feromônios, mas nenhum receptor farmacológico.
b Para listas completas, consulte www.guidetopharmacology.org .
N
C
N
CCANAISATIVADOS POR
LIGANTES(5, 4 ou 3
subunidades)
Receptores de NMDA
Exemplos: NMDAExemplos: nAChR, GABAA,5-HT3, IP3R, RyR
Receptores de cistina (cys-loop)
Exemplo: P2XR
Receptores P2X
Fig. 3.5 Arquitetura molecular dos canais iônicos ativados por ligantes. Os retângulos azuis e vermelhos representam as a -hélices
transmembranares, e os ganchos azuis representam as regiões de formação dos poros P loop . Os receptores cys-loop são pentaméricos.
Os receptores do tipo NMDA são tetraméricos, e os P2X, triméricos. Receptor 5-HT 3 , 5-hydroxitriptamina tipo 3; receptor GABA A , GABA
tipo A; IP 3 R, receptor do inositol trifosfato; nAChR, receptor nicotínico de acetilcolina; NMDA, N -metil D-Aspartato; P2XR, receptor de purina
P2X; RyR, receptor de rianodina.
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
30
RECEPTORES ATIVADOS POR PROTEASES ▼
PROTEÍNAS G E SUA FUNÇÃO
Exterior da célula
Moduladoralostéricopositivo
AgonistaMembrana
Interiorda célula
Fig. 3.7 Estrutura do receptor muscarínico M 4 . Imagem
de alta resolução que apresenta a conformação do receptor
muscarínico M 4 ligado a um agonista (ortostérico) e também
a um modulador alostérico positivo. Os cilindros em amarelo
representam os domínios transmembranares. A extensão total
dos domínios N- e C- terminal e o terceiro circuito intracelular
não estão representados. (Cortesia de A Christopoulos.)
10 ms
3 pA
20 ms
2 pA
0
1
2
18 pS38 pS
Núme
ro de
cana
is abe
rtos
Estad
os de
cond
utivid
ade
Aberturas do canal nicotínico de acetilcolina
Aberturas do canal NMDA
A
B
Fig. 3.6 Aberturas de canais registradas através da técnica de Patch-clamp . [ A ] Canais iônicos ativados por acetilcolina
na placa motora terminal da rã. A pipeta é pressionada contra a
superfície da membrana com 10 m mol/l ACh. Os desvios abaixo
apresentam o fl uxo da corrente através dos canais iônicos na
zona da membrana em que foi aplicada a pipeta. No fi nal do
registro, é possível ver a abertura discreta entre os dois canais.
[ B ] Correntes num único canal receptor de NMDA registradas
nos neurônios cerebrais na conformação exterior da parte da
membrana da célula ( patch ). O NMDA foi adicionado ao exterior
da parte da membrana da célula ( patch ) para ativar o canal.
O canal abre-se em vários níveis de condutância. Em [ B ] as
aberturas no nível mais alto de condutância e os encerramentos
subsequentes são lentos, indicando que um canal está aberto
(não é provável que dois canais abram e fechem ao mesmo
tempo), enquanto em [ A ] existem níveis discretos que indicam
dois canais. (Painel [A] cortesia de D Colquhoun e DC Ogden;
painel [B] reproduzido com autorização de Cull-Candy SG &
Usowicz MM 1987 Nature 325, 525-528.)
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
31
a b ga
bg b g
g
abg
a
abg
a bg
abg
a
bga
a bg
a abg
▼ a
a
a
b
Receptores acoplados à proteína G
• São denominados algumas vezes receptores metabotrópicos ou receptores com sete domínios transmembrana (7-TDM).
• As estruturas compreendem sete a -hélices que atravessam a membrana, em geral ligadas, formando estruturas diméricas.
• A terceira alça intracelular interage com a proteína G. • A proteína G é uma proteína de membrana que
compreende três subunidades ( a , b , g ), com a subunidade a apresentando atividade GTPásica.
• Quando o trímero se liga a um receptor ocupado por um agonista, a subunidade a se liga a GTP, dissocia-se e, então, fi ca livre para ativar um efetor (p. ex., uma enzima de membrana). Em alguns casos, a subunidade b g é a espécie ativadora.
• A ativação do efetor termina quando ocorre a hidrólise da molécula de GTP ligada, o que permite que a subunidade a se recombine com b g .
• Existem vários tipos de proteína G, que interagem com diferentes receptores e controlam diferentes efetores.
• Exemplos incluem o receptor muscarínico da acetilcolina, adrenoceptores, receptores de neuropeptídeos e de quimiocinas, e os receptores ativados por protease.
ATIVO DESSENSIBILIZADO
NClivagem pela trombina
INATIVO
NN
Agonista preso
Fosforilação
Fragmentoliberado
P
N
Fig. 3.8 Ativação de um receptor ativado por protease pela clivagem do domínio N-terminal extracelular. A inativação ocorre por
fosforilação. A recuperação requer nova síntese do receptor.
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
32
Tabela 3.3 Os principais subtipos de proteína G e suas funções a
Subtipos Receptores associados Efetores principais Notas
Subunidades G a
G a s Muitos receptores para
aminas e outros (p. ex.,
catecolaminas, histamina,
serotonina)
Estimula a adenililciclase, aumentando a formação
de AMPc
Ativadas pela toxina do cólera,
que bloqueia a atividade GTPase,
impedindo, assim, a inativação
G a i Como para Ga S , e também
receptores opioides e
canabinoides
Inibe a adenililciclase, diminuindo a formação de
AMPc
Bloqueadas pela toxina pertússis,
que impede a dissociação do
complexo a b g
G a o Como para Ga S , e também
receptores opioides e
canabinoides
? Efeitos limitados da subunidade a (os efeitos
devem-se principalmente às subunidades b g )
Bloqueada pela toxina pertússis.
Ocorre principalmente no sistema
nervoso
G a q Receptores de aminas,
peptídeos e prostanoides
Ativa a fosfolipase C, aumentando a produção
dos segundos mensageiros inositol trisfosfato e
diacilglicerol (págs. 34 e 35)
—
Subunidades G b g
Todos os GPCRs Ativam canais de potássio
Inibem canais de cálcio controlados por voltagem
Ativam as GPCR quinases (GRKs, pág. 36)
Ativam a cascata de proteínas quinases ativadas
por mitógenos
Interage com algumas formas de adenil-ciclase e
com fosfolipase C b
Muitas isoformas de b g
identifi cadas, mas as funções
específi cas ainda não são
conhecidas.
GPCR, receptor acoplado à proteína G ( G-protein-coupled receptor ).
a Esta tabela lista apenas as isoformas de maior signifi cância farmacológica. Muitas outras foram identifi cadas, algumas, inclusive, têm
funções no olfato, paladar, transdução visual e em outras funções fi siológicas ( Offermanns, 2003 ).
Receptor
GDP GDP
GDP
P+
GTP
GTP
Estado de repouso
Proteínas-alvoativadas
βγα βγ
βγα βγα
Alvo1
Alvo2
Alvo2
Receptor ocupado por um agonista
InativoInativo
AtivoAtivoAtivoAtivo
InativoInativo
GTP hidrolisado
Target1
Alvo2
Alvo1
Alvo2
α
Alvo1
Fig. 3.9 A função da proteína G. A proteína G consiste em três subunidades ( a , b , g ) que fi cam ancoradas à membrana através de
resíduos de lipídeos fi xos. O acoplamento da subunidade a a um receptor ocupado por um agonista promove a troca do GDP ligado pelo
GTP intracelular; o complexo a -GTP, então, se dissocia do receptor e do complexo b g , interagindo com uma proteína-alvo (alvo 1, que
pode ser uma enzima, como adenil-ciclase ou fosfolipase C). O complexo b g também ativa uma proteína-alvo (alvo 2, que pode ser um
canal iônico ou uma quinase). A atividade GTPase da subunidade a aumenta quando a proteína-alvo é ligada, resultando em hidrólise do
GTP ligado para GDP, o que faz com que a subunidade a volte a se ligar com b g .
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
33
a
a
a
ALVOS DAS PROTEÍNAS G
Sistema adenilil ciclase/AMPc
a a
b
a
a b
g
a b g
Enzima-alvo
Receptorinibitório
Receptorestimulatório
Gi Gs
Ri Rsβγ βγαi αs
Fig. 3.10 Controle bidirecional de uma enzima-alvo como a adenilato ciclase, por G s e G i . A heterogeneidade
das proteínas G permite que receptores
diferentes exerçam efeitos opostos em
uma mesma enzima-alvo.
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
34
O sistema fosfolipase C/fosfato de inositol
a
b b
b
Lipase (ativa)
ATP
ADP
Aumento da lipólise
ATP
ADP
Redução da síntese de glicogênio
ATP
ADP
ATP
ADPFosforilase
quinase (ativa)
Fosforilase a(ativa)
ATP
ADP
Aumento da quebra de glicogênio
Glicogênio
Glicose-1-fosfato
Glicogênio sintase(inativa)
G
Proteína quinase(ativa)
Proteína quinase(inativa)
Lipase (inativa)
Glicogêniosintase (ativa)
Fosforilasequinase (inativa)
Fosforilase b(inativa)
ACATP
AMPc
AgonistaR
Fig. 3.11 Regulação do metabolismo energético pelo AMPc. AC, adenilil ciclase.
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
35
Fosfatos de inositol e cálcio intracelular
Diacilglicerol e proteína quinase C
Canais iônicos como alvos das proteínas G
bg
Sistema Rho/Rho quinase ▼
a
O sistema das MAP-quinase ▼
a bg
OUTROS DESENVOLVIMENTOS NA BIOLOGIA DO GPCR
▼
65
432
1 OH
OH
HO
PP
P
CCCOO
O
I(1,4,5)P3
PIP2
DAG PA
Ácido araquidônico
Ácido graxo
PLA2
PLCPLD
Fig. 3.12 Estrutura do fosfatidilinositol bisfosfato (PIP 2 ), mostrando pontos de clivagem por diferentes fosfolipases para produzir mediadores ativos. A clivagem pela fosfolipase
A 2 (PLA 2 ) produz ácido araquidônico. A clivagem pela fosfolipase
C (PLC) produz inositol trisfosfato (I(1, 4, 5)P 3 ) e diacilglicerol
(DAG). PA, ácido fosfatídico; PLD, fosfolipase D.
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
36
Dessensibilização do GPCR ▼
bg
Oligomerização do GPCR ▼
m
Quinases
Quinase
FosfatasesInositol
1-fosfatase
P
PP
I(1,3,4)P3
Inositol
Ativação daproteína quinase C
Liberação deCa2+ intracelular
? Entrada de Ca2+através da membrana
DAG
OH
PIP2
PP
P
PI
P
Ácido fosfatídico
P
IP
P
I(1,4,5)P3
P
PP
I(1,3,4,5)P4
P
PP
P
Fosfolipase C
Receptor
Inibidapelo Li+
Fig. 3.13 Ciclo do fosfatidilinositol (PI). A ativação da fosfolipase C mediada por receptor resulta na clivagem do fosfatidilinositol
bisfosfato (PIP 2 ), formando diacilglicerol (DAG) (que ativa a proteína quinase C) e inositol trisfosfato (IP 3 ) (que libera Ca 2+ intracelular). Não
se sabe ao certo a função do inositol tetrafosfato (IP 4 ), que é formado a partir do IP 3 e de outros fosfatos de inositol, mas pode facilitar
a entrada de Ca 2+ através da membrana plasmática. O IP 3 é inativado por desfosforilação em inositol. O DAG é convertido em ácido
fosfatídico, e esses dois produtos são usados para regenerar o PI e o PIP 2 .
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
37
κ d Receptores constitutivamente ativos ▼
b
Especifi cidade do agonista ▼
Efetores controlados por proteínas G
Duas vias fulcrais de segundos mensageiros são controladas por receptores via proteínas G: • Adenilil ciclase/AMPc:
– podem ser ativadas ou inibidas por ligantes farmacológicos, dependendo da natureza do receptor e da proteína G
– a adenilil ciclase catalisa a formação do mensageiro intracelular AMPc
– o AMPc ativa várias proteínas quinases que controlam a função celular de muitas maneiras diferentes, por meio de fosforilação de várias enzimas, transportadores e outras proteínas
• Fosfolipase C/trisfosfato de inositol (IP 3 )/diacilglicerol (DAG): – catalisa a formação de dois mensageiros intracelulares,
IP 3 e DAG, a partir de fosfolipídeos de membrana
– o IP 3 atua aumentando o Ca 2+ citosólico livre, pela liberação de Ca 2+ de compartimentos intracelulares
– o aumento do Ca 2+ livre dá início a vários eventos, incluindo contração, secreção, ativação de enzimas e hiperpolarização de membranas
– o DAG ativa a proteína quinase C, que controla muitas funções celulares através da fosforilação de várias proteínas
As proteínas G ligadas a receptores controlam também: • Canais iônicos
– abertura de canais de potássio que resulta numa hiperpolarização da membrana
– inibição de canais de cálcio, reduzindo, assim, a liberação de neurotransmissores
• Fosfolipase A 2 (e, portanto, a formação de ácido araquidônico e eicosanoides)
Enzimas-alvo
Segundosmensageiros
Proteínasquinases
Efetores Enzimas, proteínasde transporte etc.
Proteínascontráteis
Canaisiônicos
Liberadoscomo
hormônioslocais
AADAGIP3AMPcGMPc
PKG PKA PKC
Eicosanoides↑[Ca2+]i
Guanililciclase
Adenililciclase Fosfolipase C
Receptores Proteínas G
Fig. 3.14 Controle dos sistemas efetores celulares pela proteína G e segundos mensageiros. AA, ácido
araquidônico; DAG, diacilglicerol; IP 3 , inositol
trisfosfato. Estão ausentes nesta fi gura as
vias de sinalização nas quais as arrestinas
se ligam aos GPCRs (e não às proteínas
G) para desencadear os eventos seguintes
( downstream ) (ver o texto).
C0015.indd 37 04/11/15 1:14 PM
SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
38b
ARRP PP P
ARRP P
RAF1 ASK1
MKK3/6MKK4/7MEK1
p38JNK1–3ERK1/2
SrcGRKERK
A
A
A
A
A
A A
ARR JNK3
P P
A
ARR ERKP P
A
A
Expressão genética alterada
Endocitose
Arrestina acoplada a MAP-quinasesBReceptor acoplado a MAP-quinasesA
Fig. 3.15 Ativação da cascata Map-quinase do GPCR. [ A ] Ativação sequencial de múltiplos compostos da cascata MAP-quinase.
A ativação da cascata MAP-quinase do GPCR pode envolver as subunidades G a e b g (não apresentado). [ B ] Ativação do ERK e do JNK3
através da interação com as arrestinas ( b ARR). A ativação do ERK pode acontecer tanto na membrana plasmática envolvendo Src como através
de ativação direta após internalização do complexo receptor/arrestina. ARR, arrestina; GRK, receptor de quinases acopladas à proteína G.
αβ γ β γ
ARR
ARR
PP2A
PP2A
Formação de vesículasrevestidas de clatrina
Internalização
Dessensibilização do receptor
Reinserção
Reciclagem
Degradaçãolisossômica
Desfosforilação
ARRGRK
A
P PP PGDP
AE AA Dyn DynDyn
ARRP P ARR
A
PP
A
AP PA
A
PPP
P
P
Fig. 3.16 Dessensibilização e movimentação dos receptores acoplados à proteína G (GPCRs). Na ativação prolongada do agonista
do GPCR, determinados receptores de quinases acoplados à proteína G (GRKs) são recrutados para a membrana plasmática e fosforilam o
receptor. A essa altura, a arrestina (ARR) liga e desloca o GPCR para vesículas revestidas de clatrina para uma subsequente internalização
nos endossomas, num processo dependente de dinamina. O GPCR, então, é desfosforilado por uma fosfatase (PP2A) ou é reenviado para
a membrana plasmática, ou ainda é degradado pelos lisossomas. ARR, arrestina; Dyn, dinamina; GRK, receptor de quinases acoplados à
proteína G; PP2A, fosfatase 2A.
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
39
RAMPs ▼
Sinalização independente das proteínas G ▼
TIPO 3: RECEPTORES LIGADOS A QUINASES E RECEPTORES CORRELATOS
MECANISMOS DA FOSFORILAÇÃO PROTEICA E DA CASCATA DAS QUINASES
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
40
Fator decrescimento
Domínioreceptor
α hélicetransmembrana
Domínio tirosinaquinase
Resíduode tirosina
Mudança deconformaçãoDimerização
Autofosforilaçãoda tirosina
Ligação da proteínade domínio SH2 (Grb2)
GDP
Ativação de RasTroca GDP/GTP
MEMBRANA
Fosforilaçãode Grb2
P P
Grb2
GTP Ativação
Raf
Mek
MAP-quinase
Vários fatoresde transcrição
Fosforilação
Fosforilação
Fosforilação
NÚCLEO
P P PGrb2
Transcrição gênica
Ras
CASCATA DASQUINASES
DimerizaçãoAlteração conformacional
Ligação de JakFosforilação do receptor
+ JakCitocina
Jak Jak JakP P
P P
JakJak
NÚCLEO
MEMBRANA
PPStat StatStatLigação e fosforilação
da proteína dedomínio SH2
(Stat)
Dimerizaçãode Stat
Transcrição gênica
A
B
Fig. 3.17 Mecanismos de transdução de receptores acoplados a quinases. A primeira etapa que ocorre após a ligação do agonista é
a dimerização, que leva à autofosforilação do domínio intracelular de cada receptor. Então, proteínas com domínio SH2 ligam-se ao receptor
fosforilado, e são, elas próprias, também fosforiladas. Duas vias bem caracterizadas são mostradas: [ A ] A via do fator de crescimento
(Ras/Raf/proteína ativada por mitógeno [MAP] quinase) ( Cap. 5 ). O Grb2 também pode ser fosforilado, mas isso altera negativamente sua
sinalização. [ B ] Esquema simplifi cado da via da citocina (Jak/Stat) ( Cap. 18 ). Alguns receptores de citocina podem existir previamente como
dímeros em vez de sofrerem dimerização na ligação à citocina. Várias outras vias existem, e essas cascatas de fosforilação interagem com
componentes dos sistemas de proteínas G.
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
41
g
κ
κ κ
κ κ
▼
Receptores ligados a quinases
• Receptores para diversos fatores de crescimento incorporam a tirosina quinase em seu domínio intracelular.
• Receptores de citocinas possuem um domínio intracelular que liga e ativa quinases citosólicas quando o receptor é ocupado.
• Todos os receptores compartilham uma arquitetura comum, que consiste em um grande domínio extracelular de ligação ao ligante, conectado ao domínio intracelular através de uma única hélice transmembrana.
• A transdução de sinais geralmente envolve a dimerização de receptores, seguida de autofosforilação de resíduos de tirosina. Os resíduos de fosfotirosina atuam como aceptores dos domínios SH2 de várias proteínas intracelulares, permitindo, dessa maneira, o controle de muitas funções celulares.
• Estão envolvidos principalmente em eventos que controlam o crescimento e a diferenciação celulares, e atuam indiretamente por regulação da transcrição gênica.
• Duas vias importantes são: – A via Ras/Raf/proteína ativada por mitógenos (MAP)
quinase, que é importante na divisão, no crescimento e na diferenciação celulares.
– A via Jak/Stat, ativada por muitas citocinas, controla a síntese e a liberação de muitos mediadores infl amatórios.
• Alguns poucos receptores de hormônios (p. ex., fator natriurético atrial) possuem uma arquitetura similar e estão ligados à guanilil ciclase.
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
42
TIPO 4: RECEPTORES NUCLEARES
Fosforilação de proteínas na transdução de sinais
• Muitos eventos mediados por receptores envolvem a fosforilação de proteínas, que controlam as propriedades funcionais e de ligação das proteínas intracelulares.
• As tirosinas quinases ligadas a receptores, as tirosinas quinases ativadas por nucleotídeos cíclicos e as serinas/treoninas quinases intracelulares constituem um mecanismo de “cascata de quinases” que leva à amplifi cação dos eventos mediados por receptores.
• Existem muitas quinases com diferentes especifi cidades de substrato, proporcionando a especifi cidade observada nas vias ativadas por diferentes hormônios.
• A dessensibilização de receptores ligados à proteína G decorre da fosforilação por quinases específi cas de receptores, o que torna o receptor não funcional e leva à sua internalização.
• Existe uma grande família de fosfatases que atuam desfosforilando proteínas e, assim, revertendo os efeitos das quinases.
CASCATAS DE QUINASES
PROTEÍNAS-ALVO
IP3
Ca2+AMPc
Enzimas Receptores Canaisiônicos Transportadores Fatores de
transcriçãoProteínascontráteis
Mecanismosde secreção
RESPOSTAS
Respostasfisiológicas
Respostasimunológicas Apoptose Transformação
maligna Crescimento Diferenciação
GMPc AutofosforilaçãoDAG
GRKs PKA PKC CaMquinases
PKG
Receptores
ligados à GC
Receptores
ligados
a quinases
GPCRs
Fig. 3.18 Papel central das cascatas de quinases na transdução de sinais. As cascatas de quinases (p. ex., aquelas mostradas na
Fig. 3.15 ) são ativadas por GPCRs, diretamente ou por meio de diferentes segundos mensageiros, por receptores que geram GMPc, ou
ainda por receptores acoplados a quinases. As cascatas das quinases regulam diversas proteínas-alvo, que, por sua vez, produzem uma
grande variedade de efeitos de curto e longo prazos. CaM-quinase, quinase dependente de Ca 2+ /calmodulina; DAG, diacilglicerol; GC,
guanilil ciclase; GRK, GPCR quinase; IP 3 , inositol trisfosfato; PKA, proteína quinase dependente de AMPc; PKC, proteína quinase C; PKG,
proteína quinase dependente de GMPc.
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
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ESTRUTURA DOS RECEPTORES NUCLEARES ▼
a b
CONTROLE DA TRANSCRIÇÃO GENÉTICA ▼
CLASSIFICAÇÃO DOS RECEPTORES NUCLEARES
AF1 AF2
N-teminalRegião coativadora AF1
Domínio central de ligação DNAcom “dedos de zinco”
Região de“dobradiça”
ExtensãoC-terminal
Domínio de ligação-liganteRegião coativadora AF2
Ligação HSP
Fig. 3.19 Diagrama esquemático de um receptor nuclear. O domínio heterogêneo N-terminal engloba o local AF1 (função de ativação 1).
Isso liga fatores de transcrição específi cos das células que modifi cam as propriedades do receptor. O domínio central altamente conservado
engloba dois “dedos de zinco”; alças ricas em cistina (ou cisteína/histidina) na cadeia de aminoácidos que são mantidas em determinada
conformação pelos íons de zinco e que são responsáveis pelo reconhecimento e a ligação do DNA. A região de “dobradiça” fl exível na
molécula permite que o receptor dimerize com outros NRs, e o domínio C-terminal, que contém o módulo de ligação-ligante, é específi co de
cada classe de receptor (ver texto para mais detalhes).
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
44
Tabela 3.4 Alguns receptores nucleares farmacologicamente signifi cativos
Nome do receptor Abreviatura Ligante Fármacos Localização
Ligação-ligante
Mecanismo de ação
Tipo I
Androgênio AR Testosterona Todos os glicocorticoides
naturais e sintéticos ( Cap. 33 ),
mineralocorticoides ( Cap. 29 )
e esteroides sexuais ( Cap. 35 )
juntamente com os seus
antagonistas (p. ex., raloxifi na,
4-hidroxi-tamoxifen e
mifepristona)
Citosólico Homodímeros
Translocação
para o núcleo.
Ligação aos
HREs com dois
semipontos
em sequência
invertida
Estrogênio ER a , b 17 b -oestradiol
Glicocorticoide GR a Cortisol,
corticosterona
Progesterona PR Progesterona
Mineralocorticoide MR Aldosterona
Tipo II
Retinoide X RXR a , b , g Ácido 9- cis- retinoico Fármacos retinoides
( Cap. 27 )
NuclearHeterodímeros frequentemente com RXR
Complexados com correpressores, que são deslocados após ligação ao ligante e permitindo a ligação de transativadores
Ácido retinoico RAR a , b , g Vitamina A
Hormônio tireoide TR a , b T3, T4 Fármacos hormônio tireoide
Proliferador eroxissoma
PPAR a , b , g , d
Ácidos graxos, prostaglandinas
Rosiglitazona, pioglitazona
Androstano constitutivo
CAR AndrostanoEstimulação da síntese de CYP e alteração metabolismo do fármacoPregnano X PXR Xenobióticos
Apenas estão apresentados exemplos das Classes I e II.
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
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CANAIS IÔNICOS COMO ALVOS DE FÁRMACOS
SELETIVIDADE IÔNICA
MECANISMO DE COMPORTA CANAIS CONTROLADOS POR VOLTAGEM
CANAIS CONTROLADOS POR LIGANTES
Receptores nucleares
• Uma família de 48 receptores solúveis que podem detectar lipídeos e sinais hormonais, além de modular a transcrição gênica.
• Seus ligantes são muitos e variados, incluindo fármacos esteroides e hormonais, hormônios tireoides, vitaminas A e D, vários lipídeos e xenobióticos.
• Duas categorias principais: – Os RN de classe I estão presentes no citoplasma
e formam homodímeros na presença de seu ligante, migrando até o núcleo. Seus ligantes são principalmente de natureza endócrina (p. ex., hormônios esteroides).
– Os RN de classe II estão, em geral, constitutivamente presentes no núcleo e formam heterodímeros com o receptor retinoide X. Seus ligantes são, via de regra, lipídeos (p. ex., os ácidos graxos).
• Os complexos receptores-ligantes iniciam mudanças na transcrição gênica ao se ligarem a elementos da resposta hormonal em promotores de genes e recrutarem fatores de coativação ou correpressão.
• A família dos receptores é o alvo de cerca de 10% dos fármacos prescritos, e as enzimas que regulam afetam a farmacocinética de cerca de 60% de todos os fármacos prescritos.
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
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CANAIS DE LIBERAÇÃO DE CÁLCIO
CANAIS DE CÁLCIO OPERADOS PELAS RESERVAS DE CÁLCIO
ARQUITETURA MOLECULAR DOS CANAIS IÔNICOS
▼
CANAIS DE CÁTIONS (4 subunidades)
CANAIS DE SÓDIO E CÁLCIO
CONTROLADOS POR VOLTAGEM
N C
N C
6T1P
Exemplos: Canais deK+ controlados
por voltagem, canais TRP
N C
2T1P
Exemplos: Canais de K+retificadores de entrada, P2XR,
ASIC, ENaC, degenerinas
N C
4T2P
Exemplo: Canais deK+ em repouso
A
B
Fig. 3.20 Arquitetura molecular dos canais iônicos. Os retângulos vermelhos e azuis representam as a hélices que atravessam
a membrana. Os grampos azuis são domínios em alça do poro (P), presentes em muitos canais, sendo os retângulos azuis as regiões
formadoras dos poros das a hélices que atravessam a membrana. Os retângulos listrados representam as regiões sensoras de voltagem
dos canais controlados por voltagem. O símbolo verde representa a partícula inativadora dos canais de sódio controlados por voltagem.
A nomenclatura do canal de potássio se baseia no número de hélices transmembrana (T) e das alças formadoras de poro (P) em cada
subunidade. Mais informações sobre canais iônicos são dadas no Capítulo 4 . ASIC, canal iônico sensível a ácido; ENaC, canal epitelial de
sódio; TRP, canal de receptor de potencial transitório.
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
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FARMACOLOGIA DOS CANAIS IÔNICOS
▼
b
CONTROLE DA EXPRESSÃO DE RECEPTORES
GPCRs
Segundosmensageiros
PKAPKC
Fosforilação
TetrodotoxinaSaxitoxina
Conotoxinas
BLOQUEIO DAINATIVAÇÃO
VeratridinaBatracotoxina
Toxinas de escorpiãoDDT, piretroides
BLOQUEIODO CANAL
Anestésicos locaisFármacos antiepilépticos
(p. ex., fenitoína)Fármacos antiarrítmicos
(p. ex., disopiramida)
ALTERAÇÃO DOMECANISMO
DE COMPORTALigantesde GPCR
BLOQUEIODO CANAL
Fig. 3.21 Domínios de ligação de fármacos dos canais de sódio controlados por voltagem ( Cap. 43 ). A multiplicidade, os
diferentes pontos de ligação e os efeitos parecem ser típicos para
muitos canais iônicos. DDT, diclorodifeniltricloroetano (dicofano,
um inseticida bem conhecido); GPCR, receptor acoplado à
proteína G; PKA, proteína quinase A; PKC, proteína quinase C.
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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3
48
RECEPTORES E DOENÇAS
ab
b
b
a
b
REFERÊNCIAS E LEITURA COMPLEMENTAR
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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES
49
g
bκ
κ
g
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TRADUÇÃO DA 8ª EDIÇÃO
FarmacologiaH. P. Rang, MB, BS, MA, DPhil, Hon FBPharmacolS, FMedSci, FRS
J. M. Ritter, DPhil, FRCP, FBPharmacolS, FMedSci
R. J. Flower, PhD, DSc, FBPharmacolS, FMedSci, FRS
G. Henderson, BSc, PhD, FBPharmacolS, FSB
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