Farmacodinámica de Inhibidores Enzimáticos: Mecanismos y Aplicaciones Terapéuticas

Farmacodinámica de Inhibidores Enzimáticos

Inhibidores enzimáticos farmacodinámicos: Algunos fármacos actúan por inhibición de enzimas que regulan la biosíntesis y/o degradación metabólica de sustancias endógenas que generan respuesta en el organismo.

Inhibidores de hidrolasas

Las hidrolasas son enzimas que catalizan la ruptura de enlaces entre carbono y otro átomo mediante adición de agua. Son las esterasas, peptidasas, lipasas, glicosilasas y fosfolipasas.

Inhibidores de acetilcolinesterasas (esterasas)

La acetilcolina es un neurotransmisor (éster de ácido acético y colina) que se libera en las terminaciones del sistema nervioso parasimpático y motor, también en el SNC. Su acción termina cuando la acetilcolinesterasa la hidroliza (en ácido acético + colina). Es por esto que los inhibidores de la acetilcolinesterasa impiden la degradación del neurotransmisor, aumentando su concentración en los receptores (similar a cuando se administra Ach o un agonista), por lo que son agonistas colinérgicos indirectos de la ACh. Se usan para tratar el glaucoma y el Alzheimer, también como insecticidas.

La acetilcolinesterasa está unida a la membrana celular cerca de los receptores de Ach, tiene estructura de árbol con eje de colágeno (anclaje) y 3 ramificaciones que sitúan a la Ach. Posee 4 subunidades, cada una con un sitio activo (residuos Glu o Asp, Tyr, His y Ser). Dicho sitio activo posee 2 áreas de unión (donde se realiza el enlace éster y el enlace aniónico) y bolsillos hidrofóbicos. La ACh se une al lugar aniónico mediante enlace iónico con el grupo carboxilato de residuo Glu o Asp de la enzima, y en el otro sitio con un puente de H al residuo Tyr de la enzima.

Pasos de la hidrólisis de ACh: La His actúa como catalizador ácido/base, y la Ser como nucleófilo.

1. Comienza con la formación del complejo reversible, y posterior transesterificación.
2. El grupo hidroxilo del residuo Serina cede el H+ al anillo imidazólico de histidina, aumentando la nucleofilia y uniéndose al C (del grupo acetilo, que ya se queda unido). Se produce la acetilación, el H+ del anillo histidina se recupera por el alcóxido, liberando colina. (Paso limitante de velocidad).
3. El residuo His actúa como catalizador captando H+ de una molécula de agua, añadiendo el grupo hidroxilo al residuo de serina acetilado. El H+ del anillo His se recupera por el residuo de Ser, liberando ácido acético, y quedando los residuos His y Ser como al comienzo.

Así pues, los inhibidores competitivos reversibles o irreversibles de la acetilcolinesterasa (agonista colinérgico indirecto reversible o irreversible) se unen a los centros activos de la acetilcolinesterasa, impidiendo su actividad. Poseen un átomo N cargado positivamente y un éster que acetila al hidróxido de Ser. Son reversibles los carbamatos y alcoholes (fisostigmina y edrofonio) e irreversibles los compuestos organofosforados.

Inhibidores reversibles competitivos carbamatos

La fisostigmina: amonio terciario, aislado del haba de calabar, muy tóxico, farmacocinética poco adecuada, posee grupo carbamato y anillo dihidroindólico unido a uno de pirrolidina (valor de pKa hace que esté protonado a pH fisiológico). El N pirrolidínico se une al lugar aniónico, similar a la hidrólisis de ACh. Utilidad clínica como antídoto de fármacos anticolinérgicos y tratamiento del glaucoma. Efectos secundarios importantes.

Pasos:

1. El residuo de Ser ataca como nucleófilo (catalizador Histidina ácido/base) liberando anión fenóxido HO-Ar (mejor saliente). Hidrólisis final muy lenta debido a que el grupo carbonilo carbamato es menos electrófilo que el éster.

Neostigmina: análogo que debido a su estructura cargada (amonio cuaternario) no puede pasar la barrera hematoencefálica. Hidrólisis del grupo carbamato difícil debido al segundo grupo metilo que se une al Nitrógeno.

Inhibidores irreversibles

Los compuestos organofosforados: como el gas sarín y el diflos utilizados como venenos nerviosos, actualmente insecticidas (como paratión y malatión, profármacos que se activan por desulfuración oxidativa solo en insectos). Reaccionan rápido con la acetilcolinesterasa para formar un derivado fosforilado de serina estable a la hidrólisis (competitivo irreversible). Esto provoca la acumulación de ACh que produce la contracción muscular y la muerte. Con utilidad clínica destaca el ecotiopato para el tratamiento del glaucoma.

Inhibidores reversibles no competitivos

Se destacan la tacrina (poco específico, presenta efectos secundarios), el donepezilo (más específico), ambos con utilidad médica en el tratamiento del Alzheimer (déficit biosíntesis ACh), atraviesan la barrera hematoencefálica para actuar como inhibidores de acetilcolinesterasa.

Otros análogos

La rivastigmina, análogo inhibidor reversible competitivo carbamato, el metrifonato es un profármaco del diclorvos (inhibidor reversible). La huperzina A y la galantamina son alcaloides naturales.

Inhibidores de las lipasas

Las lipasas hidrolizan las grasas (controlan la obesidad) para dar ácidos grasos y monoacilglicerol. Al inhibir estas enzimas se absorbe menos grasa. Un ejemplo es el fármaco Orlistat, extraído de Streptomyces toxytricine, inhibe las lipasas con efectos secundarios. Se une el anillo de propiolactona del fármaco al resto Ser-152 de la lipasa pancreática, generando una acetilanzima que se hidroliza lentamente, siendo un inhibidor irreversible.

Inhibidores de las peptidasas

Las peptidasas generan (y reciclan) hormonas y neurotransmisores a partir de precursores inactivos, trabajan con ayuda de inhibidores endógenos selectivos. Los inhibidores de peptidasas se utilizan para regular procesos patológicos, con especificidad a la hora de elegir el enlace peptídico y romperlo, como el captopril. El principal problema es la administración de péptidos por vía oral ya que se hidrolizan fácilmente y penetran mal en las células, se utilizan estructuras peptidomiméticas.

Inhibidores de enzimas que tienen al fosfato de piridoxal como cofactor

Este cofactor está presente en muchas reacciones metabólicas de aminoácidos. Importancia dado que algunos aa forman neurotransmisores.

Reacción de transaminación catalizada por glutamato transaminasa (enzima que queremos inhibir) y produce ácido α-cetoglutárico

El resto de lisina de la enzima reacciona con el grupo aldehído en pos 4 del cofactor (fosfato de piridoxal), dando lugar a la formación de una aldimina primaria (Enzima-Cofactor) y liberando agua. Esta aldimina reacciona con el grupo amina sustrato que pierde un H+ (posee grupo amina y grupo Cα) dando lugar al complejo (Enzima-Cofactor-Sustrato). Se libera la Enzima del complejo quedando la aldimina secundaria o base de Schiff, esta necesita incorporar 2e-, para formar cetimina primaria (forma nuevo ciclo desprotonando el Cα), por protonación se forma cetimina secundaria, que se hidroliza al adquirir una molécula de agua, dando lugar al producto (en este caso Ácido α-cetoglutárico) y al Cofactor modificado (Piridoxamina).

Observaciones: El enlace Cα-H tiene estructura ortogonal respecto al anillo de piridinio, esta conformación tiene el máximo solapamiento entre la zona electronegativa y positiva. El complejo Enzima-Cofactor-Sustrato tiene que tener para llevarse a cabo la reacción rotación libre del enlace N-Cα. En general las enzimas inhibidas por el cofactor fosfato de piridoxal reaccionan con su grupo aldehído en posición 4.

Inhibidores de la γ-aminobutirato aminotransferasa (GABA-T)

GABA (ácido γ-aminobutírico) es un neurotransmisor inhibidor, que junto con el Ácido L-glutámico (neurotransmisor excitador) son de los más importantes en el cerebro. Su descompensación provoca episodios convulsivos (epilepsia). GABA-T (interfiere en el metabolismo de GABA) tiene como cofactor el fosfato de piridoxal, así como GAD (glutamato descarboxilasa) que interfiere en la síntesis de GABA. La inhibición de GABA-T (provoca aumento conc GABA) debe ser selectiva, ya que si se inhibe también GAD la concentración de GABA disminuye provocando convulsiones. Una forma análoga de aumentar los niveles de GABA es un fármaco inhibidor reversible (el valproato sódico) de la semialdehído succínico deshidrogenasa, que disminuye la actividad de GABA-T. La vigabatrina (análogo de GABA) y el γ-fluorometil son inhibidores suicidas de GABA-T, se activan a iminas α,β-insaturadas que se unen por adición nucleófila a la enzima.

Inhibidores de descarboxilasas de aminoácidos aromáticos (AADC)

Se utilizan como antihipertensores y como ayuda para el tratamiento de Parkinson. Las descarboxilasas intervienen en la síntesis de noradrenalina a partir de tirosina, se almacena en las vesículas de las terminaciones nerviosas. Por lo que si se inhiben dichas enzimas las vesículas estarán menos llenas disminuyendo la presión sanguínea (antihipertensor). La serazida, carbidopa y α-metilDOPA son fármacos inhibidores competitivos de AADC, se administran junto con L-DOPA para evitar la descarboxilación antes de atravesar la barrera hematoencefálica y liberar dopamina, se utilizan en el tratamiento de Parkinson, utilizan como cofactor el fosfato de piridoxal. Reacciona su grupo amino con el grupo aldehído del fosfato de piridoxal de la descarboxilasa. Otros inhibidores suicidas son la α-fluorometil-DOPA y la α,α-difluorometi-DOPA.

Inhibidores del citocromo P-450

Muchos suelen ser ligandos de hierro, se unen al mismo sitio del sustrato que la enzima. Se suelen descubrir como efectos secundarios de otros fármacos inhibidores. Los más selectivos tienen uso clínico.

Inhibidores de la biosíntesis de hormonas esteroideas

La biosíntesis de hormonas esteroideas se realiza a partir de colesterol con ayuda del citocromo P-450.

Pasos:

1. Comienza con la ruptura de la cadena lateral del colesterol, para dar pregnenolona (paso determinante de la velocidad). La pregnenolona se oxida e isomeriza a progesterona. Actúa la enzima 17α-hidroxi-17,20-liasa para dar androstendiona, que dará lugar a la testosterona. La hidrocortisona y la aldosterona se sintetizan a partir de la pregnenolona por hidroxilación. Cataliza la aromatasa.

Inhibidores de la aromatasa

La aromatasa cataliza las reacciones de síntesis de estrógenos. Una alta concentración provoca tumores, ginecomastia. Se tratan con inhibidores de la aromatasa (aminoglutemida, anastrozol) o antagonistas del receptor de estrógeno. La aminoglutemida se une al nitrógeno y al hierro del citocromo P-450. El ketoconazol y econazol inhiben también la aromatasa, pero no tan selectivamente como análogos más activos y selectivos (fradozol, anastrozol). Existen análogos inhibidores suicidas derivados de la 4-hidroxiandrostendiona, que inhiben la aromatasa.

Inhibidores de la anhidrasa carbónica

La anhidrasa carbónica hidrata el CO2 para producir ácido carbónico y la reacción contraria muy rápido. A pH fisiológico el ácido carbónico se ioniza a bicarbonato + protones. Las sulfamidas inhiben la anhidrasa, con efecto diurético, poseen un nitrógeno sin sustituir que capta el átomo de Zn de la enzima. Algunos como (acetazolamida, metazolamida) se utilizan junto con inhibidores de canales Na y Cl.

Inhibidores de las monoaminoxidasas (IMAO)

Las MAO son flavoproteínas catalizadoras de la oxidación de aminas a aldehídos, las aminas son neurotransmisores o precursores de estos (noradrenalina, dopamina, triptamina). El cofactor flavina-adenina-dinucleótido participa en la reacción redox, luego se reoxida.

Se distinguen 2 isoformas

• MAO A: oxida la serotonina y la noradrenalina, fármacos inhibidores de esta son antidepresivos, clorgilina.
• MAO B: interviene en el metabolismo de dopamina, sus inhibidores tratan el Parkinson, deprenilo.
• De ambas: iproniazida y tranilciprona.

Los IMAO suelen ser inhibidores suicidas irreversibles (hidrazina, propargilamina y ciclopropilamina).

Inhibidores de la COMPT

La COMPT es la enzima catecol-O-metiltransferasa que cataliza la metilación de un hidroxilo fenólico de un catecol. Su función es desintoxicar de los xenobióticos y regular la cantidad de dopamina y noradrenalina.

Destaca la O-metilación de la L-DOPA para tratar el Parkinson. La enzima se une al cofactor (S-adenosilmetionina), después al sustrato. El Mg2+ facilita la ionización de los hidroxilos fenólicos. El residuo Lis acepta un H+ y transfiere el grupo metilo al sustrato. Los inhibidores de COMPT presentan estructura de nitrocatecol, como la tolcapona y entacapona, la primera con muchos efectos secundarios.