4. Canali Ionici, Enzimi, Molecole Carrier

• I canali ionici sono alla base del fenomeno di eccitabilità come rivelato per la prima volta con la scoperta di canali attivati dal voltaggio da parte di Hodkin, Huxley e Katz fra il 1949 e il 1952. • L’eccitabilità è un fenomeno caratteristico di cellule neuronali e muscolari (muscolo striato, cardiaco e liscio) e di molte cellule delle ghiandole endocrine. • L’eccitabilità rappresenta la capacità di una cellula di attivare una risposta elettrica. In seguito a depolarizzazione della membrana si può produrre una risposta tutto o nulla di tipo rigenerativo nota come potenziale di azione.

• In condizione di riposo il potenziale di membrana è mantenuto fra valori compresi fra –30 e –80 (nei neuroni fra –60 e –80). Il potenziale di membrana è mantenuto a tali valori dalla pompa sodio-potassio che è un trasportatore che media un trasporto attivo (contro gradiente di concentrazione) di ioni sodio all’esterno della cellula e di ioni potassio all’interno della cellula. La pompa mantiene alte le concentrazioni extracellulari di Na+ e basse quelle di potassio permettendo il mantenimento del potenziale di membrana a valori negativi (di circa –60, -70 mVolt nei neuroni). • Il mantenimento del potenziale di membrana garantisce l’eccitabilià cellulare cioè la capacità di una cellula di avviare il potenziale d’azione • Quando la membrana si depolarizza si aprono i canali del Na+ che sono voltaggio dipendenti, l’entrata di Na+ depolarizza ulteriormente la membrana. E questo un evento rigenerativo della corrente che permette, una volta raggiunta la soglia di depolarizzazione, l’avvio del potenziale di azione.

• Nella fase di salita del potenziale di azione il Na+ entra rapidamente all’interno della cellula per gradiente di concentrazione attraverso i suoi canali e porta il potenziale a valori positivi di circa 30 mVolt. Poi, in maniera più lenta si aprono i canali del potassio voltaggio dipendenti tramite i quali il K+ più concentrato all’interno della cellula esce per gradiente di concentrazione. L’uscita di cariche positive dalla cellula permette la ripolarizzazione della membrana cioè il ritorno a valori negativi.

• I canali ionici sono stati identificati mediante: • tecniche di biologia molecolare che hanno permesso di clonare i canali ionici e di identificare canali che hanno in comune la struttura e • tecniche di elettrofisiologia in particolare di patch clamp che analizzando in una singola cellula i canali hanno fornito informazioni sulle loro caratteristiche elettrofisiologiche. • Sono così stati identificate famiglie di canali che hanno in comune la struttura e le caratteristiche elettrofisiologiche. • I farmaci possono interagire in modo diretto con il canale bloccandolo o agire in modo indiretto mediante una azione mediata da secondi messaggeri. In tal modo i farmaci possono aumentare o diminuire la probabilita’ di apertura cioè modulare l’eccitabilità cellulare.

CANALI VOC Canali al Na+ voltaggio dipendenti Attivatori: veratridina Bloccanti: • anestetici locali (lidocaina) • Antiepilettici (difenilidantoina; carbamazapina) • Antiaritmici della classe 1 (chinidina, lidocaina, encainidi) • Tetrodotossina • Saxitossina I canali al Na+ voltaggio dipendenti insieme ai canali voltaggiodipendenti al Ca++ e al K+ formano una famiglia

• Fin qui

• Bloccanti dei canali al Na+ • Gli anestetici locali tipo lidocaina (cocaina, stricnina e la enantotossina hanno proprietà simili) bloccano il canale al Na++ dall’interno prevenendo così la prima fase del potenziale d’azione e “stabilizzando” così la membrana rendendola ineccitabile • Esperimenti infatti nell’assone di calamaro hanno dimostrato che anestetici locali in forma carica (composti con azoto quaternario) non funzionano dall’esterno, ma solo se iniettati internamente all’assone. • Il sito di interazione è situato sul segmento S6 del IV dominio transmembrana della alfa subunità. • Il loro meccanismo d’azione è specificamente dovuto al blocco dei canali al Na+ voltaggio dipendenti. • Alcuni anestetici locali come la benzocaina a dosi alte funzionano come gli anestetici generali

• Veleni come la tetrodotossina che si ricava da un pesce del pacifico il “puffer fish” e la saxitossina bloccano il canale dall’esterno. • La tetrodotossina è 160.000 volte più potente di cocaina

Gli antiepilettici e gli antiaritmici della classe 1 funzionano come gli anestetici locali Antiepilettici a concentrazioni terapeutiche bloccano il 35-75% dei canali, mentre per esempio le benzodiazepine bloccano solo il 3% dei canali. Il meccanismo d’azione degli antiepilettici è infatti dovuto preminentemente a questa azione

• Tutte e tre le classi di farmaci hanno le stesse caratteristiche di blocco: • voltaggio e uso dipendenza: tanto più il canale al Na+ funziona, tanto più loro agiscono rapidamente nell’indurre il blocco. • Il vantaggio è • che gli antiaritmici funzionano meglio su cellule cardiache depolarizzate e • che gli anticonvulsivanti funzionano meglio su cellule nervose in stato epilettico • Questa caratteristica conferisce a queste classi di farmaci una selettività d’azione • Caratteristiche di farmacocinetica e farmacodinamica diverse ne condizionano l’uso nelle tre diverse patologie • La lidocaina è utilizzata sia come anestetico che come antiaritmico

ATTIVATORI DEI CANALI DELNa+ • Veratridina alcaloide vegetale • Batracotossina estratto dalla pelle di rana • Veleni di scorpione e di anemoni di mare • Inducono una apertura del canale anche a riposo e le tossine impediscono la inattivazione del canale • All’inizio determinano una spontanea scarica neuronale indipendente da una modificazione del potenziale di membrana e quindi aumento della conduzione nervosa • Successivamente la cellula diviene permanentemente depolarizzata e ineccitabile • Possono determinare: • sul cuore fibrillazione • sui nervi: convulsioni

Canali voltaggio dipendenti del Ca++ • Concentrazioni di Ca++ nella cellula a riposo sono 0.1-0.2 μM, fuori dalla cellula 1-2 mM Tali concentrazioni sono mantenute da pompe di membrana: • una pompa del Ca++ (un trasportatore attivo ATP dipendente che estrude attivamente Ca++ dalla cellula) • da uno scambiatore Na++-Ca++ • e da pompe presenti a livello del reticolo endoplasmatico nel muscolo e a livello dei mitocondri nella cellula nervosa • Durante la depolarizzazione il Ca++ che a livello extracellulare è 1-2 mM (quindi 10.000 volte più concentrato che all’interno) entra per gradiente seguendo l’ingresso di Na+ e le concentrazioni salgono a 0.6 μM . • L’ingresso avviene tramite i canali voltaggio-dipendenti del Ca+ +

Canali voltaggio dipendenti al Ca++ sono presenti sui neuroni • sulle cellule cardiache • sulle cellule muscolari • su cellule secretorie • a livello delle cellule muscolari liscie il Ca++ che entra tramite i canali voltaggio dipendenti è importante per la contrazione per il meccanismo per cui “calcium triggers calcium release” dai depositi intracellulari

Canali al Ca++ voltaggio dipendenti si differenziano per: 1) caratteristiche elettrofisiologiche 2) per caratteristiche farmacologiche 3) caratteristiche molecolari 4) per localizzazione

Caratterizzazione farmacologica: • Le diidropiridine bloccano selettivamente i canali L. • La omega conotossina (un peptide di 27 aa presente nel veleno del pesce marino “Conus geographus”) blocca persistentemente i canali N e L neuronali (non i T). I canali N sono selettivamente presenti sui neuroni mentre gli L sui neuroni e cellule muscolari così la omega conotossina consente la identificazione degli L e N nel cervello. Sui canali L il sito di legame della omega conotossina è diverso da quello delle diidropiridine.

• Bloccanti dei canali al calcio di tipo L • Diidropiridine (nifodipina) si legano sul sito esterno della subunità alfa1 impedendo la glicosilazione della subunità alfa2 che è necessaria per il funzionamento del canale • Il diltiazem (benzotiazepine)e il Verapamile (fenilalchilamine) bloccano internamente la fosforilazione delle subunità alfa anch’essa necessaria per il normale funzionamento del canale

CANALI DEL K+ • I canali K+ VOC sono attivati durante la fase di depolarizzazione rendono conto della ripolarizzazione cellulare e cioè della fase di discesa del potenziale di azione. Il potassio più concentrato all’interno della cellula esce, aumenta la elettronegatività all’interno della cellula. La cellula si ripolarizza

• I canali al K+ ATP “operati” sono chiusi dallo ATP. Quando la cellula scarica si degrada ATP per fornire energia cellulare. Le concentrazioni intracellulari di ATP calano e i canali si aprono facendo uscire K+ e contribuiscono alla ripolarizzazione cellulare.

Bloccanti dei canali al K+- ATP dipendenti sono le sulfoniluree: • La Tolbutamide (capostipite) • Glibenclamide (più potente) Sono farmaci ipoglicemizzanti orali in quanto determinano una secrezione di insulina perché bloccano i canali al K+ delle cellule beta pancreatiche dove i canali al K+ regolano fisiologicamente la secrezione di insulina

Il principale fattore che regola la secrezione di insulina dalle cellule beta pancreatiche delle isole del Langherans è la concentrazione ematica di glucosio. Allo aumentare del glucosio nel sangue, il glucosio entra nelle cellule tramite un trasportatore detto glut-2 e il suo successivo metabolismo (attraverso la glucochinasi e la glicolisi) aumenta le concentrazioni di ATP intracellulare che chiude i canali al K+-ATP dipendenti causando la depolarizzazione della membrana e ingresso di Ca++ che stimola la secrezione di insulina dai granuli delle cellule beta pancreatiche.

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Alto glucosio Aumento di ATP Chiusura del canale al K+- ATP dipendente Cellula si depolarizza Ingresso di Ca++ attraverso canali voltaggiodipendenti • Stimolazione della secrezione di insulina • L’insulina attiva il proprio recettore tirosino-chinasico attivando una serie di reazioni intracellulari fra cui il cammino delle MAP kinasi portando ad effetti finali consistenti in una stimolazione del trasportatore Glut-4 del glucosio all’interno delle cellule muscolari e adipose e una serie di atre azioni così determinando una riduzione del glucosio ematico

L’insulina prodotta dalle cellule beta pancreatiche è l’ormone più importante per il controllo del metabolismo intermedio e agisce sul fegato, muscolo e tessuto adiposo. Il suo effetto complessivo è mirato alla conservazione delle riserve di energia dell’organismo agevolando la captazione l’utilizzo e il deposito del glucosio aminoacidi e lipidi dopo un pasto. Infatti le calorie introdotte con un pasto sono in eccesso rispetto a quelle immediatamente utilizzate e le calorie in eccesso sono immagazzinate come glicogeno o grasso. Lo stimolo alla produzione di insulina è il glucosio stesso che ne causa secrezione. L’insulina così riduce le concentrazioni di zucchero ematico. Al contrario quando lo zucchero nel sangue diminuisce viene ridotta la secrezione di insulina.

La insulina regola le concentrazioni di glucosio ematico influendo sul: • metabolismo dei carboidrati Regola inoltre il: • metabolismo dei grassi • metabolismo delle proteine

• Nel diabete di tipo 1 giovanile viene utilizzata direttamente l’insulina la cui somministrazione ha lo svantaggio di una ampia fluttuazione delle concentrazioni ematiche di glucosio potendosi avere ipoglicemia. • Nel diabete di tipo 2 ( obesi e anziani) sono indicati ipoglicemizzanti orali: le sulfoniluree che bloccando i canali al K+ ATP-dipendenti dalle cellule beta pancreatiche stimolano la secrezione di insulina

• Al contrario delle sulfoniluree i “potassium channel openers” (KCO) aprono i canali al K+ ATP dipendenti • Kromacalin • Pinacidil • Diazossido • Minoxidil • Hanno azione vasodilatante e ipotensiva • Aprono i canali al K+ATP dipendenti • Iperpolarizzano le cellule muscolari lisce • Diminuisce l’ingresso di Ca++ attraverso i canali VOC • Diminuisce il processo contrattile

• Per lo stesso meccanismo d’azione il kromacalin è allo studio come brocodilatatore e antiasmatico • Il minoxidil utilizzato in forma topica sul cuoio capelluto favorisce il flusso sanguigno locale e la ricrescita temporanea dei capelli

Hanno azione neuroprotettiva in ischemia Durante ischemia si suppone un meccanismo endogeno protettivo per cui: • Calano le concentrazioni intracellulari di ATP che viene degradato per fornire energia • Si aprono i canali del K+ ATP dipendenti • La cellula si iperpolarizza • Diminuisce l’attività elettrica cerebrale con conseguente risparmio energetico • I KCO aprendo i canali al K+ potenzierebbero tale meccanismo E’ stato dimostrato che i KCO diminuiscono le concentrazioni intracellulari di Ca++ e diminuiscono la morte neuronale

• Le prospettive terapeutiche dei KCO sono limitate dal fatto che queste sostanze sono poco selettive per il SNC e per il cuore e che alle dosi attive sono vasodilatanti

• Informazioni importanti degli ultimi anni sono quelle per cui gli anestetici generali , a concentrazioni terapeutiche, funzionano su tale canale come modulatori allosterici positivi e a più alte concentrazioni funzionano come i barbiturici aprendo direttamente il canale. • Fino a pochi anni fa il meccanismo d’azione degli anestetici veniva esclusivamente attribuito ad una azione non specifica di disorganizzazione della matrice lipidica della membrana con ostacolo alla conduzione nervosa. Infatti la potenza anestetica ben si correla con la liposolubilità dei diversi composti.

• Informazioni in corso sono quelle riguardanti etanolo di cui le azioni venivano come per gli anestetici generali attribuite esclusivamente ad azioni aspecifiche di disorganizzazione della matrice della membrana con aumento di fluidità della stessa. • Etanolo potenzia sicuramente gli effetti ipnoinduttori delle benzodiazepine e dei barbituturici. Ha comunque effetti inferiori a quelli delle benzodiazepine agendo comunque dentro il canale. In particolare è attivo sui canali GABA A delle aree cerebellari, spinali e corticali. A livello cellulare l’effetto dell’etanolo è puramente depressorio.

Le sue azioni inibitorie sono attribuite a: • 1) aumento dell’azione mediata da GABAA in maniera simile alle benzodiazepine cioè aumentando l’affinità del recettore per GABA stesso e aumentando così la frequenza di apertura del canale ma anche • 2) inibisce la funzione mediata dal recettore NMDA per gli aminoacidi eccitatori • 3) inibisce l’ingresso del Calcio attraverso i canali voltaggio dipendenti A quest’ultima azione è attribuita la diminuizione della liberazione di trasmettitori che esso induce

• le sue azioni gratificanti sono attribuite al fatto che analogamente ai farmaci dell’abuso aumenta l’attività di neuroni (probabilmente disinibendoli) delle aree mesolimbiche, mesocorticali, che a mediazione dopaminergica, sono involte nei processi di gratificazione.

Una intossicazione acuta da etanolo presenta i seguenti sintomi: eloquio indistinto, incoordinazione muscolare motoria, aumentata fiducia in se stessi e euforia, la maggior parte diventa più rumorosa ed estroversa, altri diventano più chiusi e solitari. Elevati livelli di intossicazione determinano umore labile con stati di euforia e malinconia, atteggiamenti aggressivi o sottomessi che spesso si alternano fra loro.

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Gli effetti di etanolo sono: Prestazioni intellettuali e motorie sono diminuite ed il soggetto spesso non se ne rende conto. Le capacità di guida sono nettamente compromesse dovute spesso a percezioni di spazi (lunghezza o larghezza o altezze di passaggi) alterate. In Italia e in Gran Bretagna è proibito guidare con una concentrazione plasmatica di etanolo che superi gli 80 mg/100 ml. . Una bottiglia di whisky contiene 300 gr di etanolo ed un coma alcolico seguito da morte per blocco respiratorio si può avere a concentrazioni plasmatiche di 400/500 mg /100 ml Un consumo cronico determina l’instaurarsi di tolleranza cellulare per cui è necessario aumentare la dose per ottenere gli stessi effetti centrali Un consumo cronico può determinare sindromi neurologiche irreversibili fra cui la più frequente è lo sviluppo di demenza.probabilmente attribuibile alla carenza di tiamina in quanto una dieta alcolica in grado di fornire il fabbisogno energetico determina una carenza di una dieta normale. Un danno epatico segue ad un consumo cronico che determina aumento del rilascio di acidi grassi dal tessuto adiposo e relativa compromissione di ossidarli da parte del fegato per carico metabolico: il danno epatico consiste in infiammazione che può procedere a necrosi e fibrosi.

• Importanti studi sono quelli per cui gli ormoni steroidei metaboliti del progesterone si comportano come modulatori allosterici del canale GABAA o aprono direttamente il canale a più alte concentrazioni. • Dagli anni 1940 era infatti noto che che ormoni steroidei potevano avere effetti anticonvulsivi, sedativi e ipnotici ma solo di recente (Simmonds e coll. 1984) sono stati in grado di definire che per alcuni steroidi prodotti a livello del SNC, il meccanismo non era convenzionale su recettori intracellulari: trascrizionale ma rapido abbastanza da suggerire un effetto su un canale. • La loro azione anticonflittuale come le benzodiazepine nei test di conflitto nel ratto ha suggerito che gli steroidi e in particolare i neurosteroidi possano essere un sistema regolatorio endogeno dello stato di stress e di ansia. In tal senso la scoperta che alcuni composti neurosteroidei si comportano come ansiolitici è similare a quello che succede sul sito allosterico su cui funzionano le benzodiazepine e le beta carboline

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Agonisti del recettore GABAA: GABA ; muscimolo Dentro il canale ad alte concentrazioni: i barbiturici neurosteroidi metaboliti del progesterone (allopregnanolone, allotetraidrodesossicorticosterone) gli anestetici generali l’etanolo modulatori allosterici positivi (aumentano l’affinità del binding site per GABA): le benzodiazepine A basse concentrazioni: i barbiturici neurosteroidi metaboliti del progesterone (allopregnanolone, allotetraidrodesossicorticosterone) gli anestetici generali

ROC (canali operati da recettori) Riducono la funzione del recettore GABAA Antagonisti del recettore GABAA: • Antagonista competitivo:bicucullina • Antagonisti non competitivi: picrotossina: bloccante dentro il canale le beta carboline agonisti inversi funzionando su un sito allosterico Modulatori allosterici negativi (riducono l’affinità del binding site per GABA) • Derivati organo fosforici (TBPS) • Alcuni derivati steroidei come il pregnenolone solfato

I recettori GABA comprendono anche un recettore metabotropo il GABAB accoppiato negativamente ad adenil ciclasi che aumenta la conduttanza al K+ e diminuisce quella al Ca++ e un altro recettore canale il GABAC canale ionico al Cloro identificato nella retina

• Inibitori enzimatici L’aspirina (acido acetilsalicilico) fa parte degli antinfiammatori non steroidei (NSAID) Ha azione • Antinfiammatoria • Analgesica • Antipiretica Nel 1971 Vane e collaboratori che tutt’ora lavorano in Inghilterra, hanno preso il premio Nobel per l’osservazione che aspirina a basse concentrazioni inibiva la produzione di prostaglandino sintetasi (o ciclossigenasi: COX) in varie preparazioni “in vitro”. • Successive osservazioni hanno poi confermato tale osservazione e hanno convalidato l’idea che le azioni dell’aspirina e altri farmaci appartenenti alla classe degli NSAID abbiano funzione antiffiammatoria perché inibiscono le COX. • Venne per altro valutato che le concentrazioni raggiunte nel plasma da aspirina erano sufficienti ad inibire le COX

• L’aspirina acetila in maniera irreversibile l’enzima ciclossigenasi . Occorre aspettare alcune ore, nelle cellule nucleate, perché l’enzima venga risintetizzato. Nelle cellule anucleate come le piastrine possono occorrere giorni perché l’enzima ricompaia.

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Il paracetamolo è un buon inibitore delle prostaglandino sintetasi (ciclossigenasi) solo se l’ambiente è basso in perossidi. Nell’infiammazione i perossidi sono altamente generati dai leucociti. La produzione di perossidi è una reazione innescante la sintesi di prostaglandine. Quando i perossidi si alzano si alza la produzione di prostaglandine e paracetamolo non è in grado di bloccarne la produzione. Per tale motivo il paracetamolo ha deboli attività antinfiammatorie. Questa informazione che paracetamolo non sia un potente antinfiammatorio e neanche un inibitore delle COX insieme alle osservazioni che: - c’è un alto grado di stereospecificità fra i vari composti: gli isomeri d sono attivi come antinfiammatori e inibitori delle COX un altro NSAID il sulindac che di per sé è un profarmaco poco attivo come antinfiammatorio e inibitore delle COX, trasformato nel suo metabolica attivo solforato è attivo su entrambi i parametri Hanno confermato che l’azione antinfiammatoria è attribuibile a inibizione delle COX (Azione antipiretica del paracetamolo sarebbe attribuibile all’inibizione di un isoenzima COX specifico nel SNC).

• Aspirina è anche utilizzata nella prevenzione dell’infarto del miocardio o dello stroke cerebrale come aspirinetta (pasticche da 100 mg) in quanto già a queste dosi (anche minori) inibendo le COX1 piastrinica inibisce la formazione del trombossano A2 che favorisce l’aggregazione piastrinica. L’azione di inibizione irreversibile dell’enzima rende l’aspirina particolarmente utile come antiaggregante piastrinico in quanto l’azione è protratta nel tempo e sono così sufficienti dosi particolarmente basse per mantenere l’effetto antiaggregante.

Le COX si differenziano in COX1 e COX2

Le COX1 sono la forma costitutiva mentre le COX2 sono la forma inducibile. La inibizione delle COX1 costitutivamente presenti a livello della mucosa gastrica,ha azioni lesive impedendo la produzione di prostacicline che hanno azione protettiva a livello della mucosa gastrica e intestinale. Così l’inibizione da parte di inibitori non selettivi di COX1 e 2 come aspirina e molti FANS determinerebbero effetti collaterali secondariamente all’inibizione di COX1.

• Sono così stati sviluppati inibitori selettivi delle COX2 i COXIB. • In realtà questi tipi di antinfiammatori benché attivi e con minori effetti lesivi gastrointestinali sono sotto sorveglianza per la possibilità che aumentino l’incidenza di infarto. • La nimesulide (Aulin) inibitore preferenziale delle COX2 è anch’esso sotto sorveglianza per capacità di indurre tossicità epatica.

• Fin qui

Altri inibitori enzimatici importanti utilizzati nella terapia dell’ipertensione sono: Gli ACE inibitori sono interessanti come farmaci sviluppati sulla base della conoscenza della struttura base della molecola bersaglio (esempio di drug design). • Alcuni peptidi a basso peso molecolare erano in grado di inibire l’enzima di conversione dell’angiotensina I in angiotensina II: l’enzima ACE. • Pur tuttavia non potevano essere usati in terapia a causa della loro bassa potenza e scarso assorbimento orale. • E’ stata così sviluppata una sostanza: il captopril molecola non peptica contenente un gruppo sulfidrilico in grado di legare l’enzima ACE sul suo sito attivo. In particolare su un atomo di Zn++ e sul sito enzimatico. •

Tali sostanze impediscono così l’azione vasocostrittoria dell’angiotensina II e sono largamente utilizzate nella terapia dell’ipertensione. • Altri composti successivamente sviluppati che differiscono dal captopril per la durata d’azione: • enapril, perindopril, lisinopril.

• L’angiotensina 1 è prodotta dal precursore angiotensinogeno ad opera della renina. • La secrezione di renina è sotto controllo dell’apparato iuxta-glomerulare renale. • Quando la pressione del sangue diminuisce, diminuisce anche pressione di perfusione renale e così diminuirà la pressione del filtrato nel tubulo renale. Le cellule del tubulo (cellule della macula densa) trasmettono l’informazione alle cellule granulari che circondano l’arteriola afferente che è convoluta intorno al tubulo. • La cellula granulare produce renina e la secerne.

• La metildopa è trasformata a metilnoradrenalina come falso sustrato della DOPA decarbossilasi. Essa si accumula nel terminale non essendo sustrato delle MAO. • Compete con la noradrenalina per lo uptake vescicolare • Liberata dall’impulso nervoso non è però attiva sugli alfa 1 recettori che mediano vasocostrizione • E’ invece attiva sugli alfa 2 presinaptici che mediano una riduzione di release di noradrenalina. • L’effetto finale è di una azione ipotensivante

• Metildopa utilizzato come antipertensivo negli anni 60 non è più utilizzato perché ha effetti collaterali imponenti: • ipotensione posturale • diarrea • Farmaci di scelta nell’ipertensione sono oggi: • diuretici • beta bloccanti • ACE inibitori • KCO (diazossido)

L-DOPA come profarmaco trasformata dalla DOPA decarbossilasi a dopamina. La dopamina non passa la barriera ematoencefalica , la L-DOPA passa ad opera di meccanismi a carrier

Carriers di membrana Carrier fisiologicamente trasportano molecole endogene cariche che non passano la membrana per semplice diffusione Sono cosi trasportati: • ioni • aminoacidi • glucosio • trasmettitori

• Falsi sustrati

• Metildopa falso sustrato di carrier di membrana entra nel terminale nervoso catecolaminergico. Qui è trasformata a metildopamina nel citoplasma e poi sustrato di carrier granulari entra nel granulo e viene trasformata in metilnoradrenalina. Questa liberata dall’impulso nervoso è poco attiva sui recettori alfa delle catecolamine ed ha così effetto ipotensivo.

Amine simpaticomimetiche indirette (amfetamina, efedrina, tiramina) sono sustrato del carrier di membrana per la noradrenalina. Dentro il terminale competono col carrier granulare che trasporta le catecolamine spiazzandole stechiometricamente. Le catecolamine si accumulano nel citoplasma e sono trasportate fuori dalla cellula per mezzo del carrier per la noradrenalina che lavora per gradiente di concentrazione.

Inibitori di trasportatori di membrana: • Emicolinio è un inibitore del carrier che trasporta la colina all’interno dei terminali colinergici, determina così una netta deplezione di acetilcolina ed è un farmaco utilizzato sperimentalmente • Antidepressivi triciclici sono inibitori del reuptake di catecolamine Determinano così un incremento delle concentrazioni extracellulari di noradrenalina • Inibitori selettivi del reuptake di serotonina (SSRI selegilina:prozac) sono anch’essi farmaci antidepressivi • Cocaina potente stimolante centrale inibisce il carrier che trasporta le catecolamine • Glicosidi della digitale farmaci cardioattivi che aumentano la contrattilità cardiaca sono inibitori della pompa Na/ K

Inibitori di trasportatori granulari Reserpina inibitore irreversibile del trasportatore granulare di catecolamine, ha una azione molto prolungata perché occorre che i granuli vengano risintetizzati. C’e tutto il tempo per cui le catecolamine che non possono entrare nel granulo siano distrutte dalle MAO. Reserpina è infatti un depletante di catecolamine ed ha pertanto una azione ipotensivante. Non è però utilizzata più nella terapia dell’ipertensione perché in virtù di tale deplezione ha potenti azioni deprimenti centrali.

Famiglie di carriers di membrana si differenziano -per organizzazione molecolare -dipendenza ionica. All’interno di ogni famiglia i carriers si differenziano -per composizione degli aminoacidi -per siti di glicosilazione -misura delle loop Sono così specifici per il trasporto di alcune sostanze e non altre

• Studi con ligandi marcati (inibitori) dei carriers di membrana hanno messo in evidenza che la distribuzione dei carriers per i neurotrasmettitori correla con la distribuzione dei neurotrasmettitori stessi.

Oggi sempre più vengono identificate quali sono le porzioni di carriers importanti per il riconoscimento del sustrato

Per esempio nel caso del trasportatore del glucosio il sito di riconoscimento è localizzato a distanza di circa 35 A dal sito di legame del Na+. Il legame del Na+ al carrier determina un cambiamento conformazionale del carrier per cui si ha un aumento dell’affinita’ per il glucosio: da 100 uM a 100 nM.

Nel caso del trasportatore della dopamina il sito di riconoscimento è localizzato sul I segmento transmembrana dove si è visto che svolge un ruolo importante l’aspartato. (Studi di carriers mutanti, in cui tale aminoacido è sostituito, comportano infatti una diminuizione dell’affinità del trasportatore per la dopamina).

• Prospettive di sviluppo di farmaci che agiscono su carriers di membrana • Studi tesi ad identificare ulteriori siti specifici di legame per cocaina (inibitore del carrier di dopamina) per lo sviluppo di farmaci utili nelle forme di abuso da cocaina. • Sviluppo di farmaci inibitori del trasporto di tossine come lo MPTP potrebbero essere utili nella malattia di Parkinson. • Farmaci inibitori del trasporto di GABA potrebbero essere utili nella terapia della epilessia

Modificazioni dei carrier di membrana possono essere involte nella patogenesi o progressione di malattie • Nella sclerosi amiotrofica laterale è stata osservata una diminuizione del numero e della affinità del carrier per il glutammato che può determinare un aumento delle concentrazioni extracellulari di glutammato • Nella ischemia cerebrale il carrier del Na+/glutammato si può invertire portando fuori glutammato che è involto nei fenomeni tossici che portano a morte i neuroni

• Tolte