1
1. Inleiding tot enzymen, receptoren en de werking van geneesmiddelen
1 Communicatie tussen cellen
Mens = complex organisme ( bacterie : 1 cel, geen celkern, mitochondrien, ER)
» Om normaal te functioneren : communicatie nodig tsn cellen vr nrm functioneren
o Asynchroon samentrekken hartcellen : ≠functie --> coordinatie nodig : communicatie !
» Betrokken bij deze communicatie :
o Neurotransmitters
o Hormonen
o Lokale hormonen
> overdracht van info via interactie met receptoren, zorgen dat lichaam in homeostase is
1.1 Receptoren
Communiceren mbv kleinere moleculen --> 3 soorten chemische boodschappers :
Neurotransmitters: vrijgezet uit zenuwuiteinden & geven signalen door aan de volgende cel
» snel systeem : snelle effecten
» moleculen plaatselijk vrijgezet in synaps
o onmidd in buurt v receptoren
» speciaal contact tsn zenuwcel en target cel
» werken op een korte afstand : vrijgesteld in buurt organen/receptoren
» wrd vrijgezet in hoge plaatselijke concentraties (5.10-4 M)
Voorbeeld: acetylcholine, epinefrine, dopamine
Hormonen: geproduceerd dr endocriene klieren, wrd in bloed vrijgezet.
» trager proces
» via bloedbanen vervoerd
» werken op lange afstand
» zeer specifieke receptoren : selectief
o komen veel verschillende receptoren/weefsels tgn --> enkel inwerken op target
» werken in lage concentraties (<10-8M) : affiniteit is veel lager
Veel GM zullen trachten werking Neurotransmitters/hormonen nabootsen/tegenwerken
» Met zelfde receptoren intereageren
» GM innemen oraal --> via bloed : vergelijkbaar met hormonen
o GM dienen ook selectief te zijn vr target
2 soorten hormonen:
» wateroplosb (peptiden) hormonen : reageren met receptor in celmembraan --> respons : kort
» wateronoplosb (steroïden) hormonen : receptor binnen de cel --> respons : langdurig
Lokale hormonen:
» chemische signalen die in onmiddellijke omgeving werken
» bereiken eindorgaan meestal via EC vloeistoffen --> werken lokaal
» snel opgenomen of vernietigd
Voorbeeld: histamine uit mestcellen, prostaglandine E2.
, 2
Informatie doorgeven : via reactie signaalmoleculen met receptoren op oppervlak doelwitcel
» Hoe wordt boodschap ontvangen : hoe leidt binding/reactie tot overdracht boodschap ?
» Conformatieverandering van receptor : past zich aan aan structuur
o Kan zo (de)activatie v membraangebonden enzym
» Receptoren gekoppeld aan Ionenkanaal --> conformatieverandering
o Kan leiden tot opening
o uitwisseling v ionen tsn intracellulair & extracellulair milieu
Agonist : hetzelfde effect als natuurlijk molecuul (neurotransmitter) : dezelfde cellulaire reacties
» Doel : iets binnenin cel te veranderen --> bv. opening ionkanalen/activatie enzymes
Membrane-bound enzyme activation Celmembraan + receptor met enzymatische activiteit
1. Wnr rececptor niet bezet : actieve plaats gesloten
> Niet bezetting => geen enzymatische activiteit
2. Boedschappermolec. Bindt aan buitenkant recept
> Binding => conformatieverandering recept
> Enzymatisch gedeelte verandert : actieve plaats
enzym toegekankelijk : intracellulaire werking
3. substraat A omgezet nr product B => intracellaire
veranderingen
=> Wat boodschappersmoleculen beoogen
Membrane-bound enzyme deactivation
1. Niet gebonden messenger : receptor actief
2. Gebonden messenger : geinactiveerd
als 1e : afh. Recept, neurotransmitters, cellen
Binding => conformatie verandering => inactivatie
=> Enzymactiviteit rechtstreeks gelinkt aan receptor : 1 geheel meestal gecompliceerder (GPCRs)
1. Messenger kn binden op recept
=> conformatieΔ intracellulair deel recept
2. ConformatieΔ : niet rechtstreeks aan/uit
> gebeurt via G-proteïne : 3 bolletjes
> Receptoren : G-proteine gekoppelde recept
3. Activatie : binding G-proteïne thv intrac. Zijde
= door binding = veranderingen G-prot
4. Ondergaat zelf conformatieΔ
> Dissocieert in 2 brokstukken
5. Brokstukken zelf : enzymen activeren
> α-subeenheid kn binden aan enzym verankerd
in celmembraan
6. conformatie enzym veranderen
--> activeren : intrac. verandering induceren
=> Nettoresultaat : zelfde omweg dr G-prot.
, 3
Latent Enzyme
Celmembraan Adynyllaatcyclase : kn geactiveerd wrd dr binding
neurotransmitters op G-gekoppelde receptoren
cAMP
Agonist X ATP > Agonist niet bindt op receptor : enzym niet actief
--> Adynylaatcyclase kan werking niet doen
Receptor > Agonist bindt op receptor : enzym actief
--> Adynylaatcyclase : omzetting v ATP nr cAMP
cAMP
> Agonist lange tijd gebonden : enzym. Activiteit verdwijnt
ATP --> Recept gericht op reageren op Δboodschappmolec
Lock-gate mechanism for opening ion channels
Receptoren gekoppeld aan ionkanalen
> Meeste receptoren ingebed in celmembraan (hier)
: bestaan ook andere
> Boodschappermolec. bindt aan recept =>
conformationeleΔ
--> Ionkanaal (org. Gesloten) : opent
= positieve kationen instromen in cel (hier)
> Verantw. Vr intraccell. Verandering
=> Ook mogh. om intracellulaireΔ te induceren
Ion channel proteine structure
Ionkanalen : ook ingebed in celmembraan
> Ingbed in fosfolipide dubbellaag
--> polaire stukken ingebed buiten/binnenkant
--> hydrofobe ketens : ordenen = verantw. structuur
--> hierin ionkanalen : soort porie in celmembraan
> Ionkanalen die interreageren met fosfolipiden
= hydrofobe AZ
> Ionkanalen interreageren met polaire kationen/anionen :
= hydrofiele AZ
A hypothetical neurotransmitter and receptor Hoe inslagen conformatie veranderen?
Groepen die
mogs. Kn > Carbonzuur & Hydroxyl thv bindingsplaats : komen vr in zijketens AZ
interreageren --> recept: uit proteïnen : uit AZ = R-groepen : bv. OH of CO2
--> Beide OH : H-brug vormen --> ≠interacties : rol binding & affiniteit
> Neurotransmitter : positief geladen (geprotoneerd) fys.pH
--> bevat sec. amine met pH 9 : fysiologisch
--> door +lading : makk. interreageren met neg. Lading
zijketens recept.
structuur Receptor activeren : nood aan conformationeleΔ => intrac. effect
Bindingsplaats
Opening of the lock gate
Neurotransmitter bindt aan receptor
(Receptor hier gekoppeld aan ionkanaal)
> Al H-brug & VDW interactie aanwezig
> H-brug optreden hydroxyl receptor & neuotransm
=> VDW interactie : komen aardig in buurt
--> soms : enkel op korte afstand = affiniteit vertonen
--> optimaal interreageren : dichterbijkomen
= verantw vr conformationele veranderen
--> verantw. vr opening ionkanaal : influx ionen
, 4
Receptor proteine positioned in the cell membrane
Positieve lading neurotransmitter trekt negatieve lading
aan => conformationele verandering
--> opening kationkanaal : kationen in cel
=> intrac. verandering
Telkens te maken met chemische interacties:
- Ionaire, H-bruggen, VDW, …
‘Echt’ voorbeeld conformatieverandering
Gaat hier over receptor : kan ook een ionkanaal vormen
> Proteinen : ≠confromaties aannemen
--> populair: α-helix conformatie
=> ook zo bij deel receptor in celmembraan
--> intracellulair gedeelte : ingebed in membraan
--> extracellulair gedeelte : vormt bindingsplaats boodschmolec.
> wnr binding : invloed conformatie residu (blauwe AZ: proline)
--> gesloten kanaal : residu op interface membraan = trans
= Amide pseudo-dubbelbindingskarakter : resonantiestructuur
> Verantw. vr isomeren : trans & cis
Binding => isomerisatie : trans --> cis
o Gevolg conformatie : residue (geel, dieper)
--> Gn nr conform. Verder uit elkaar
= ionkanaal open : ionen influx
Mirror image of the hypothetical neurotransmitter
Spiegelbeeld proberen passen in receptor
> Wel inslagen om 2 vd 3 contactpunten behouden --> max 2 !
--> Hydroxyl groep verkeerd georiënteerd : geen interactie
=> Minder affiniteit : vermoedelijk niet in slagen activatie
Enzymen = chiraal : altijd leiden tot stereochemisch zuivere bindingen
Correct size & shape
Wrm verandering aan binder => stoffen niet meer binden
> Kleine Me groep op N : vervangen dr propyl
> In meta positie fenylring : extra Me
=> veranderingen : verhinderen dat stof zelfde binding aangaat
--> amine past niet langer : ↓affiniteit receptor
=> zekere complimentairiteit nodig vr binding/activatie recept.
Competitive reversible antagonist
Veel GM inwerken op receptoren : werken gaan blokkeren
> Werking agonist tgn : geen conformationeleΔ induceren zoals agonist
Verschil : afstand tsn fenylring & N = 1C langer (Hier: 3C)
> Homologe verbinding --> zal nog passen in bindingsplaats maar dr
verlenging keten : N dicht genoeg bij neg. Carbonzure groep
≠ induceren conformationeleΔ : geen opening ionkanaal
Eenvoudiger antagonist ontwikkelen : moet gwn goed binden --> geen
conformationeleΔ induceren
1. Inleiding tot enzymen, receptoren en de werking van geneesmiddelen
1 Communicatie tussen cellen
Mens = complex organisme ( bacterie : 1 cel, geen celkern, mitochondrien, ER)
» Om normaal te functioneren : communicatie nodig tsn cellen vr nrm functioneren
o Asynchroon samentrekken hartcellen : ≠functie --> coordinatie nodig : communicatie !
» Betrokken bij deze communicatie :
o Neurotransmitters
o Hormonen
o Lokale hormonen
> overdracht van info via interactie met receptoren, zorgen dat lichaam in homeostase is
1.1 Receptoren
Communiceren mbv kleinere moleculen --> 3 soorten chemische boodschappers :
Neurotransmitters: vrijgezet uit zenuwuiteinden & geven signalen door aan de volgende cel
» snel systeem : snelle effecten
» moleculen plaatselijk vrijgezet in synaps
o onmidd in buurt v receptoren
» speciaal contact tsn zenuwcel en target cel
» werken op een korte afstand : vrijgesteld in buurt organen/receptoren
» wrd vrijgezet in hoge plaatselijke concentraties (5.10-4 M)
Voorbeeld: acetylcholine, epinefrine, dopamine
Hormonen: geproduceerd dr endocriene klieren, wrd in bloed vrijgezet.
» trager proces
» via bloedbanen vervoerd
» werken op lange afstand
» zeer specifieke receptoren : selectief
o komen veel verschillende receptoren/weefsels tgn --> enkel inwerken op target
» werken in lage concentraties (<10-8M) : affiniteit is veel lager
Veel GM zullen trachten werking Neurotransmitters/hormonen nabootsen/tegenwerken
» Met zelfde receptoren intereageren
» GM innemen oraal --> via bloed : vergelijkbaar met hormonen
o GM dienen ook selectief te zijn vr target
2 soorten hormonen:
» wateroplosb (peptiden) hormonen : reageren met receptor in celmembraan --> respons : kort
» wateronoplosb (steroïden) hormonen : receptor binnen de cel --> respons : langdurig
Lokale hormonen:
» chemische signalen die in onmiddellijke omgeving werken
» bereiken eindorgaan meestal via EC vloeistoffen --> werken lokaal
» snel opgenomen of vernietigd
Voorbeeld: histamine uit mestcellen, prostaglandine E2.
, 2
Informatie doorgeven : via reactie signaalmoleculen met receptoren op oppervlak doelwitcel
» Hoe wordt boodschap ontvangen : hoe leidt binding/reactie tot overdracht boodschap ?
» Conformatieverandering van receptor : past zich aan aan structuur
o Kan zo (de)activatie v membraangebonden enzym
» Receptoren gekoppeld aan Ionenkanaal --> conformatieverandering
o Kan leiden tot opening
o uitwisseling v ionen tsn intracellulair & extracellulair milieu
Agonist : hetzelfde effect als natuurlijk molecuul (neurotransmitter) : dezelfde cellulaire reacties
» Doel : iets binnenin cel te veranderen --> bv. opening ionkanalen/activatie enzymes
Membrane-bound enzyme activation Celmembraan + receptor met enzymatische activiteit
1. Wnr rececptor niet bezet : actieve plaats gesloten
> Niet bezetting => geen enzymatische activiteit
2. Boedschappermolec. Bindt aan buitenkant recept
> Binding => conformatieverandering recept
> Enzymatisch gedeelte verandert : actieve plaats
enzym toegekankelijk : intracellulaire werking
3. substraat A omgezet nr product B => intracellaire
veranderingen
=> Wat boodschappersmoleculen beoogen
Membrane-bound enzyme deactivation
1. Niet gebonden messenger : receptor actief
2. Gebonden messenger : geinactiveerd
als 1e : afh. Recept, neurotransmitters, cellen
Binding => conformatie verandering => inactivatie
=> Enzymactiviteit rechtstreeks gelinkt aan receptor : 1 geheel meestal gecompliceerder (GPCRs)
1. Messenger kn binden op recept
=> conformatieΔ intracellulair deel recept
2. ConformatieΔ : niet rechtstreeks aan/uit
> gebeurt via G-proteïne : 3 bolletjes
> Receptoren : G-proteine gekoppelde recept
3. Activatie : binding G-proteïne thv intrac. Zijde
= door binding = veranderingen G-prot
4. Ondergaat zelf conformatieΔ
> Dissocieert in 2 brokstukken
5. Brokstukken zelf : enzymen activeren
> α-subeenheid kn binden aan enzym verankerd
in celmembraan
6. conformatie enzym veranderen
--> activeren : intrac. verandering induceren
=> Nettoresultaat : zelfde omweg dr G-prot.
, 3
Latent Enzyme
Celmembraan Adynyllaatcyclase : kn geactiveerd wrd dr binding
neurotransmitters op G-gekoppelde receptoren
cAMP
Agonist X ATP > Agonist niet bindt op receptor : enzym niet actief
--> Adynylaatcyclase kan werking niet doen
Receptor > Agonist bindt op receptor : enzym actief
--> Adynylaatcyclase : omzetting v ATP nr cAMP
cAMP
> Agonist lange tijd gebonden : enzym. Activiteit verdwijnt
ATP --> Recept gericht op reageren op Δboodschappmolec
Lock-gate mechanism for opening ion channels
Receptoren gekoppeld aan ionkanalen
> Meeste receptoren ingebed in celmembraan (hier)
: bestaan ook andere
> Boodschappermolec. bindt aan recept =>
conformationeleΔ
--> Ionkanaal (org. Gesloten) : opent
= positieve kationen instromen in cel (hier)
> Verantw. Vr intraccell. Verandering
=> Ook mogh. om intracellulaireΔ te induceren
Ion channel proteine structure
Ionkanalen : ook ingebed in celmembraan
> Ingbed in fosfolipide dubbellaag
--> polaire stukken ingebed buiten/binnenkant
--> hydrofobe ketens : ordenen = verantw. structuur
--> hierin ionkanalen : soort porie in celmembraan
> Ionkanalen die interreageren met fosfolipiden
= hydrofobe AZ
> Ionkanalen interreageren met polaire kationen/anionen :
= hydrofiele AZ
A hypothetical neurotransmitter and receptor Hoe inslagen conformatie veranderen?
Groepen die
mogs. Kn > Carbonzuur & Hydroxyl thv bindingsplaats : komen vr in zijketens AZ
interreageren --> recept: uit proteïnen : uit AZ = R-groepen : bv. OH of CO2
--> Beide OH : H-brug vormen --> ≠interacties : rol binding & affiniteit
> Neurotransmitter : positief geladen (geprotoneerd) fys.pH
--> bevat sec. amine met pH 9 : fysiologisch
--> door +lading : makk. interreageren met neg. Lading
zijketens recept.
structuur Receptor activeren : nood aan conformationeleΔ => intrac. effect
Bindingsplaats
Opening of the lock gate
Neurotransmitter bindt aan receptor
(Receptor hier gekoppeld aan ionkanaal)
> Al H-brug & VDW interactie aanwezig
> H-brug optreden hydroxyl receptor & neuotransm
=> VDW interactie : komen aardig in buurt
--> soms : enkel op korte afstand = affiniteit vertonen
--> optimaal interreageren : dichterbijkomen
= verantw vr conformationele veranderen
--> verantw. vr opening ionkanaal : influx ionen
, 4
Receptor proteine positioned in the cell membrane
Positieve lading neurotransmitter trekt negatieve lading
aan => conformationele verandering
--> opening kationkanaal : kationen in cel
=> intrac. verandering
Telkens te maken met chemische interacties:
- Ionaire, H-bruggen, VDW, …
‘Echt’ voorbeeld conformatieverandering
Gaat hier over receptor : kan ook een ionkanaal vormen
> Proteinen : ≠confromaties aannemen
--> populair: α-helix conformatie
=> ook zo bij deel receptor in celmembraan
--> intracellulair gedeelte : ingebed in membraan
--> extracellulair gedeelte : vormt bindingsplaats boodschmolec.
> wnr binding : invloed conformatie residu (blauwe AZ: proline)
--> gesloten kanaal : residu op interface membraan = trans
= Amide pseudo-dubbelbindingskarakter : resonantiestructuur
> Verantw. vr isomeren : trans & cis
Binding => isomerisatie : trans --> cis
o Gevolg conformatie : residue (geel, dieper)
--> Gn nr conform. Verder uit elkaar
= ionkanaal open : ionen influx
Mirror image of the hypothetical neurotransmitter
Spiegelbeeld proberen passen in receptor
> Wel inslagen om 2 vd 3 contactpunten behouden --> max 2 !
--> Hydroxyl groep verkeerd georiënteerd : geen interactie
=> Minder affiniteit : vermoedelijk niet in slagen activatie
Enzymen = chiraal : altijd leiden tot stereochemisch zuivere bindingen
Correct size & shape
Wrm verandering aan binder => stoffen niet meer binden
> Kleine Me groep op N : vervangen dr propyl
> In meta positie fenylring : extra Me
=> veranderingen : verhinderen dat stof zelfde binding aangaat
--> amine past niet langer : ↓affiniteit receptor
=> zekere complimentairiteit nodig vr binding/activatie recept.
Competitive reversible antagonist
Veel GM inwerken op receptoren : werken gaan blokkeren
> Werking agonist tgn : geen conformationeleΔ induceren zoals agonist
Verschil : afstand tsn fenylring & N = 1C langer (Hier: 3C)
> Homologe verbinding --> zal nog passen in bindingsplaats maar dr
verlenging keten : N dicht genoeg bij neg. Carbonzure groep
≠ induceren conformationeleΔ : geen opening ionkanaal
Eenvoudiger antagonist ontwikkelen : moet gwn goed binden --> geen
conformationeleΔ induceren
