AKSI OBAT TERHADAP

RESEPTOR

M. Kuswandi Tirtodiharjo

KONSEP RESEPTOR

• 1. KONSEP RESEPTOR

• Obat mempunyai aktifitas biologi pada konsentrasi yang kecil

• Efek obat : Hasil interaksi antara Obat dengan Komponen seluler spesifik yang disebut RESEPTOR membentuk Kompleks Obat-Reseptor.

• Hipotesis adanya (eksistensi) RESEPTOR:

• 2. POTENSI YANG TINGGI DARI OBAT.

• Konsentrasi obat yang memberikan aksi sampai sekecil 10 -9 s/d 10 -11 Molar

• 3. SPESIFITAS KIMIA. Pada isomer Optik : hanya satu dari empat isomer Kloramfenikol yang aktif.

• 4. SPESIFIKASI BIOLOGI.Contoh: Epinefrin efek terkuat pada otot Jantung, efek terlemah pada Otot Lurik.

• Oleh karena itu DIPERKIRAKAN bahwa :

• Struktur Spesifik Obat berada pada molekul berderajat keKHUSUSan yang tinggi, cocok terhadap Lokasi dimana obat beraksi.

• Interaksi Obat dengan Reseptornya sama dengan interaksi antara Substrat dengan tempat Aktif suatu Enzim atau HAPTEN dari suatu Antibodi.

• BEDA RESEPTOR DENGAN AKSEPTOR

RESEPTOR:

• Kesatuan Molekul yang berinteraksi dengan bagian ENDOGEN dari suatu Senyawa, misal : Asetil kolin, Dopamin, Epinefrin, Histamin, NorEpinefrin, Serotonon,

• Berdasar data eksperimen : Jumlah Reseptor/sel adalah antara 10 6 s/d 10 7 Reseptor/ sel dari berbagai jaringan.

• Interaksi Obat- Reseptor = 3,3 x 10 14 tabrakan antara obat dengan reseptor, tetapi hanya 3 x 10 7 mempunyai Efikasi, memberikan Stimulus.

• AKSEPTOR

• Makromolekul yang berinteraksi dengan bagian EKSOGEN dari Senyawa seperti: Obat-obat dan Racun yang bereaksi dengan Reseptor-2 Farmakologinya

SIFAT SIFAT RESEPTOR.

RESEPTOR :Bagian dari Makromolekul organisme hidup.

- Banyak dijumpai sebagai protein

- Sering merupakan Tempat Aktif, kadang-kadang merupakan

bagian alosterik dari enzim.

- Ada yang merupakan bagian Protein Non Enzim

- Obat obat Kemoterapetika (misal Antibiotika) Reseptor

berupa DNA atau RNA yang berikatan kuat dengan Obat

secara Kovalen atau meletakkan obat diantara pasangan basa

dengan gugus fosfat dari DNA atau RNA membentuk

Kompleks yang merupakan ikatan lemah.

- Merupakan bagian dari Kompleks Lipoprotein terutama

membran seluler.

KOMPLEKS OBAT dengan GUGUS KIMIA dari

RESEPTOR

Rangkaian Kimia atau Perubahan Konformasi berakibat

MEMACU atau MENGHAMBAT Reaksi Biologi.

Perubahan Biopolimer akibat dari Efek suatu aksi molekul

hanya kecil.

Kemampuan Obat untuk adaptasi terhadap reseptor

tergantung pada:

STRUKTUR,

KONFIGURASI,

KONFORMASI khusus antara Obat dan Reseptor.

TEMPAT AKSI (RESEPTOR /AKSEPTOR) DARI OBAT

• OBAT TEMPAT AKSI

(RESEPTOR/AKSEPTOR)

• ______________________________________________________

• ASETAZOLAMIDA KARBONAT ANHIDRASE

• AKTINOMISIN DNA

• ALOPURINOL SANTIN OKSIDASE

• ASPIRIN PROSTAGLANDIN SINTASE

• KARSINOGEN DNA

• ASAM KLAVULANAT BETA LAKTAMASE

• KLOROKUIN DNA

• ERITROMISIN RIBOSOMA

• KANAMISIN RIBOSOMA

• ANESTESI LOKAL MEMBRAN SEL

• INHIBITOR MAO AMIN OKSIDASE

• MITOMISIN DNA

• NEOSTIGMIN ASETIL KOLIN ESTERASE

• PIPERAZIN SUKSINAT DEHIDROGENASE

• KUININ DNA

• STREPTOMISIN RIBOSOMA

TRIMETROPIM DIHIDROFOLAT REDUKTASE

ISOLASI RESEPTOR

• KESULITAN :

• Waktu Ekstraksi : banyak struktur dari molekul yang

rusak.

• Waktu isolasi : dapat menyebabkan perubahan susunan

dan distribusi muatan penting untuk interaksi dengan

obat.

METODE ISOLASI

• METODA LANGSUNG.

• Reseptor dan Senyawa obat berikatan secarairreversible (KOVALEN), kemudian Kompleks obat-Reseptor diisolasi.

• Senyawa pembentuk ikatan Kovalen bereaksi dg gugus OH dari obat , Fosforilasi, Sulfonil Fluorida, Senyawa Pengkarbonilasi, Senyawa Pengalkil, dll.

• Contoh : Isolasi Reseptor Kolinergik oleh Chan dkk dan Miledi dkk.

• METODE TIDAK LANGSUNG

• Reseptor dan senyawa obat direaksikan, membuat ikatan Reversible yang merupakan ikatan lemah isolasi Reseptor (Makromolekul) Dikarakterisasi

• Contoh :

• Reseptor Kolinergik th 1958 oleh Chagas Filho

• Reseptor Tubokurarin th 1967 oleh Fridbore.

MODIFIKASI RESEPTOR

• Karakterisasi Reseptor diluar tubuh ( INSITU)

Perubahan Fisika Kimia akibat dari :

pH,

Senyawa Peng kelat,

Pelarut Lipid

Enzim

Senyawa pelarut protein

Reagen Tiolik.

LOKALISASI RESEPTOR

• Sebagai Peta untuk Hipotesis :

Bagaimana Obat bereaksi

Merancang Obat Baru yg potensial

Identifikasi Reseptor apakah sebagai :

• Tempat aktif,

Alosterik dari Enzim,

DNA atau RNA,

Bagian Kompleks dari Lipoprotein.

*STRUKTUR RESEPTOR

• Kesatuan Molekul tiga dimensi yang Elastik,

* Sering merupakan asam amino penyusun

protein

* Struktur Stereokimia sering Komplemen

dengan Obat

* Setelah terjadi perubahan Konformasi

terjadi interaksi dengan Obat melalui berbagai

Ikatan Kompleks terjadi Stimulus

(Rangsangan) akibat timbul Aksi Biologi/Efek.

BENTUK AKTIF DAN REFRAKTORI

• Reseptor ada yang Aktif (A) dan yang inaktif (I).

Obat ada yang Agonis dan Antagonis.KDA

• D + A DA (Agonis)KDI

D + I DI ( Antagonis: Kompetitif atau Alosterik)

K = KompleksD = DrugsA = Reseptor AktifI = Reseptor tak aktif (Inactive)

INTERAKSI OBAT DENGAN RESEPTOR

• Kekuatan Interaksi Obat dan Reseptor berperan sangat PENTING

• Kekuatan Interaksi Reseptor-Obat identik dg sesuatau

yang menstabilkan struktur Protein.

• INTERAKSI LEMAH : Permukaan molekul mempunyai struktur yang Komplemen sedemikian rupa sehingga Gugus yg menonjol (muatan +) pada permukaan yang satu, COCOK dengan Rongga (muatan -) pada permukaan yang lain

• Interaksi Obat-Reseptor seperti hubungan antara

• KUNCI dengan GEMBOK

IKATAN OBAT-RESEPTOR

• KEKUATAN IKATAN OBAT RESEPTOR

• Tergantung pada jarak antara atom-atom.

• Pada jarak yang OPTIMAL terbentuk ikatan yang KUAT

• Pembentukan ikatan yang spontan, terjadi karena turunnya energi bebas.

• Banyaknya Energi bebas yang dilepas, berubah bentuk energi lain, sesuai dengan Kekuatan Ikatan.

• Terbentuknya ikatan Kovalen, melepas energi bebas antara 170 s/d 460 kJ/mol, sedanga ikatan van der Waals antara 2 s/d 4 kJ/mol.

• Semakin besar hilangnya Energi Bebas, semakin Kuat ikatannya

IKATAN KOVALEN

• Obat tertentu memang diinginkan untuk mempunyai Ikatan Kuat (KOVALEN) atau Irreversible dengan Reseptor

• Misal : Obat Kemoterapetika diharapkan terjadi ikatan irreversible antara obat dengan Lokasi Reseptor dari parasit aksi Toksis obat cukup lama

• Aksi Antiseptika dari KLORIN yg bereaksi dg air menjadi Asam Hipoklorat, akan bereaksi dengan Gugus Amino dari protein Bakteri dengan ikatan Kovalen. Aksi Fungisida

• Epoksida a.l: Etilena Oksida sebagai Fumigan dalam proses sterilisasi.

• Butadiena Epoksida sebagai anti tumor.

• Aksi Arsenikal, Merkurial dan Antimonial (Kemoterapetika)

• Ikatan Kovalen antara obat dg Gugus Sulfhidril dr enzim

0

0

TOPOGRAFI RESEPTOR

• Melabel secara ikatan Kovalen dengan Gugus

tertentu dari reseptor, sering dengan Radioaktif

menentukan reaktivitas Gugus dlm Protein/ Enzim.

• Memakai Antimetabolit mirip dengan metabolit

sangat spesifik. Data yang didapat kemudian

untuk formulasi Hipotesa Permukaan Reseptor

• Studi Hubungan Struktur dan Aktifitas (SAR). Efek

farmakologi disebabkan oleh variasi gugus

substituen pada molekul.

• Bila telah didapat Gugus yang paling optimal

aktifitasnya . Dapat untuk menerangkan peran dari

gugus ini terhadap reseptor.

• Eksperimen dengan bentuk Struktur yang

Rigid Lokasi reseptor yang di

hipotesakan.

• Perhitungan Orbital Molekul akan

menentukan Konformasi Obat.

• Obat yang lebih Poten, akan diketahui Posisi

Gugus yang cocok pada Reseptor.

• Studi kristalografi dari zat aktif yang ber

interaksi dengan reseptor.

• Metoda fisika, untuk menentukan Konfigurasi

absolut dari Obat terseleksi dan studi

Kompleks Obat-reseptor.

INTERAKSI OBAT RESEPTOR

• TEORI INTERAKSI OBAT DG RESEPTOR :

• A. OCCUPANCY THEORY.

• B. CHARNIERE THEORY.

• C. RATE THEORY

• D. INDUCET FIT THEORY

• E. MACROMOLECULAR PERTURBATION THEORY .

• F. OCCUPATION-ACTIVATION THEORY OF

“ TWO STATE” MODEL

A. OCCUPANCY THEORY/ TEMPLATE THEORY

( Teori Pemilikan/Pendudukan)

• Clark & Gadum : Intensitas Farmakologi diakibatkan secara proporsional oleh jumlah reseptor yang diduduki oleh Obat

• k1

• R + D R.D E

•

• k2

• R = Reseptor,D = Obat. RD = Kompleks Obat-Reseptor

• E = Efek farmakologi, K1 = konstante Adsorpsi

• K2 = konstante Desorpsi

• Jumlah Reseptor yang diduduki tergantung pada Konsentrasi Obat pada daerah Reseptor dan jumlah total Reseptor dalam unit area atau volume.

• AFINITAS DAN AKTIVITAS INTRINSIK.

• Teori Pendudukan terdapat kelemahan :

– Beberapa kelas Agonis misal Obat-obat Asetil

kolin, walaupun Dosis dinaikkan, respons

tidak maksimal/ tetap.

– Tidak dapat menjelaskan mengapa Antagonis

tidak menyebabkan rangsangan seperti

Agonis padahal kedua jenis obat tersebut

bekerja/berikatan dengan reseptor yang

sama.

Teori pendudukan

• Ariens dan Stephenson : Interaksi Obat-

Reseptor memiliki dua tahap :

• 1. Kompleks Obat-Reseptor (afinitas dari Obat).

• 2. Produksi Efek EFIKASI (Stephenson)

atau AKTIVITAS INTRINSIK (Ariens).

• AGONIS + RESEPTOR KOMPLEKS

STIMULUS (EFIKASI)

• ANTAGONIS (afinitas kuat) + RESEPTOR

KOMPLEKS NO EFIKASI

• AGONIS umumnya:

• 1. Molekul KECIL

• 2. Berisi Gugus POLAR, Contoh : EPINEFRIN, mempunyai gugus polar : Amino, beta-Hidroksi, Hidroksil dr inti Katekol

• 3. Dapat mengubah struktur molekul Reseptor (Efek metafilik)

• ANTAGONIS umumnya dibuat dengan :

• 1. Mengubah Gugus polar menjadi NON POLAR dan

• 2. Gugus dibuat BESAR misal Cincin Aromatik.

• Kelemahan 2 teori diatas adalah tidak dapat menerangkan :

• Aksi yang berbeda antara Agonis dan Antagonis

• Mekanisme aksi obat pada tingkat Molekuler

B. TEORI CHARNIERE

Rocha & Silva meneruskan teori ARIENS & STEPHENSON, yakni bahwa pada Reseptor ada 2 tempat penting / 2 Titik :

– Titik KRITIS/SPESIFIK

• Bereaksi dengan Gugus Farmakoforik dari AGONIS

– DAERAH NON SPESIFIK

• Membuat Kompleks dengan Gugus Non Polar dari ANTAGONIS

• Keduanya berikatan dengan daerah SPESIFIK dengan ikatan LEMAH (reversible)

• * Antagonis mengikat daerah NON SPESIFIK dengan KUAT dgn ikatan Hidrofobik, Van der Walls dan transfer muatan.

• * Agonis dan Antagonis bersaing untuk mengikat daerah SPESIFIK dari Reseptor.

• Oleh karena ANTAGONIS berikatan kuat dengan daerah NON SPESIFIK maka kedatangan AGONIS tidak mampumengusir ANTAGONIS.

• Contoh persaingan antara Agonis dengan

Antagonis :

• DIFENHIDRAMIN VS ANTIHISTAMIN

• ATROPIN VS HISTAMIN

• TUBOKURARIN VS NEOSTIGMIN

• METANTELIN VS ASETILKOLIN

C. RATE THEORY (TEORI KECEPATAN)

• TETAPI Dua senyawa dengan struktur sama

tetapi efek bertolak belakang , tidak bisa

diterangkan dengan cara B. Croxato dan

Huidobro :Obat akan Efisien hanya pada saat

berikatan dengan Reseptor.

Paton : RATE THEORY.

• Reseptor aktif yg proporsional pada jumlah

Total Obat yang bertemu dengan Reseptor /

waktu. Bukan terhadap Reseptor yang

diduduki.

• Aktifitas farmakologi merupakan Fungsi

dari Kecepatan Asosiasi dan Disosiasi

antara molekul obat dan molekul Reseptor

(bukan formasi stabil Obat-Reseptor).

• Setiap asosiasi menimbulkan Stimulus

aktifitas biologis.

• AGONIS : Asosiasi dan Disosiasi

berlangsung CEPAT, tetapi Disosiasi lebih

cepat daripada asosiasi.

• ANTAGONIS: Asosiasi cepat, tetapi

Disosiasi lebih lambat daripada asosiasi

• DISOSIASI mengakibatkan Impuls/ waktu.

• Interaksi Obat-Reseptor tergantung pada

Kecocokan permukaan keduanya.

• Kelemahan Teori ini :

• Banyak antagonis kuat yang struktur

kimianya berbeda dengan agonisnya.

• Hipotesis :

• ANTAGONIS mempunyai daerah aksi

berbeda dengan Agonis pd level

Molekuler.

D. INDUCED FIT THEORY

• Berdasar pada perubahan KONFORMASI terinduksi dalam ENZIM

• Koshland , 1966: Daerah aktif dari suatu kristal Enzim yang terisolasi TAK PERLU mempunyai Morfologi yang cocok dengan Substrat.

• Tetapi diperlukan Morfologi yang cocok dari Enzim setelah interaksi dengan Substrat yang menginduksi Perubahan Konformasi keduanya.

• Daerah Aktif dari Enzim adalah Fleksibel atau Elastis, dapat berubah menjadi bentuk lain tetapi dapat kembali ke bentuk semula.

• Gambar 3. Efek penghambatan dan pengaktifan obat thd sisi aktif elastis dr Enzim

• OBAT + ENZIM AKTIVASI EFEK

BIOLOGI

• OBAT + ENZIM DEAKTIVASI NO

EFEK

• Perubahan Konformasi :

– Reseptor (Enzim atau protein)

– Obat waktu dekat dengan Reseptor

(tempat Aktif).

• Interaksi Obat dengan Reseptor bersifat

Dinamik dan Topografi yg Reversible.

• Gambar 4. Skema contoh morfologi dan

induced-fit dlm interaksi obat-reseptor.

• Fenomena dimana ikatan dr suatu molekul

Ligan dengan cara tertentu memacu ikatan

lain. Misal ikatan Ligan pada suatu Polimer

protein ( mungkin Enzim suatu reseptor)

menginduksi perubahan Konformasi sub unit

dari sub unitnya.

• Perubahana bentuk sub unit tersebut

berpengaruh terhadap sub unit lainnya. Energi

hasil stabilisasi dapat menyebabkan ikatan

yang lebih kuat dari molekul selanjutnya

• Gambar5. Skema untuk ilustrasi kerjasama

antara Reseptor-Protomer berkombinasi

kedalam bentuk reseptor tetramer.

E. TEORI GANGGUAN MAKRO MOLEKUL

• Belleau (1864).

• Mirip dengan “ Induced Fit Theory”

• Hanya untuk beberapa kelas obat

• Misal adaptasi Konformasi dari Enzim (atau reseptor)

• Terjadi 2 gangguan dalam kompleks :– Spesifik Pesanan/ Order Agonis

– Non spesifik, tidak meng order Antagonis

• Gambar 6. Interaksi derifat Alkil trimetil amonium dg Reseptor muskarin

F. TEORI AKTIFASI PENDUDUKAN DR MODEL “ DUA

KEADAAN”Ariens dan rodrigues de Miranda (1979), Reseptor yang

belum diduduki Obat berada dalam 2 keadaan : R (non aktif) dan R* aktif

• agonis

• R R*

•

• antagonis

• Agonis : afinitas yang tinggi terhadap bentuk aktif, yang mengubah dari R menjadi R* (aktif). Antagonis: sebaliknya

• Agonis :

– Umumnya Polar yang kuat

– Konformasi Polar dg reseptor

– Mengubah kearah keadaan Hidrofobik

• Antagonis :

– Umumnya Hidrofobik

– Menstabilkan hidrofobik, bentuk inaktif

– Reseptor dalam keadaan istirahat.

• Cuatrecasas : Akibat perubahan Konformasi oleh Agonis dlm bentuk aktif dari reseptor

• Agonis berdifusi secara independen melalui membran

• Bergabung dengan efektor (Enzim) secara reversible untuk melakukan aktivitas.

• Misal : Nor Epinefrin bermigrasi sampai mengikat Enzim Adenilat Siklase aktif.