introduccion farmacoquimica

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Page 1: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

FARMACOQUÍMICA I

Material de lectura Nº 1INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

1. Sinonimia: Farmacia Quimica, Quimica Médica (medicinal chemistry),

Quimica de los medicamentos, Quimica Farmaceutica (pharmaceutical

chemistry).

2. Definición: Materia que estudia las propiedades fisicoquímicas de los medicamentos en

cuanto a sus propiedades biológicas y explica la relación que existe entre la

estructura química y su acción farmaco tóxica.

♦ Es la materia que se encarga de identificar, describrir, distinguir, enunciar,

aplicar, demostrar y evaluar las propiedades y mecanismos físicos,

químicos y bioquímicos de los medicamentos de composición química definida y de establecer la relación que tales fenómenos guardan con la

actividad biológica (farmaco-toxicológica) de tales fármacos.

Ejemplo:

♦ Atropina:

Msc. William Sagástegui G.1

N

O O

CH3

OH

N+

O O

CH3

OH

H

Page 2: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

* Acetilcolina:

Se inciden sobre aquellas propiedades y mecanismos relacionados a:

- Denominación genérica y comercial o de patente.

- Constitución química: estructura, nomenclatura, distribución electrónica,

tipos de enlaces, efectos electrónicos y estéricos, isostería e isomorfismo,

etc.

- Caracteres físico-químicos saltantes: estado natural, forma cristalina,

sabor, olor, actividad óptica, etc.

- Isomería y estereoquímica: conformación y configuración.

Isómeros:Dos o más moléculas con composiciones químicas idénticas, pero que

difieren en la disposición de los átomos.

Dos sustancias isómeras pueden diferir en sus propiedades físicas,

químicas y biológicas: una puede ser una medicina útil y la otra ineficaz,

una inofensiva y la otra explosiva.

Los isómeros se clasifican:

De cadenaEstructural De Posición

De funciónIsomería

GeométricaEstereoisomería Óptica

Estereoisomería: Isomería geométricaLa estereoisomería la presentan sustancias que con la misma estructura tienen

una diferente distribución espacial de sus átomos.

2

N+

O

OCH3

CH3

CH3

CH3

Page 3: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

FARMACOQUÍMICA I

Una de la formas de estereoisomería es la isomería geométrica. La isomería

geométrica desde un punto de vista mecánico, se debe en general a que no es

posible la rotación libre alrededor del eje del doble enlace. Es característica de

sustancias que presentan un doble enlace carbono-carbono, así como ciertos

compuestos cíclicos y pueden ser:

HC C

H

H H

CC

Cis Trans

Isómeros geométricos para el compuesto CH3CH=CHCOOH

H

C CH

H HCC

H3C COOH H3C

COOH

Ac. Cis – 2 - Butenoico Ac. Trans – 2 – Butenoico

Ac. Isocrotónico Ac. crotónico

- Análisis cuantitativo: métodos oficiales y no oficiales

- Síntesis

- Modificación molecular: pro-droga o profármaco, análogos, híbridos.

- Estabilidad y degradación

- Biodisponibilidad, el sistema LADME

- Interacciones medicamentosas: in vitro e in vivo

- Interacciones droga-receptor o droga biofase: mecanismo de acción al

nivel molecular.

Dentro del concepto de “Relación de propiedades fisico-químicas y actividad biológica”, se encuentran las interacciones de fármacos.

Msc. William Sagástegui G.3

Page 4: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

3. HistoriaPeriodo precientífico: se encontraban en uso ciertos productos naturales

con una tradición de remedio popular, pero la parte de la terapéutica

farmacaológica actual que se basa en tales remedios es realmente muy

pequeña.

Algunos empleaban estos producto como remedios, pero también tuvieron

otros fines, como venenos para flechas, complementos para rituales religiosos

o incluso cosméticos.

Ejemplos: el opio, la belladona, la corteza de la quina, el cornezuelo de

centeno, el haba de calabar, la digital y la escila.

El desarrollo de la terapia farmacológica no pudo iniciarse hasta que el

conocimiento de la Anatomía y de la Fisiología alcanzó la característica de

ciencia. Las observaciones de Harvez y Sydenham tuvieron una gran importancia para

este desarrollo durante el S. XVII.

Probablemnete, el trabajo de Magendie (1783- 1855), un profesor de anatomía

en París represente la primera aplicación del método experimental a la

medicina. Administró un veneno para flechas originario de Java (la nuez

vómica) a animales, por varias vías, y descubrió las convulsiones y asfixia

resultante; quizas se trate del primer experimento sobre la absorció de

fármacos. Además mediante la extirpación o sección de médula espinal ,

Megendie logró demostrar que éste era el lugar en el que se desarrolla la

acción del principio activo, el cual posteriormente pudo aislarse y se denominó

estricnina. Magendie y sus discípulos estudiaron otras drogas y sus problema

s fisiológicos, logrando ailar algunos alcaloides más. Incluso llegó a publicar su

formulario basado en empleo de productos puros.

Después de la revolución Francesa, la ciencias rompieros su dependencia de

la lógica y se fundamentaron preferentemente en la observación, haciéndose

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Page 5: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

FARMACOQUÍMICA I

más empíricas, esto constituyó un avance imprescindible para su desarrollo

real.

En el S. XIX: gran parte del descubrimiento de nuevos fármacos, procedió del

trabajo de afisionados o de investigadores de la industria química, en aquel

momento ocupada predominantemente en la preparación colorantes.

La primera ocasión en que un producto orgánico sintético se usó para interferir

con los procesos vitales fue, probablemente, durante la primera mitad del S.

XIX, cuando introdujeron el éter y el cloroformo como anestésicos. Debido a

ello se inició la búsqueda de nuevos fármacos sintéticos y se concentraron

principalmente en los anestésicos e hipnóticos y posteriormente en los

analgésicos.

El hidrato de cloral se introdujo en 1869 y el paraldehído en 1882. Mientras que

los hipnóticos derivados de las sulfonas se descubrieron accidentalmente en

1888.

Las propiedades anestésicas locales del p-aminobenzoato de etilo se

conocían ya en 1890 y condujeron al desarrollo de hidrocloruro de procaína

(novocaína), cuya estructura se basa en varias características de la cocaína,

que se introdujo como anestésico local en 1884.

Durante esta época también se descubrió la fenacetina, a partir de

observaciones sobre la hidroxilación y conjugación que experimenta la

ANILINA en los organismos animales. Es probable que este fue el primer

fármaco diseñado a partir del conocimiento de una transformación bioquímica

Msc. William Sagástegui G.

NH O

OCH3

CH3NH

O

CH3

Acetanilida Fenacetina

NH2

Anilina

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Page 6: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

En 1897 se introdujo la ASPIRINA, por Hoffman, describía la síntesis del

äcido Acetil salicílico, como resultado de un intento de alivio de la náusea

producida por los salicilatos, que se habian empleado como antipiréticos. LA

ANTIPIRINA se descubrió a partir de investigaciones acerca del

comportamiento químico de la quinina, luego por esta época se descubrieron

los hipnóticos derivados de uretanos, que resultaron de estudio de

compuestos obtenidos de la industria química.

En 1899 Paul Ehrlich, fue nombrado Director del Instituto de Terapia

Experimental de Frankfurt, a la edad de 45 años. En esa época la industria

química Alemana manufacturaba analgésicos, anestésicos y antipiréticos de síntesis. Ehrlich pensó que, dado que éstas, moléculas eran capace de

diferenciar selectivamente células en el hombre, era posible que otras

moléculas pudiesen distinguir las células humanas de las de los parásitos. Esta

suposición venía reforzada por sus experiencia s previas sobre la tinción

selectiva de diferentes tejidos de mamíferos con colorantes, así como por sus

estudios acerca de la selectividad de los anticuerpos respectos a los

correspondientes antígenos.

Ehrlich, descubrió un elvado número de compuestos activos biológicamente,

aunque pocos pasaron a uso práctico. Posiblemente su mayor contribución al

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O

O

O

OH

CH3

O O

OH

OH

OH

OHOH

OH

O OH

Salicina Ac. Salicílico Ac. Acetil Salicílico

"ASPIRINA"

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FARMACOQUÍMICA I

avance de la QUIMICA FARMACEUTICA fueron las ideas originales que

propuso hacerca del modo de acción de los fármacos. Así postuló a la

existencia de RECEPTORES, en las células de mamíferos, y también que

tanto los antígenos como los agentes quimioterápicos (denominación que el

mismo acuñó) poseen grupos haptóforos (de unión) y toxóforos (de acción

tóxica). Consideró que los agentes quimioterápicos se combinan con zonas

RECEPTORAS en las células mediante reacciones químicas ordinarias, un

concepto que aún resulta válido , aunque se ha modificado para incluir en él

tipos de enlace distintos. Ehrlich también propuso que “la unión entre un alcaloide y el quimiorreceptor es lábil, reversible y no firmemente enlazada”, punto de vista que perdura.

Sus primeros trabajos hacerca de la tinción de tejidos llevaron al

descubrimeinto en 1891 de la acción antimalárica del azul de metileno. Un

trabajo posterior con colorantes condujo al hallazgo de la acción

tripanosomicida del rojo de tripan, y más tarde, de la tripaflavina, que conllevó

al desarrollo de la ACRIFLAVINA, un antibacteriano.

Los trabajos de Ehrlich con compuestos arsenicales llevaron en 1910 a la

introducción del SALVARSAN para el tratamiento de la sífilis, solo 05 años

después de haberse identificado el germen causal de dicha enfermedad.

También estableció la estructura del Atoxil, para el que Breinl y Thomas

habrían establecido un efecto curativo de la tripanosomiasis humana.

La resistencia a los fármacos también se descubrió en los laboratorios de

Ehrlich, en concordancia con sus hipótesis de que la acción de los fármacos se

debe a la combinación química con receptores celulares. Ehrlich concluyó que

la resistencia se desarrollaba cuando el parásito (tripanosoma) ya no absorbía

el fármaco; en el caso de los arsenicales, el grupo amino de los mismos era el

haptóforo y el arsenóxido el toxóforo. Así pues sus ideas se encontraban

respaldadas por hechos experimentales, pero su aceptación fue lenta.

Msc. William Sagástegui G.7

Page 8: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

Fue en el S. XX, que la búsqueda de nuevos fármacos o grupos

farmacológicos comenzó a efectuarse en laboratorios de universidades.

En el periodo siguiente se hicieron varios descubrimientos a través de

modificaciones de los compuestos activos hallados por Ehrlich o los

miembros de su escuela. Los antimaláricos de síntesis de Plasmoquina

(1926) y la Atabrina (1932) están basados en la estructura del azul de

metileno, cuya actividad antimalárica había sido observada por Ehrlich en

1891. Dos de los arsenicales de Ehrlich resultaron tener aplicación clínica en

enfermedades distintas a la tripanosomiasis: la carbarsona para la disentería

amebiana y la oxofenarsina para la sífilis. Hasta 1928 no pudo desarrollarse

un método para la multiplicación de la Entamoeba in vitro, lo cual dificultó el

descubrimiento de amebcidas antes de dicha época.

Este periodo inmediato a los descubrimeintos de Ehrlich y a su teoría acerca d la acción de fármacos, y anterior al desarrollo de las sulfonamidas y delos antibióticos, se caracterizó por un conocimiento creciente de la

química de los productos naturales en especial de las enzimas. A esto

contribuyó en gran medidad la aparición de nuevos métodos físicos, químicos

y biológicos, de los que quizá los más importantes fueron las técnicas

microquímicas para la determinación estructural.

Las técnicas óptimas como la espectroscopía ultravioleta o la cristalografía de

rayos X, también se introdujeron en esta época y resultaron de gran valor. Las

investigaciones de Astbury y otros, mediante rayos X, junto con la sensibilidad

de métodos analíticos, pusieron de manifiesto que moléculas protéicas son

cadenas ordenadas de aminoácidos, unidos mediante enlaces peptídicos.

Pudo advertirse que las propiedades de las moléculas de proteína están

determinadas principalmente por la orientación espacial de los aminoácidos

que la constituyen, aunque descubrimiento del modo en que una orientación

particular del polipéptido determina el efecto biológico es mucho más reciente.

Este conocimiento se ha derivado del de la secuencia de aminoácidos, de los

grupos activos o enlazantes, de los cofactores y de estructura tridimensional.

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FARMACOQUÍMICA I

Los experimentos de SchÖnheimer, Rittenberg y otros, pusieron de manifiesto

las características dinámicas de los procesos metabólicos o enzimáticos. El

conocimiento sobre los ácidos nucleicos y los carbohidratos también avanzó,

así como los descubrimeintos de las enzimas y de las reacciones que

catalizan. Se reconoció la relación entre las coenzimas y las vitaminasy y se

comenzó a comprender algunos procesos metabólicos, como la degradación

de carbohidratos.

En esta época F. Gowland Hopkins, dijo:

Existen sistemas químicos, y han existido desde que los seres vivientes

aparecieron en el mundo, en los cuales la coordinación exacta del tiempo y

lugar enter un gran número de reacciones es una condición esencial e

indispensable. Si la química ha de aportar la ayuda que la biología necesita

con tanta urgencia, debe considerar a los organismos vivientes, no como

almacenes de productos químicos, sino como asiento de procesos químicos

dinámicos.

La naciente enzimología avnzó con rapidez en el periodo post-Ehrlich. La

capacidad fermentativa de levadura de células fue observada por Buchner en

1897, y hacia 1926 Sumner logró cristalizar un enzima, la ureasa. Mas tarde se

obtuvieron otras enzimas en estado cristalino, y se determinó su composición

de aminoácidos.

Durante las décadas de 1930 y 1940 se desarrollaron métodos precisos para la

determinación del peso molecular. No obstante, recién en la década siguiente

se dispuso métodos químicos que permitieron hallar la secuencia de

aminoácidos en una proteína. La estructura tridimensional de las proteínas fue

recién elaborada por Kendrew y sus col. con la mioglobina, en 1958, a través

de estudios por difracción de rayos X. En 1970 se habrían podido determinar

al menos 15 estructuras proteicas, en un grado de resolución próximo al

tamaño de los átomos, y se habría trazado mapas bidimensionales de

densidad electrónica para más de una docena de proteínas distintas.

Msc. William Sagástegui G.9

Page 10: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

Loewi y Navratil encontraron la primera evidencia directa de una relación

entre fármaco y un enzima, ya que en 1926 demostraron que la fisostigmina inhibe la hidrólisis enzimática de la acetilcolina. Los años siguientes se

hallaron otras interacciones, pero fue con la introducción de la sulfonamida ( 1936), en que se puso en evidencia que los fármacos pueden interferir en los

procesos químicos de las células.

Hacia 1940, cuando Fildes lanzó su idea que los compuestos

quimioterápicos debían diseñarse como competidores de metabolitos

esenciales o factores de crecimiento, con lo que serían capaces de destruir un

microorganismo patógeno a través de un antagonismo competitivo con la

función del metabolito esencial, quedaba preparado el camino hacia el

desarrollo de la QUIMICA FARMACEUTICA ACTUAL.

Las técnicas para el estudio de las interacciones Fármaco – macromolécula se

han desarrollado durante el periodo moderno, posterior a 1940. La teoría y

técnica de medida de las cinéticas de estado estacionariose puso a punto a

partir de los trabajos de Michaelis y otros autores, desde entonces se han

elaborado métodos para la determinación de reacciones rápidas y estados

transitorios, cuyas constantes de tiempo son próximas a las vibraciones

moleculares (unos 10-13 s).

Así mismo se han desarrollado el estudio de la estereoespecificidad de las

reacciones enzimáticas, a través del uso de isómeros ópticamente puros; la

especificidad esteroquímica es de gran importancia en algunos grupos de

moléculas farmacacológicas.

Otros grupos de interés en algunos grupos de fármacos son aquellos

destinados a la abstracción de protones o la transferencia de electrones, la

formación de enlaces químicos, como losm implicados en la obtención de una

base de Schiff, y del grado de unión con los constituyentes metálicos de los

sistemas enzimáticos.

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FARMACOQUÍMICA I

La resonancia magnética nuclear, la resonancia del spin electrónico y la

cristalografíade rayos X se han empleado también para estudio de las

interacciones fármaco-macromolécula.

Se han llevado cabo la modificación química de moléculas farmacológicas,

con el fin de hallar el miembro de una serie que posea una actividad óptima; método importante para el descubrimeinto de nuevos fármacos. La

modificación química de las enzimas por medio de reactivos específicos del

centro activo, desarrollada inicialmente por Baker y Shaw, se emplea en la

actualidad y esde gran importancia para el diseño de estructuras activas. Este

método ha sido de gran valor para el conocimiento topográfico del centro activo

de las enzimas y para centrar la atención de los grupos reactivos que

participan en dicho centro activo; pero fue en 1958 que Koshland demostró

que las enzimas experimentan cambios conformacionales al interaccionar con

un sustrato. Esto ha ampliado considerablemente los conceptos acerca de los

requisitos molecualares para la inhibición enzimática.

4. Relación de la Farmacoquíca con otras Ciencias:

Msc. William Sagástegui G.

FARMACO QUIMICAFISICOQUIMICA

BIOQUIMICA Y BIOLOGIAMOLECULAR QUIMICA ANALITICA

MATEMATICAS

BIOTECNOLOGIATECNOLOGIA

FARMACEUTICA

FARMACOLOGIA YFARMACOCINETICA

QUIMICAORGANICA

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Page 12: INTRODUCCION FARMACOQUIMICA

5. Relación entre la estructura química de los fármacos y actividad biológica.

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