vGtG Samenvatting

5/13/2018 vGtG Samenvatting - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/vgtg-samenvatting 1/19

vGtG Samenvatting

1

Hoofdstuk 1

1.1 What is a drug?Het is irrelevant en zelfs gevaarlijk om drugs in te delen in goede en slechte. Geen enkeledrug heeft alleen maar goede eigenschappen.Definitie drugs: stoffen die interacteren met een biologisch systeem om een biologischrespons te bewerkstelligen. Dit is een brede definitie waar veel stoffen onder vallen.

De dosis bepaald of een stof als medicijn of gif zal werken.De therapeutic index geeft een indicatie van de veiligheid van een drug, bepaald door depositieve effecten bij lage dosis en schadelijke effecten bij hoge dosis. Hoge index geeft eengrotere veiligheidsmarge tussen goede en schadelijke dosissen.Belangrijk principe bij drugs: selective toxicity: veel drugs werken omdat ze giftig zijn voor

probleemcellen maar onschadelijk voor goede cellen.

1.2 Drug targets Alle menselijke cellen hebben een celmembraan dat het cytoplasma (met de inhoud) vande cel omringt. Het celmembraan bestaat uit twee lagen gemaakt van een rij fosfolipidenzoals phosphatidylcholine. Elk molecuul heeft een polaire hoofd-groep en twee hydrofobeketens. De hydrofobische staarten wijzen naar elkaar en vormen een vet hydrofobischebinnenkant.Naast de fosfolipiden bevinden zich een groot aantal eiwitten in het membraan. Het verschilt hoe diep deze in het membraan liggen, dit hangt af van aantalhydrofobe/hydrofiele aminozuren. Veel hydrofoob zal ver erin liggen, veel hydrofielezullen meer uitsteken. Veel eiwitten hebben korte ketens carbonhydraten, alsglycoprotieins, deze zijn belangrijk voor cel-tot-cel herkenning.Cellen bevatten een kern (nucleus) die als control-centre werkt en DNA bevat.

Voornaamste moleculaire targets voor drugs zijn eiwitten (enzymen, receptoren entransport eiwitten) en nucleïnezuren (DNA, RNA). Deze macromoleculen zijn een stukgroter dan de moleculen van een gemiddelde drug.

Vaak is er een specifiek gebied waar het binden van een drug op de target plaatsvind, debinding site. Sommige drugs binden en zijn permanent gebonden, de meeste reagerendoor zogenaamde intermoleculaire bindingen (ion-, waterstofbruggen, vd Waal, dipool).In dit geval is er een evenwicht tussen gebonden en ongebonden drugs. Hoe langergebonden, hoe meer interacties. Ook de relatieve sterkte van een binding is belangrijk.Binding groups zijn functionele groepen die belangrijk zijn bij het vormen van een binding.

Figuur 1.4 (p. 5)

1.3 Intermolecular bonding forces y Elektrostatische of ionbindingen: de sterkste soort intermoleculaire bindingen.

Ontstaat tussen groepen die tegengestelde lading hebben. De sterkte is omgekeerdafhankelijk van de afstand tussen en hangt af van de omgeving (sterker inhydrofobisch dan in polair). Als deze binding mogelijk is, vaak de belangrijkste interactie als een drug bij de binding site komt.

y Waterstofbruggen: verschillen in sterkte, tussen elektron-rijk heteroatoom(zuurstof, stikstof HBA, hydrogen bond acceptor) en elektron-arm H+ (HBD,hydrogen bond donor). Hydrogen bond flip-flop = als een stof als HBD en HBAkan fungeren en dat doet (OH, NH2). Ook de elektronenparen trekken elkaar aan.Sterkste configuratie is 180 graden.Ongeveer 10x minder sterk dan ionbinding. N- en O zijn beste acceptors (O kan zelfstwee bruggen vormen). Sterkte wordt bepaald door elektronnegativiteit, zo is een O-sterker dan een gewone O.

Kijken naar verschillende sterkten, Figuur 1.7-1.13 (p. 6-8)



vGtG Samenvatting

2

y Van der Waals-bindingen: hele zwakke interacties, gebaseerd op interactie tussenhydrofobische regios van twee moleculen (moeten heel dicht op elkaar liggen). Dezenooit helemaal ongeladen en een tijdelijk dipool moment kan een naburig molecuulbeïnvloeden en een interactie veroorzaken. Ook wel London forces genoemd, opzichzelf misschien heel zwak, maar het kunnen er zoveel zijn dat ze toch eenbelangrijke bijdrage leveren.

y Dipool-dipool en ion-dipool interactie: veel molecuul permanentedipoolmomenten. Deze kunnen met binding site interacteren als momententegengesteld zijn t.o.v. elkaar. Sterkte neemt af als deze ligging niet gunstig is voordrug en als afstand groter wordt.Een ion-dipool interactie is als een geladen groep van een molecuul interacteert met dipoolmoment van ander molecuul. Sterker dan dipool-dipool.

y Repulsieve interactie (afstoten): ook repulsive interactie belangrijk. Alsmoleculen te dichtbij komen, overlappen hun orbitalen (elektronen), dit stoot af. Ooktwee dezelfde geladen groepen stoten elkaar bijvoorbeeld af.

y Rol van water en hydrofobische interacties: macromoleculair target bevindt zich in een waterige omgeving en de drug moet door water heen om er te komen,beide hebben er dus mee te maken. Water die de drug omringen moeten eerst weg

voor interacties als hierboven kunnen plaatsvinden. Dit kost energie, soms zelfs welmeer dan ontstaat bij de drug-target binding (ineffectief). Soms is het wistgevend ompolaire groep te verwijderen als deze sterker bind aan water dan aan target.Soms polaire groepen toegevoegd voor betere oplosbaarheid, dan moeten deze niet aan de binding site zitten (hoeft het water niet weg).Water kan hydrofobische regios niet omsluiten. Dan vormen ze sterke binding met elkaar eromheen. Negatieve entropie door geordendheid. Als de hydrofobe sites met elkaar interacteren, worden de watermoleculen gescheiden -> toename entropie ->toename bindingsenergie.

1.4 Pharmacokinetic issues and medicines Farmacodynamie is de studie van het binden. Maar het is ook belangrijk dat de drugaankomt; wordt opgenomen, overleefd in de maag, niet te lang, niet te kort leeft, de leveroverleefd, etc. Dit is studie farmacokinetiek ( ADME: absorbed, distributed, metabolizedand excreted), dus wat doet het lichaam met de drugs.

1.5 Classification of drugs Vier manieren:

1. Op farmacologisch effect: anti-biotica , anti-depressiva . Handig omdat je gelijkkan zien wat er is voor bepaald effect, maar moeilijk te vergelijken, want dezemedicijnen verschillen allemaal heel erg in waar ze op aan grijpen.

2. Op chemische structuur: penicillines, opiaten. Soms handig, omdat vergelijkbarechemische structuur vaak zelfde effect geeft, maar niet altijd waar.

3. Op target system: bv. cholinerge medicijnen.4. Op target molecuul: anticholinseterases genoemd naar molecuul. Meer specifiek.

1.6 Naming of drugs and medicines Omdat lang niet alles de markt bereikt -> geen naam. Worden genummerd. Letters zijnonderzoekgroepsspecifiek en het nummer specifiek voor de stof. Als ze belovend zijn dangaan ze in ontwikkeling en krijgen een naam. Ten slotte krijgen ze een brandname.Na verlopen patent mogen anderen medicijn maken, maar niet brandname gebruiken.



vGtG Samenvatting

3

Hoofdstuk 2

2.1 Primary structure of proteinsPrimaire structuur is de volgorde van de aminozuren, gebonden door peptidebindingen.Peptidebinding is star, kan dus niet draaien. Hierdoor cis- en trans- vorm. Trans ongewenst vanwege clash tussen R-groepen maar in geval van proline is het wel mogelijk

2.2 Secondary structure of proteinsy - helix: door waterstofbruggen tussen aminozuren, vormt een spiraal. Bindingen in

het midden, residugroepen steken in rechte hoek uit spiraal.y - plaat sheet: plaat ook gevormd door waterstofbruggen. Residugroepen steken

er weer recht uit. Kunnen zowel in zelfde richting (parallel) of antiparallel voorkomen.y draai: een abrupte omkering van een bètasheet. Vooral de waterstofbinding

tussen het eerste en derde peptidebinding van de draai is belangrijk voor een stabieldraaipunt.

2.3 Tertiary structure of proteins De driedimensionale vorm van een eiwit. Cruciaal voor functie en voor interactie met eendrug. Vaak bevatten eiwitten stukken secundaire structuur en vouwen zich verder op door

interacties tussen de residugroepen van de aminozuren. Keten vouwt zich altijd hetzelfde opomdat het de vorm aan neemt die het meeste energie oplevert. Op disulfide bindingen na,zijn deze intra moleculaire bindingen (in het molecuul) hetzelfde als deintermoleculaire bindingen uit hoofdstuk 1.

y Di-sulfide bindingen: cysteine heeft een thiol-groep (SH-groep). Als twee van dezegroepen bij elkaar in de buurt komen, kan een covalente disulfide binding (S-S)gevormd worden door oxidatie.

y Ion- of elektrostatische binding: sterkste vorm, tussen twee tegengesteld geladenrestgroepen.

y Waterstofbruggen: kunnen gevormd worden tussen een groot aantalaminozuurresiduen met OH-groep.

y Van der Waals en hydrofobische interacties: aantrekkingen tussen twee alkylgroepenop residugroepen van aminozuren.

Je zou verwachten dat de relatieve invloed van de soorten bindingen gelijk is aan dat vande sterkte (covalent ion waterstofbrug vd Waals). Meestal is het tegenovergesteldewaar en zijn de van der Waals interacties het belangrijkst bij de tertiaire structuur en de ion het minste belangrijk. Hier zijn twee redenen voor:

y In veel eiwitten meer mogelijkheden voor vd Waals en waterstofbruggen dan voorion-bindingen. Zo is Cysteine de enige die een covalente binding kan vormen. Er zijnwel uitzonderingen te noemen waarbij disulfide bindingen een belangrijke rol spelen(vooral kleine eiwitten), maar dit zijn uitzonderingen.

y Daarnaast bevinden eiwitten zich omgeven met water. Veel hydrofiele groepengaan bindingen aan met water (deze zitten dan aan buitenkant). Binnenste van eeneiwit is hydrofoob en niet-polair. Dit verklaart waarom reacties die normaal niet in

waterig milieu kunnen plaatsvinden, dit wel kunnen als er een enzym is. Druginteracteren in kraters in het oppervlak, deze zijn vaak meer hydrofoob.

De starre peptidebindingen limiteren de manier waarop een eiwit zijn tertiaire structuurkan vormen, daarom vormt een keten vaak zelfde structuur. Daarnaast kan eenpeptidebinding zelf ook waterstofbruggen vormen met een residugroep.

2.4 Quarternary structure of proteins



vGtG Samenvatting

4

Eiwitten gemaakt van meerdere eiwit subunits. Door ion-bindingen en door van derWaals interacties van hydrofobe stukken die toch aan de oppervlakte van een eiwit unit zijngekomen.

2.5 Translation and post-translational modificationsTranslatie is het proces waarbij een eiwit wordt gesynthetiseerd. Verschillende

aanpassingen:y N-acetylatie: eiwitten meer bestand tegen afbraak.y Hydroxylatie: van proline residu, dit stabiliseert collageen.y Carboxylatie: van glutamate residu van prothrombin (stollingseiwit).y Fosforylering: verschillende groepen (serine, threonine en tyrosine), belangrijke

rol in signalering.y Glycolysering: veel eiwitten op oppervlakte van de cel gebonden via asparagine

residuen. Belangrijk voor cel-tot-cel herkenning.Zie Figuur 2.18 (p. 25) voor hoe deze processen eruit ziet

Sommige eiwitten gesplitst in kleinere (vaak om enzymen inactief te maken voorbescherming van cel).

2.6 ProteomicsGenomics = identificeren van genetische code (niet alleen mensen, ook andere soorten).Proteomics = identificeren van alle eiwitten in cel en lichaam en hoe deze interacteren.Eiwitten uit cel door gel electrophoresis. Dan door massa spectrometrie en sequensing kande primaire structuur bepaald worden. Door kristalliseren (kan niet altijd) of tegenwoordigdoor NMR, nuclear magnetic resonance kan tertiaire structuur worden bepaald.

2.7 Protein function

Structuureiwitten: geen drug targets, alleen tubulin soms wel, deze vormen microtubili enhet cytoplasma. Hebben invloed op vorm en beweegbaarheid. Ook cruciaal voor celdeling.Daarom kan het tegen celdeling bij kankercellen worden gebruikt. Ook zijn structuureiwittenbelangrijk voor virussen om te overleven buiten gastheercel.Transporteiwitten: belangrijk voor voedingsstoffen en neurotransmitters terug de cel inwaar ze uit kwamen. Kan als belangrijk target dienen.Enzymen en receptoren: meest belangrijk drug targets. Zie hoofdstuk 3 en 4.

Voor veel processen is interactie tussen verschillende eiwitten vereist.



vGtG Samenvatting

5

Hoofdstuk 3

3.1 Enzymes as catalystEnzymen werken als katalysatoren: versnellen/maken een reactie mogelijk zonder zelf verbruikt te worden. De reacties zijn evenwichten, katalysator versnelt reacties beidekanten op. Werking door verlaging van de transitie staat = energie die bereikt moet worden voordat begin product naar eindproduct omgezet kan worden. Hiervoor is activatie

energie nodig = verschil tussen begin energie en transitie staat. Het evenwicht zelf blijft onverandert.Twee formules met Energie, belanrijk?? (p. 31)

3.2 How do enzymes lower activation energies?y Zorgen voor reactie ruimte en een goede omgevingy Brengen reactanten samen, en positioneren ze dusdanig dat ze makkelijk hun

transitiestaat-configuratie aan kunnen nemen.y Verzwakken de bindingen in de reactanteny May participate?

3.3 The active site of an enzyme

Moet aan het oppervlakte liggen. Vaak meet hydrofobisch dan de rest, zorgt ervoor dat reacties die moeilijk of onmogelijk zijn in waterige omgeving kunnen plaatsvinden.De aminozuren die dichtbij elkaar zijn in active site, kunnen wel eens ver uit elkaar liggen opprimaire structuur. Ze spelen een belangrijke rol in de functie van het enzym. Aminozurenkunnen twee rollen spelen:

y Binding: restgroep van AZ is betrokken bij het binden van het substraat.y Catalytic: aminozuur is betrokken bij het mechanisme van de reactie.

3.4 Substrate binding an active siteDe interacties verantwoordelijk voor binding zijn dezelfde als die voor tertiaire structuur,maar relatieve invloed verschilt. Zo spelen ion-bindingen een cruciale rol in dit geheel.Kennis over hoe een substraat bindt, is van ongekend belang bij het ontwerpen van eendrug die een specifiek enzym moet binden.

3.5 The catalytic role of enzymes Het blijkt dat binden niet werkt volgens lock and key mechanisme, maar via induced fit.Dit verklaart ook waarom een enzym meerdere substraten kan binden. Als een substraat inde binding site komt, dwingt het het enzym om van vorm te veranderen, zodat het de idealevorm krijgt om te binden. Ook de substraat zal zich aanpassen, niet altijd in de meest stabiele vorm. Er op gedoeld om alvast bindingen te verzwakken die bij reactie verbrokenmoeten worden. Het substraat moet wel zo gebonden zijn, dat het na de reactie ook weerloslaat.

Zuur-base katalysatie vaak door aminozuur histidine. Heeft een imidazole ring en kanprotonen accepteren en doneren. Belangrijk omdat er vaak weinig watermoleculen aanwezig

zijn. Histidine is niet het enige, ook aspartaan.

Serine (OH) en Cysteine (SH) hebben nucleofiele residuen (kunnen elektronenpaarleveren). Normaal geen sterke nucleofielen, maar nu heel dichtbij. Geen water nodig, isbelangrijk. Lastig verhaal.

Veel enzymen hebben niet-enzym stoffen nodig, zogenaamde cofactoren. Dit zijn of metaalionen of kleine organische moleculen, de coenzymen (bv. NAD+). Meeste



vGtG Samenvatting

6

coenzymen gebonden door ionbinding of andere non-covalente binding. Sommige welcovalent gebonden, dan: prosthetic group.

Naam van enzym op basis van type reactie en eindigt altijd op ase.

Genetische polymorfisme: ongeveer 1 base paar in elke duizend verschilt van persoon tot

persoon. Normaal geen effect op enzym, in sommige gevallen wel = erfelijke ziekte. Heeft ook invloed op hoe goed medicijnen werken.

3.6 Regulation of enzymesBijna alle enzymen gecontroleerd door agent die kan inhibiteren of stimuleren. Bijvoorbeeldzelfregulatie doordat het enzym gedeactiveerd wordt bij een hoge concentratie van het eindproduct. Allosteric binding site = binding site apart van active site. Hier binden de controleagenten. Er vind hierbij een induced fit plaats, waarbij ook de active site verandert. Door dit mechanisme kan een eindproduct als inhibitor werken en op de active site is niet handig,omdat het eindproduct dat moet concurreren met het substraat.

Veel enzymen kunnen ook extern gereguleerd worden. Cellen ontvangen een bericht, dooreen cascade aan effecten komen er enzymen die protein kinases heten vrij. Dezecontroleren de enzymen door het fosforyleren van serine, threonine of tyrosine. Dit kan zo wel activerend als inhiberend werken.

3.7 Isozymes Isozymen zijn enzymen die een quaternaire structuur hebben en van verschillende subunitszijn gemaakt, waarbij de combinatie van subunits kan verschillen in verschillende weefsels.

3.8 Enzyme kinetics: the Michaelis-Menten equation Lezen, wordt uitgebreid behandeld bij Levende Chemie.



vGtG Samenvatting

7

Hoofdstuk 7

7.1 Inhibitors acting at the active site of an enzyme Reversible inhibitors

Als het substraat of product te sterk is gebonden aan het enzym, raakt het verstopt en kangeen nieuwe substraten meer ontvangen.

Als drug kan een stof worden ontwikkeld die lijkt op het natuurlijke substraat, maar sterker

bindt (het blijft een evenwicht). Dit is competitieve inhibitie. Hoe langer de stof vast aanhet enzym blijft, hoe groter de inhibitie. Het is reversibel omdat wanneer de concentratie vanhet substraat stijgt, het meer effectief competes met de drug en de inhibitie zal mindereffectief worden.Meest gebruikte vorm in klinische omgeving. Vaak lijken ze op het natuurlijke substraat, dit is niet altijd zo. Zo lang het maar goed kan binden aan de active site, is het werkzaam. Het kan ook meer op het product lijken.Sommige binden aan active site, maar competeren niet met substraat. Dit omdat de activesite van sommige enzymen een substraat en een cofactor bindt. Dan competeert het met decofactor.

Irriversible inhibitorsEr bestaan inhibitoren die het enzym permanent binden en zo blokkeren. Meest effectievezijn die covalent binden aan bijvoorbeeld serine en cysteine met hun nucleofiele groepen.Dit soort inhibitors zijn niet allemaal giftig en sommige worden klinisch gebruikt. Toch is het veiliger om reversibele inhibitoren te gebruiken omdat irreversibele reactieve functionelegroepen hebben, die ook met andere eiwitten of AZ kunnen reageren.

7.2 Inhibitors acting at allosteric binding sites Kan zowel reversibel als irreversibel. Een enzym met allostere binding site kan dus op tweeplekken worden beïnvloed: op de binding site en allostere site.

7.3 Uncompetitive and non-competitive inhibitors

Uncompetitive: kan alleen binden als substraat al is gebonden met binding site. Dus kanalleen binden aan het enzym-substraat complex. Toename substraatconcentratie overwint deinhibitie niet. Komen niet vaak voor, niet effectief bij lage substraat concentraties.Non-competitive: bind aan allostere binding site, in theorie zo dat het substraat nog welkan binden aan binding site, maar niet kan reageren. In praktijk kan na het binden het substraat niet meer binden. Daar niet puur competitief of puur non-competitief.

7.4 Transition-state analogues: renin inhibitorsTransition-state analogues of inhibitors = inhibitors die zo sterk binden door niet-covalente bindingen, dat ze praktisch irreversibel zijn. Dit kan als ze lijken op transitie staat.Deze vorm heel effectief bij Renin inhibitoren. Verhaal goed om te lezen, niet heelbelangrijk naar mijn mening.

7.5 Suicide substrates

Inhibitors kunnen ook verrassend irreversibel zijn als ze door hun binding tot een hoogreactieve stof reageren die vervolgens wel een covalente binding aan kan gaan. Dezeworden mechanism-based of suicide substrates genoemd. Vooral gebruikt omenzymen te labellen met reactieve isotopen om hun locatie te kunnen bepalen.

7.6 Isozyme selectivity of inhibitorsIdentificatie van isozymen die selectief zijn voor bepaalde weefsels, maak het mogelijk omweefsel-selectieve enzymen te ontwerpen.



vGtG Samenvatting

8

7.7 Medicinal uses of enzyme inhibitorsTegen micro-organismen: het liefst een enzym die niet in mens voorkomt, wel in het organisme. Dit is vaak niet het geval, door vele mutaties over jaren kan toch een specifiekmedicijn worden ontwikkeld.Tegen virussen: heel belangrijk tegen strijd virussen.Tegen lichaamseigen enzymen: ook belangrijk. Staat een aantal voorbeelden, worden

uitgebreid behandeld in sectie 22-24. Veel onderzoek naar isozym specifieke inhibitors enook naar inhibitors voor kinases.

7.8 Enzyme kinetics Erg bruikbaar bij het bepalen van de soort inhibitor en de werking. Doorlezen en begrijpenvan de Lineweaver-Burk plots.

IC50 = concentratie inhibitor nodig om enzymactiviteit te reduceren met 50%.Ki = de evenwichtsconstante van het evenwicht tussen enzym en inhibitor.EC50 = concentratie inhibitor nodig om bepaald cellulair effect met 50% te reduceren.



vGtG Samenvatting

9

Hoofdstuk 4

4.1 Role of the receptorControle en communicatie komen voor het grote deel uit het centrale cenuwstelsel (hersenen en ruggenmerg). Signalen worden door neurons door het lichaam gestuurd.Neuronen sluiten niet helemaal op elkaar aan, hierdoor controle mogelijk. Signaaloverdracht gaat door middel van neurotransmitters of hormonen en hiervoor zijn de receptoren

heel belangrijk.

4.2 Neurotransmitter and hormonesEr is een grote diversiteit aan signaalstoffen, varieert van simpele moleculen tot helecomplexe. Over het algemeen laat een zenuwcel een type neutrotransmitter vrij. Cellenhebben wel veel verschillende soorten receptoren.Hormonen en neurotransmitters onderscheiden zich in de route die ze afleggen en de manierwaarop ze worden vrijgelaten. Hun effect is echter wel hetzelfde.

4.3 Receptor types and subtypesReceptors worden genoemd naar de stof die hun activeert: acetylcholine cholinergicreceptor. Alle receptoren voor een bepaalde stof, zijn niet overal hetzelfde in het lichaam.Er zijn

types en subtypes. Het is een uitdaging om een specifiek geneesmiddel te maken,

om bijwerkingen te beperken.

4.4 Receptor activationNet als bij een enzym vindt er induced fit plaats. Enige verschil is dat de messenger geenreactie ondergaat zoals een substraat, en ongeschonden de binding site weer verlaat, na het afgeven van het bericht.

4.5 How does the binding site change shapeZelfde fenomeen als bij een substraat-enzym binding doet zich voor. De induced fit zorgt ervoor dat het hele eiwit van vorm verandert en op deze manier een domino aan effectenbinnen de cel teweeg brengt. Deze signal tranductie wordt in hoofdstuk 5 verderbehandelt. Signal amplification is het fenomeen waarbij een kleine hoeveelheidneurtransmitter een groot effect kan hebben. Drie typen belangrijke receptoren: ionchanned receptors, G-protein-coupled receptors en kinase-linked receptors.Hieronder per soort behandeld.

4.6 Ion channel receptorsHet vette membraan maakt het moeilijk voor polaire stoffen om deze te doorkruizen. Toch isdit essentieel voor het functioneren van de cel. Ionkanalen zijn eiwitcomplexen die bestaanuit vijf subunits. De binnenkant is hol en polair (zodat deze hydrofiel is). Controle is er dooreen receptoreiwit (deel van het complex). In ruststand is het kanaal gesloten. Een kleinaantal neurotransmitters kan een groot effect hebben door het openen van een aantalkanalen (heel veel ionen gaan dan stromen). Door de groepen aan de binnenkant zijn dekanalen ionspecifiek.

De vijf subunits zijn glycoeiwitten (sectie 2.5). Het kanaal kan uit verschillende subunitsbestaan. Elke subunit bestaat uit vier transmembraan regios (TM1-TM4), dus hij gaat vierkeer het membraan door, zo dat TM2 steeds aan de centrale doorgang van het kanaal zit.Gating = het kanaal opent na binding van ligand, doordat kinken in de alfa-helixen van deTM2 van elkaar wegdraaien en er een doorgang ontstaat.Tot zover ligand-gated ion chanels, er bestaan ook voltage-gated ion channels.



vGtG Samenvatting

10

4.7 G Protein-coupled receptors Door hormonen/langzaam werkende neurotransmitters. Belangrijkste target. Werkt inseconden (langzamer ion, sneller kinase-linked, zie hierna).Receptoren activeren G-proteins, dit zijn de signaal eiwitten, werken opmembraangebonden enzymen. Zie voor werking andere samenvatting.Zit zeven keer door membraan, tellen vanaf N-terminal. Is een 7-TM receptor. Binnen

binding site voor G-protein heeft te maken met deel van C-terminal. Buiten bindingverschilt per receptor. Verschillen in amino sequense, belangrijkste familie is de rhodopsin-like. Receptor typenen subtypen voor receptoren die dezelfde messenger hebben, maar structureel verschillen.Receptor subtypen kunnen komen van divergente (via een tak) of convergente (uit andere tak) evolutie ontstaan.

4.8 Kinase-linked receptorsSuperfamilie, activeren direct een enzym, zonder tusseneiwit. Belangrijk, o.a. voorkankermedicijnen zijn de tyrosine kinase receptoren. Receptor ligt door membraan, met delen van structuur binnen en buiten cel. N buiten, C binnen. Buiten is voor ligand binding,binnen een active site die gesloten is in rust. Wordt geopend door ligand, en werkt dan alsenzym. Bij deze receptor is reactie fosforylering van tyrosine residuen. Vandaar kinase vantyrosine. ATP is nodig om fosfaat te leveren. Zo lang ligand is gebonden blijft binding siteopen, dus meerdere reacties door 1 ligand mogelijk. Het enzym is zelf het substraat.Sommige niet zelf, maar binden dan een kinase.Belangrijk deze paragraaf nog door te lezen.

4.9 Intracellular receptorsRond de 50, belangrijk voor direct reguleren van gen transcriptie. Ookwel nuclear

hormone receptors of nuclear transcription factors. Messengers zijn hormonen,moeten dus door het membraan om receptor te bereiken. Duurt heel lang (uren, dagen).Zelfde structuur: enkel eiwit, ligand binding aan C-terminal eind en binding regio van DNA inhet centrum, bestaande uit 9 cysteine residuen, waarvan 8 betrokken zijn bij bindenvan twee zink ionen. Ligand bindt, coactivator bindt en dan bindt het DNA (kan zowelstimuleren als inhiberen).

4.10 en 4.11 niet heel boeiend.



vGtG Samenvatting

11

Hoofdstuk 5

Signal transduction = van binding ligand tot effect van receptor. Focussen op G-proteincoupled (30% van huidige drugtargets) en kinase receptors (nieuwe kansen, vooral kankerbehandeling).

5.1 Signal transduction pathways for G protein-coupled receptors

Zie andere samenvatting proces, hier alleen aanvullingen.y Verschillende subtypes G proteins, verschillende receptoren.y Er zijn ongeveer 20 verschillende subtypen E-subunits, die allemaal een ander enzym

stimuleren.y Belangrijk:

o Es stimuleert adenylate cyclaseo Eq stimuleert phospholipase C

5.2 Signal transduction involving G-proteins and adenylate cyclaseDe Es-subunit van Gs-eiwit bindt aan een membraan enzym adenylate cyclase, enactiveert deze. Het enzym cataliseert de synthese van cAMP (cyclisch AMP), dit is desecondary messenger. Het cAMP gaat het cytoplasma in.

Zolang deE

s-unit is gebonden blijft het enzym actief. Echter, de unit hydroliseert zijn GTP tot GDP en deactiveert hierdoor zichzelf na een tijd.Het cAMP activeert het enzym protein kinase A (PKA) dit is een serine-threoninekinase (fosforileert serine en threonine residuen). PKA bestaat in rust uit 4 subunits, tweeregulerend, twee catalyserend. cAMP bindt aan de twee plekken op de regulerende, welkedan loslaten. Kataliserende gaan m.b.v. ATP dan andere enzymen in werking zetten.

Andenylate cyclase kan worden geïnhibeert door het Gi-eiwit. Deze werkt met anderereceptoren. Enige verschil is dat de Ei-subunit het enzym blokkeert i.p.v. activeert.Dezelfde neurotransmitter kan in de ene cel activeren, andere cel inhiberen doordat dereceptor bepaald welk G-eiwit geactiveerd wordt.

De -dimer heeft een modererende rol als het in hoge concentraties aanwezig is.

Bij het fosforyleren valt de waterstofbinding door fosfaat aan OH-groep weg, maar deze isgeïoniseerd, dus kan ionbinding vormen, hierdoor verandert structuur enzym.De kinase enzymen fosforyleren op gegeven moment ook C-terminal (hier bindt G-eiwit),waardoor het G-eiwit niet meer kan binden.

Es-subunit van Gs-eiwit enzym adenylate cyclase synthese van cAMP enzymprotein kinase A (PKA) is serine-threonine kinase andere enzymen in werking

5.3 Signal transduction involving G-proteins and phospholipase C Andere 7-TM receptors binden Gq-eiwit. Eq-unit die vervolgens phospholipase C activeert of deactiveert. Als geactiveerd, katalyseert de hydrolyse van phosphatidylinositol

diphosphate (PIP2) tot DG en IP3 (diacylclycerol en inositol triphosphate).DG blijft in membraan en activeert protein kinase C (PKC) is weer een serine-threoninekinase. Effecten op ontstekingsreactie, contractie/ontspanning gladde spieren,neurotransmitter afgifte of gevoeligheid.IP3 gaat in cytoplasma, bindt een receptor op endoplasmatisch reticulum waardoorcalcium ion kanaal opent. Calciumionen activeren calcium-afhankelijke protein

kinases, welke fosforileren en activeren andere enzymen. De calciumionen binden ook aaneen eiwit calmodulin, welke calmodulin-afhankelijke protein kinases activeert iefosforyleren en activeren weer andere enzymen.



vGtG Samenvatting

12

Calcium heeft effect op contractie eiwitten en ionkanalen, gaan er niet verder op in nu.

Als IP3 en DG hun werk hebben gedaan worden ze weer gecombineerd tot PIP 2. Hiervoor zijnmeerdere metabolische stappen nodig. Zo wordt IP3 in 3 stappen gedefosfyleert tot inositol,dat als bouwsteen wordt gebruikt voor PIP2. Lithium zouten controleren symptomen vanmanische depressie, we denken door interferentie met dit synthese complex.

5.4 Signal transduction involving kinase-linked receptorsIn 4.8 gezien dat bij kinase receptor forforylering op receptor zelf plaatsvindt. In het gevalvan tyrosine kinase, de fosfotyrosine groepen en de regios erom heen, dienen als bindingsites voor verschillende signaal eiwitten of enzymen. Elke regio kan een specifieke soort binden.Meeste die binden zijn begin voor kinase cascade. Sommige groeifactoren activeren specifiektype phosphoipase C, welke tot IP3 gaat, en zelfde calciumeffect heeft als hiervoor.

Stuk over groeifactoren en kankercellen, belangrijk, doorlezen!



vGtG Samenvatting

13

Hoofdstuk 8

8.1 Introduction Agonisten = drugs die natuurlijke messenger nadoen en receptor activeren. Antagonist = drug die receptoren blokken.

8.2 The design of agonists

Drie criteria voor een drug:1. Moet juiste binding groups hebben: er is een fijne balans tussen hoe goed eenmessenger gebonden is, maar ook weer los moet laten.

2. Binding groups moeten juist gepositioneerd zijn: spiegelisomerie kan bijvoorbeeldvoorkomen, deze heten chiral of asymmetrisch. Roteren gepolariseerd licht integengesteld richting en interacteren anders in biologische systemen.Racemate is een chiral drug gesynthetiseerd uit beide spiegelisomeren. Omdat dieen inefficiënt is en bijwerkingen kan hebben, vooral asymmetrische synthese.

3. Drug moet juiste grootte hebben

Farmacodynamics: hoe moleculen met target interacteren. In vitro (geisoleerde cellen) enIn vivo onderzoek (organisme).

Allostere modulatorsbinden aan de allostere binding site en verhogen zo de kans op de

actie van de natuurlijke messenger. Werken indirect als agonist.

8.3 The design of antagonistsManieren om antagonist te maken:

y Een die bindt maar niet de vorm van de binding site verandert doordat deze perfect past

y Een die bindt aan groepen die normaal niet gebruikt worden in de binding site,waardoor de vorm op een verkeerde manier verandert.

Twee soorten antagonisten die niet aan de natuurlijke binding site binden:1. Allosteric modulators: blokken de allostere binding site.2. Antagonism by the umbrella effect: binden dichtbij de binding site en hangen

als een paraplu over de binding site, die daardoor wordt geblokkeerd.

8.4 Partial agonistsy Partial agonist kan binden, maar de induced fit is niet ideaal (opent een ion-kanaal

bijvoorbeeld niet volledig, maar deels).y Partial agonist kan op twee manieren binden waarbij de ene als agonist werkt en

andere als antagonist. De balans hangt af van de relatieve proporties van binden.y Partial agonist kan bij een subtype receptor als agonist werken, bij andere subtype

als antagonist.

8.5 Inverse agonists Veel antagonisten kunnen beter inverse agonist genoemd worden. Veel receptoren werkenalsnog een beetje, ook zonder messenger (constitutionally active), een inverse agonist

blokkeert deze activiteit ook.Dat de receptors altijd een beetje actief zijn, geeft aan dat ze geen constante structuurhebben, maar continue van vorm veranderen, waardoor er een evenwicht ontstaat. Activiteit agonist/antagonist bepaald door hoe deze het evenwicht verandert.

8.6 Desensitazation and sensitazationSommige stoffen werken eerst als agonist, maar blijven zolang gebonden dat ze alsantagonist werken. Men denkt dat de receptor wordt gefosforyleerd en verandert naar zijninactieve vorm, ondanks dat de binding site nog bezet is.



vGtG Samenvatting

14

Bij een langere blootstelling aan de drug, wordt het complex soms door endocytosis verwijdert, opgenomen in de cel en gemetaboliseerd. Lange activatie kan ook lijden tot afname van de synthese van het receptor eiwit.Soms kan lange blootstelling aan antagonist lijden tot toename van de synthese van het receptor eiwit.

8.7 Tolerance and dependenceTolerantie = hogere levels drug nodig om zelfde biologische response te krijgen. Als dedrug opeens wegvalt is de cel opeens over-sensitief. Hierdoor is soms het afbouwen vanmedicijnen nodig.

8.8 Receptor types and subtypes Voor een neurotransmitter, verschillende subtypes receptoren (verschillende organen). Ombijwerkingen te beperken, zo selectief mogelijke drug.

8.9 Affinity, efficacy and potency Affiniteit = hoe sterk een drug aan een receptor bindt.Effectiviteit = maximaal biologisch effect dat een drug kan produceren.

Potentie= hoeveelheid drug nodig is om bepaald biologisch effect te bereiken. Hoe kleiner,

hoe meer potent de drug is.

Affiniteit kan gemeten worden door radioligand labelling, ligand is gelabeld met eenradioactiviteit, in evenwicht, ongebonden liganden zijn verwijdert, het aantal gebonden kandan gemeten worden. Kd = evenwicht constante gebonden/ongebonden radioligand,dissociation binding constant.

[R] kan niet gemeten worden door radioactiviteit, daarom manipulaties om deze factor teverwijderen.

Dan invullen in Scatchard equation:

Kd en Rtot niet direct gemeten, maar wel via een grafiek door bij verschillend concentratiesvan een radioligand. [LR] en [L] gemeten en dit vormt een Scatchard plot. Rtot is waar delijn de x-as kruist en de helling is een meting van de affiniteit, en kan de Kd bepalen.

Laatste stukje paragraaf nog doornemen voor grafieken!!!



vGtG Samenvatting

15

Hoofdstuk 21Leerstof voor hoofdstuk 21: Anti cancer agents;

21.1 Cancer an introductionKankercellen verliezen hun differentiatie. Nieuwe groei= neoplasm, accuratere naamvoor ziekte. Gelokaliseerde kanker: benign, uitgezaaid = metastasis, kanker heet dan

maligant. Moeilijk te behandelen omdat er zoveel verschillende soorten zijn.

Ontstaan van kanker = carcinogenesis, kan voorkomen door een mutagen.

Proto-oncogenes zijn genen die normaal coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij decontrole van celdeling en differentiatie. Als deze gemuteerd worden, kan de cel cancerousworden. Het gen heet dan oncogene.

Beschadigd DNA kan ontdekt en geblokkeerd worden, zodat het gerepareerd wordt voor deceldeling. Gebeurt dat niet, pleegt de cel zelfmoord = apoptosis. Tumor suppression genesals TP53 zijn genen die coderen voor eiwitten die dit proces reguleren.

Een fout wordt vaak nog onder controle gehouden, daarom kanker pas vaak laat in leven(als er zoveel schade is dat controle verloren gaat). Drugs voor kanker zijn cytotoxic =vallen ook gezonde cellen aan.

Signalling pathways. Cellen groeien door groeifactoren (hormonen) die eiwit kinasereceptoren stimuleren en zo de cel instrueren voor transcriptie van de eiwitten en enzymennodig voor celgroei en deling.

Veel kankercellen kunnen delen zonder groeifactoren door ze zelf te produceren, zoals PDGFen TGF-. Andere kunnen receptoren produceren die zichzelf aanzetten. Of dat de celovergevoelig wordt door een overmaat aan receptoren.

Ongevoeligheid voor hormonen die deling juist remmen (als TGF-) kunnen de cel ookcancerous maken.

Checkpoints in de celcyclus zijn vaak afwezig bij kankercellen. Controle van celcyclus dooreiwitten cyclins en enzymen cyclin dependent kinases (CDKs). Normaal progressie doorcyclus gereguleerd door activatie cyclins en CDKs, wat kan worden gedown-reguleerd doorCDK inhibitors. Veel kankers hebben te maken met overactieve cyclins of CDKs.

Apoptose = gereguleerde celdood. Kankercellen omzeilen dit proces. Twee soorten:y Exentrieke route = apoptose door externe factoren.

o Tekort aan groeifactoren of hormonen.o Death activator proteins, binden aan membraan eiwit tumour necrosis

factor receptors (TNF-R).o T-lymfocyten vinden beschadigde cel en injecteren granzyme.

y Intrinsieke route = door factoren als beschadigd DNA, zuurstof druk, drugs. Bijschade meer productie p53, op bepaald level leidt dit tot apoptose.

Telomeren zorgen ervoor dat een cel zich niet eeuwig kan blijven delen. Na geboorte wordt enzym telomerase (dat telomeer kan maken) onderdrukt, maar bij veel soorten van kankeris deze onderdrukken weggevallen. Nog geen telomerase inhibitor drug gevonden.



vGtG Samenvatting

16

Tumorcellen scheiden groeifactoren als vascular endothelial growth factor ( VEGF) en

fibroblast growth factor (FGF-2) af om bloedvoorziening te krijgen, dit proces heet angiogenesis. Normaal (bij beschadiging) wordt angiogenesis gereguleerd door inhibitorsals angiostatin of thrombospondin.De bloedvaten scheiden interleukin-6 af, wat metastase (uitzaaiing stimuleert).Bloedvaten lekken meer, hier kunnen drugs voordeel van nemen. Binnenste kankercellen

hebben wel te weinig zuurstof, maken veel afvalstoffen.

Normale cellen kunnen alleen leven als hun adhesion moleculen overeenkomen met hunextracellulair matrix (dus ze zijn op de goede plek). Deze moleculen missen in uitgezaaidekankercellen.

21.2.1 Intercalating agentsIntercalating agents zijn drugs die een planaire aromatische of heteroaromatische ringbevatten, die in de dubbele helix van het DNA kan slippen en zo zijn structuur verwart.

21.2.3.2 CisplatinCisplatin is meest gebruikte kankerdrug. Zorgt voor een reactie in het DNA waardoor er een cross-linking ontstaat.

21.6 Inhibitors of signaling pathways

21.9.1/21.9.2 Veel kankercellen hebben meer antigens dan normale. Hierdoor kunnen antibodies gebruikt worden tegen de ziekte. Normale cellen hebben de antigenen ook, maar in veel minderemate.

Antibodies met drugs eraan konden drugs in hogere concentraties bij kankercellen brengen,maar dit is geen succes gebleken. Deel probleem: lifetime van antibodie was veel langer dandie van de drug, dus toxicity probleem bleef. Eisen aan antibody-drug conjugates:

y Antibody moet lichaamseigen lijken om immuunreactie te voorkomen.y Moet selectief zijn voor antigen dat over-expressed is in kankercellen.y Moet internalized worden in cell door receptor gemedieerde endocytose, zodat het

daadwerkelijk de cel in gaat.y Binding tussen antibody en drug moet stabiel zijn tot dat drug in de cel is.



vGtG Samenvatting

17

ECB Hoofdstuk 15

Membrane-enclosed organellesEucaryoten cellen hebben verschillende memrbaan omsloten organellen. Er wordt geloofddat nucleus, ER, Golgi, endosomes en lysosomen zijn ontstaan door naar binnen klappen vancelmembraan, heten endomembrane system (communiceren goed met elkaar).Mitochondria en chloroplasten hebben eigen DNA, kunnen eiwitten maken, wordt geloofd dat

deze zijn ontstaan uit bacteriën.

Protein sorting Aminozuurvolgorde van eiwit bevat sorting signal dat zorgt dat het op de goede plek komt.Er zijn drie manieren waarop een organel een eiwit door zijn membraan heen krijgt:

1. Eiwitten uit cytosol de kern in gaan via nuclear pores, zijn selectief, actief transport grote moleculen en diffusie sommige kleine.

2. Van cytosol ER, mitochondria of chloroplast door protein translocators. Bij dit proces moeten eiwitten ontvouwen worden.

3. ER ander onderdeel endomembrane system door transport vesicles.De signal sequence is vaak verwijdert van eiwit als het is gesorteerd.

Nuclear transport receptor bindt een eiwit met nuclear localization signal en brengt het dekern in. Hierbij wordt GTP gebruikt als energiebron. Eiwit volledig gevouwen.

Om mitochondria of chloroplast in te komen moet eiwit ontvouwen, binnen weeropgevouwen door chaperones.

Het endoplasmatisch reticulum geldt als beginpunt voor eiwitten die voor andere organellenbestemd zijn. Veel eiwitten als in ER membraan als ze nog niet af zijn, daarom membraangebonden ribosomen op ruw ER. Vrije ribosomen maken eiwitten die niet ER in gaan.

Niet alle eiwitten gaan het lumen van het ER in, sommige blijven in het membraan.

Vesicular Transport

ER Golgi andere organellen, door transport vesicles. Vesicles hebben een normaal een eiwit omhulsel daarom ookwel coated vesicles. Zorgt voor de vorm en het binnenhouden van de lading die het vesicle meeneemt.

Rab eiwitten op het vesicle oppervlak worden herkend door tethering eiwitten op het cytosolische oppervlak van het target membraan. Aanvullende herkenning door SNAREs. AlsRab is herkend, dan interacteren v-SNAREs (vesicle) met t-SNAREs (target).SNAREs helpen bij het energetisch niet gewilde fuseren van membranen.

Secretory pathwaysIn ER worden eiwitten gemodificeerd (disulfide bindingen) zodat ze stabiel blijven bijveranderingen (als extracellulair milieu). Veel eiwitten die ER in gaan worden

geglycosyleerd, door covalent toevoegen oligosaccharide. Kan functioneren alsbescherming, in de ER houden tot gevouwen is of als transport signaal werken.

In ER wordt eiwit gecontroleerd, kan het niet verlaten als het niet goed (gevouwen) is. Somsis dit controlesysteem vervelend, als een gemuteerd eiwit wel zou kunnen functioneren,maar simpelweg het ER niet uit kan.



vGtG Samenvatting

18

Als er te weinig ER capaciteit is (er ontstaan teveel misvouwde eiwitten) dan gaan unfolded

protein response (UPR) in werking en wordt er meer ER gemaakt. Als zelfs dit niet genoeg is kan cel overgaan tot apoptose.

Golgi bestaat uit cisternae (zakjes) die in stacks zitten. Elke stack bestaat uit ingang (cis) enuitgang (trans) face. Cis is gericht naar ER.

Er is ongereguleerde exocytose (gaat gewoon naar buiten) en gereguleerde (vesicle wacht bij plasma membraan tot een extracellulair signaal).

Endocytic pathwaysEndocytose kan als pinocytosis (kleine vesicles) of phagocytose (grote) plaatsvinden. Eerstevindt in alle cellen plaats, laatste alleen in phagocytic cells.

Phagocytose belangrijk voor afweer. Bindt aan receptoren (in dit geval een antibody) en eet het op door naar binnen en dan naar lysosoom.

Bij pinocytose: gaat de cel in (evt. door binding aan receptor), coat gaat van vesicle enfuseert met

endosome. Receptoren gaan terug naar plasmamembraan, vulling naar

lysosome.

Receptor-mediated endocytose zorgt voor selectief. Wordt ook gebruikt door virussenals aids. Niet altijd gaan receptor terug naar celmembraan, soms ook afgebroken inlysosomen.

Endosome is zuur, verandert langzaam in lysosoom. Is belangrijk bij scheiden/recyclen.Lysosomen ook zuur. Breken stoffen af. Eten soms ook hele organellen.



vGtG Samenvatting

19

ECB Hoofdstuk 17

Intermediate filamentsKunnen goed trek aan, algemene functie is cellen mechanische stress laten weerstand dieontstaat bij trekkrachten op cel.Zitten om celkern, lopen soms tot uit de cel (cel-tot-cel verbinding). Ook te vinden innucleus, nuclear lamina, die de nuclear envelop sterkt.

Intermediare filamenten zijn gevormd uit tetrameren van coiled-coils van alfa-helixen.

Verschillende soorten, 3 in cytoplasma: keratine (epitheelcellen), vimentin (bindweefsel,spier en glia) en neuro (zenuwcellen). Nuclear lamins in alle dierlijke cellen.

Keratine is de meest diverse soort. Via desmosomen worden cellen indirect met elkaarverbonden.

Intermediare filamenten vaak verstevigd door eiwitten die ze binden aan microtubili.

Nuclear lamine van intermediare filmanten gemaakt van lamins. Is niet touwachtig, maarmeer tweedimensionale mesh. Fosforylatie zorgt ervoor dat het wordt afgebroken tijdens deceldeling.

MicrotubulesMictrotubulus kunnen snel op en afgebroken worden. Groeien normaal vanuit centrosomedoor de cel heen. Zijn verantwoordelijk voor het transport door de cel en tijdens het delenvoor het uit elkaar trekken van de chromosomen. Daarnaast zijn ze verantwoordelijk voorhet vormen van uitstupsels als cilia en flagellen.

Opgebouwd uit tubulin (is zelf een dimer van - en -tubulin). Het is een polair geheel, is het + einde, het minus. Groeit sneller aan het plus einde.

Centrosome, vaak dicht bij de kern gelegen, bevat veel ringvormige -tubulin, dat alsstartpunt werkt. Het groeit zo dat het plus einde uit de centrosoom groeit. Centrosoom bevat ook een paar centrioles, weten niet wat hun functie is.

-tubulin bevat GTP. Als sneller polymeriseren dan hydrolyse tot GDP, dan blijft groeien, zoniet dan slinkt het heel snel. Einde van de cel kan vastgezet worden, microtubule blijft danconstant.

Zowel drugs die microtubili afbreken of stabiliseren kunnen gebruikt worden, beide hebbeneffect van stoppen celdeling, wordt veel gebruikt bij behandeling van kanker.

vGtG Samenvatting

Documents

Transcript of vGtG Samenvatting