-DIVISIÓN DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUDLICENCIATURA QUÍMICA FARMACÉUTICA BIOLÓGICA. Los Fármacos Como Modificadores De Funciones Biológicas. ¿Cómo superan los fármacos la membrana celular? Rebeca Jokebed Domínguez Mendoza Docente: Dr. Luis Alfonso Moreno Rocha. Trimestre: 21 - Otoño. Grupo: BG51Q. Introducción La comunicación ha tomado muchos papeles en tantos ámbitos del todo, y con esto me refiero al intercambio de información para llevar a cabo cualquier cosa. Está presente en la biología, química, física, ámbito social, en sí en toda la humanidad y vida natural. Por eso es bueno destacar la importancia del intercambio de mensajes y la selectividad de estos. Primero nos debe de quedar bien claro que es la comunicación, podemos entenderla como un intercambio de información entre dos partes. Esta información no siempre se transmite de la misma manera, esta se puede llevar a cabo por medio de sonido, imágenes, o inclusive químicos (moléculas). Nosotros los humanos por ejemplo desarrollamos este intercambio de información de manera verbal. En este caso para que exista la comunicación es necesario que existan 3 elementos, el emisor, el mensaje y el receptor. Para no abarcar tanto estos tres elementos pueden describirse y resumirse como: el emisor es quien transmite la información, el mensaje es la información que se emite en cualquiera de sus formas (sonidos, imágenes o químicos) y por último el receptor es quien recibe el mensaje y se encarga de codificar la información para así poder dar una respuesta. Para la comunicación celular se llevará a cabo con los mismos elementos (Emisor, mensaje y receptor). En este caso las células se comunican una con otra a través de mensajeros químicos, estos casi siempre se unen a proteínas receptoras en la superficie celular o, en algunos casos, en el citoplasma o en el núcleo. Las células que contienen estas proteínas receptoras serán las receptoras, que para este tema normalmente se les conocen como células diana. ¿Cómo superan los fármacos la membrana celular? Membrana celular Cada célula necesita una barrera física para mantener una estabilidad, retener sus contenidos y mantener separados materiales externos. Idealmente esta barrera debería ser impermeable a moléculas e iones presentes de la célula y sus alrededores, si no lo fuera se podrían difundir libremente las sustancias dentro y fuera de la célula provocando que se escapen moléculas fundamentales. Claro que no tiene que ser completamente impermeable porque es necesario el intercambio de moléculas entre la célula y el medio. Esta barrera tan esencialmente particular la llamamos membrana, contiene fosfolípidos, glicolípidos y proteínas propias de la misma. La membrana tiene regiones tanto hidrofílicas como hidrofóbicas, denominándose moléculas anfipáticas. Esta naturaleza anfipática es caracterizada por la estructura de los fosfolípidos, una cabeza polar debida a la presencia un grupo fosfato cargado negativamente unido a un grupo amino con carga positiva, en el caso de la fosfatidil etanolamina, un fosfolípido abundante en la mayoría de las membranas; y dos colas hidrocarbonadas no polares. Cuando se expone a un medio acuoso, experimenta una interacción hidrofóbica, los fosfolípidos se organizan en forma de dos capas, las cabezas polares orientadas hacia el medio acuoso en ambos lados y las colas hidrofóbicas estarán resguardadas del agua. Resultando así una estructura básica de bicapa lipídica. Con respecto a las proteínas se encuentran asociadas a la membrana lipídica, estas son casi siempre anfipáticas y se orientan en la bicapa según las regiones hidrofóbicas de la proteína que se asocia con el interior de la membrana, en cambio sus regiones hidrofílicas sobresalen hacia el medio acuoso. Dependiendo de la membrana, las proteínas pueden aportar una función específica. Pueden ser transportadoras, responsables del movimiento de sustancias específicas a través de la membrana; o enzimas que catalizan reacciones asociadas con la membrana; o receptores. El nivel de permeabilidad de la membrana depende de las moléculas, es sumamente permeable con moléculas no polares, disminuye su permeabilidad a la mayoría de moléculas polares y es casi nula para iones. Esto se debe a que la mayoría de los integrantes de la célula son polares o bien tienen una carga, también los compuestos que tienen pesos moleculares por debajo de 100 se van a difundir a través de la membrana a si sean o no polares, como el agua, que está al ser una molécula pequeña se difunde rápidamente a través de la membrana Es esencial que las células tengan mecanismos para transferir iones, como Na⁺ y K⁺, al igual que otras moléculas polares, para atravesar la membrana que le son imposibles de penetrar. La membrana está equipada con proteínas transportadoras que facilitan el acceso. Estas proteínas transmembranales son especializadas y sirven como un canal hidrofílico o como transportador que se une a un soluto específico en una cara de la membrana sufriendo un cambio conformacional para mover este soluto a través de la membrana. Todos estos canales o transportadores son específicos para la molécula o ion particular. Esta actividad por parte de las proteínas es regulada para satisfacer necesidades y funciones propias de la célula, razón por la que la membrana decide ser selectivamente permeable. Comunicación celular Dependiendo de la relación que exista de la célula emisora a la que recibe se puede describir como se transmite; intracrina, autocrina, yuxtacrina, paracrina, endocrina y neuroendocrina. Sin importar el nivel de importancia de las demás, considero que las últimas 3 las que más énfasis se hace en el curso por la interacción que pueden tener los fármacos. La transmisión paracrina se trata de una molécula que servirá de señal emitida por la célula se agrega al medio extracelular y accede a las células diana por medio de difusión gracias al espacio extracelular. En cambio, la endocrina acondiciona la comunicación ya que las células que emiten el mensaje y las receptoras están en una distancia considerable, usando el torrente sanguíneo. Por otro lado, la comunicación neuroendocrina es muy similar a la endocrina, la diferencia es que la célula emisora es una neurona y la liberación de la molécula se lleva a cabo en respuesta de una transmisión de un impulso nervioso. Considerando que puede ser clasificados en dos grupos en la forma de cómo se expresa, el primer grupo es utilizado un cambio de potencial eléctrico, y en el otro, que son de carácter más químico, donde se utilizan moléculas como hormonas, neurotransmisores, citoquinas. Como ya lo había mencionado, las membranas forman barreras entre los compartimientos acuosos, una capa membranosa separa los espacios intra y extracelulares. Solo moléculas realmente pequeñas pueden atravesar estas membranas por cuatro mecanismos. Primero contamos con la difusión directa a través del lípido, donde sustancias no polares se disuelven en lípidos membranosos y así atraviesan con facilidad las membranas por medio de difusión, el número de moléculas que penetran la capa membranosa por unidad tanto de tiempo como de superficie dependerá del coeficiente de permeabilidad y la diferencia de la concentración de la membrana. Para que se produzca una transferencia rápida, el número y la movilidad de las moléculas deben ser elevados. Factores que influyen en la permeabilidad de la membrana son la solubilidad y la difusividad. Añadiendo que la liposolubilidad es un factor determinante de las características farmacocinéticas de un fármaco. Un segundo mecanismo es la difusión a través de poros acuosos gracias a proteínas que atraviesan el lípido, es necesario para la transferencia de gases como el anhídrido carbónico, aunque sus poros son demasiado pequeños para el paso de muchas moléculas mayores de 1 nm de diámetro. Y bien, para mencionar el tercer mecanismo, la combinación con una proteína transportadora transmembranosa que captará una molécula a un lado de la membrana, modifica la configuración y la libera en el otro lado. La pinocitosis, el cuarto mecanismo, consiste en una invaginación de parte de la membrana, donde se forma una pequeña vesícula que contiene elementos extracelulares, este contenido se libera dentro del interior de la célula o bien se expulsa del otro lado de la misma célula. Cabe destacar que este mecanismo es útil para transportar macromoléculas, pero no para moléculas más grandes. La acidez o la basicidad de muchos fármacos son un factor que complica el paso a través de las membranas, por eso existen formas ionizadas o sin ionizar, variando por el pH. La liposolubilidad de las partículas sin carga son más liposolubles y atraviesan fácilmente la membrana. Lo que influye en la velocidad y equilibrio de distribución de las moléculas farmacológicas entre los compartimientos acuosos es la ionización para que los fármacos penetren la membrana celular. Así que una sustancia no ionizada puede atravesar la membrana y alcanzar la misma concentración pero se supone que las sustancias ionizadas son todo lo contrario. Por lo que las consecuencias que tiene el reparto según el pH son: a) la acidificación de la orina acelera la excreción de bases débiles y retrasada la de los ácidos débiles, b) la alcalinización de la orina es viseversa al punto anterior, y c) el aumento del pH plasmático favorece el paso de los ácidos débiles del sistema nervioso central al plasma, pero si se disminuye el pH plasmático provoca que los ácidos débiles se concentren en el sistema nervioso central, potencializando su neurotoxicidad. Existen mecanismos de transporte especializados que podrán regular la entrada y salida de moléculas como azúcares, aminoácidos, neurotransmisores e iones metálicos. Este tipo de sistemas de transporte dependen de una molécula transportadora que capta una o más moléculas o iones, cambiando de configuración y liberando las moléculas al otro lado de la membrana. La difusión facilitada es aquel proceso de equilibrio transmembranoso de la sustancia que es transportada sin modificación o en contra de su gradiente electroquímico facilitada por el sistema de transporte pasivo, que es aquel que no necesita de una fuente de energía. O bien, puede acoplarse al gradiente electroquímico de Na que puede ir en contra del gradiente, denominándose transporte activo; caracterizado por su saturación. El transporte de fármacos mediado por transportadores sólo tiene importancia en ciertos lugares. Un ejemplo de transportadores farmacológicos es la glucoproteína P, esta desempeña un papel en la absorción, distribución y la eliminación de muchos fármacos. Una porción del fármaco libre que se encuentra en solución acuosa es tan mínima a comparación del resto que se ha asociado a proteínas plasmáticas. La forma libre es la fracción con mayor actividad farmacológica. La albúmina, es la proteína plasmática más importante, con quien se unen muchos fármacos ácidos. En cuestión con los fármacos básicos estos se unen a otras proteínas plasmáticas como la B-globulina y glucoproteína ácida que favorecen los procesos inflamatorios Claro que dependerá de 3 factores para que cierta cantidad de fármaco se una a las proteínas plasmáticas: La concentración de fármaco libre, su afinidad por lugares de unión y la concretación de la proteína. Esto se puede representar con una analogía a la unión fármaco-receptor. Para conseguir un efecto clínico, la concentración plasmática de muchos fármacos es muy inferior a 1,2 mmol/L, logrando una saturación mínima en los lugares de unión y la concentración complejo será proporcional a la concentración libre. Provocando que la fracción combinada no dependa de la concentración del fármaco. En cambio hay otros fármacos, como tolbutamida y algunas sulfamidas, que puedan actuar a concentraciones en donde la unión a las proteínas se aproxime a la saturación. En otras palabras, si se añade más fármacos, la concentración del producto libre aumentará. En caso de que se duplique la dosis, la concentración del producto activo puede aumentar más del doble Conclusiones La comunicación celular toma gran relevancia en nuestro papel como farmacéuticos, si nosotros queremos que un fármaco realice una modificación a la célula debemos de comprender como es que esta recibirá y codificara la información, no solo es suministrar por suministrar el fármaco y esperar a que este haga algo, es entender cómo es que será absorbido y transportado hasta la célula diana. Esta comunicación nos ha permitido adaptarnos y adaptar al organismo para todo tipo de acción que se realiza, es increíble como solo cierta molécula al llegar a una diana puede desencadenar un estímulo tal como para levantar un brazo, secretar más químicos, tener respuestas sensoriales, cambiar estados de ánimo o hasta los movimientos de un musculo en cuestión. Bibliografía BECKER, W., KLEINSMITH, L., & HARDIN, J. (2007). El mundo de la célula (6ta ed.). Pearson. Rang, & Dale. (2008). Farmacología (6ta ed.). Elsevier.
