UNIVERSITE Dr TAHAR MOULAY –SAIDA FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE BIOLOGIE UNIVERSITE Dr TAHAR MOULAY –SAIDA FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE BIOLOGIE Les caractéristiques des médicaments Mécanisme d’action des médicaments Mécanisme dépendants des récepteurs cellulaires : récepteurs membranaires récepteurs intracellulaires Mécanisme indépendant des récepteurs cellulaires Transferts ioniques Enzymes Pharmacologie moléculaire 1Pr SLIMANI.M Pr.Miloud SLIMANI

Champ d’étude : - Pharmacocinétique: devenir dans l’organisme (ADME): effet de l’organisme sur la substance -Pharmacodynamie: mécanisme d’action = effet de la substance sur l’organisme Étude des effets des PA et de leurs mécanismes d’action Principe Actif :PA - Récepteur - Enzyme - Structure cellulaire Effet thérapeutique recherché Site d’action 2Pr SLIMANI.M

Médicament ( drug, medicine, medication) “ Toute substance ou composition, présentée comme possédant des propriétés curatives ou préventives à l’égard des maladies humaines ou animales, ainsi que tout produit administré à l’homme ou à l’animal en vue d’établir un diagnostic médical, de restaurer, corriger ou modifier leurs fonctions organiques. Devenir du médicament 3 Pr SLIMANI.M Site d’administration

Pr SLIMANI.M4 Absorption des médicaments par diffusion passive -la plus fréquente -selon un gradient de concentration -sans énergie -non saturable -la liposolubilité Diffusion passive Le transfert passif d’un composé selon un gradient de concentration est déterminé par la loi de Fick : Cext-Cint : gradient de concentration D: coefficient de diffusion du xénobiotique ( taille et ionisation) S: surface de la membrane K : coefficient de partage du xénobiotique ( lipophilie) E: épaisseur de la membrane

Pr SLIMANI.M5 Caractéristiques physico chimiques du médicament Molécules lipophiles diffusion lente diffusion rapide, gradient de concentration ----élimination rapide du cerveau

Conditions nécessaires à une interaction moléculaire Pour que deux molécules, soit deux macromolécules, soit une macromolécule et un médicament de faible poids moléculaire, puissent interagir l'une avec l'autre, elles doivent se rencontrer et avoir une certaine complémentarité structurale et électronique. Complémentarité structurale et électrostatique 6Pr SLIMANI.M

Conformation Une molécule ne possède qu'une seule configuration mais elle peut, si elle comporte des liaisons simples, prendre différentes conformations en raison de la libre rotation des atomes autour des liaisons simples. A chaque conformation correspond une « forme » particulière de la molécule dans l'espace La possibilité de changer de conformation donne aux molécules une flexibilité leur permettant de s'adapter les unes aux autres dans l'espace. On parle dans ce cas de conformations induites. Cette adaptabilité conformationnelle joue un rôle déterminant dans la plupart des phénomènes biologiques 7Pr SLIMANI.M Conditions nécessaires à une interaction moléculaire

Lorsqu’un médicament atteint une cible, une liaison va s’établir -La liaison formée peut être une liaison covalente. L’établissement et la rupture des liaisons covalentes jouent un rôle capital dans le métabolisme, la biotransformation des médicaments et les effets qu’ils initient. -La liaison non covalente (liaison ionique, liaison hydrophobe, liaison hydrogène…) tient compte des effets d’attraction et de répulsion. C’est une liaison fragile. Cependant, un médicament génère généralement un grand nombre de liaisons non covalentes avec la cible ce qui favorise une bonne interaction et stabilise le complexe formé. Conditions nécessaires à une interaction moléculaire La liaison du médicament modifie les propriétés de la cible, ce qui conduit à une réponse de la cellule : c’est l’effet pharmacologique. Après avoir agi, le médicament rompt sa liaison avec le récepteur et l’effet pharmacologique cèsse. La réaction est donc réversible. Si le médicament ou le médiateur reste lié longtemps au récepteur, son action va se prolonger 8Pr SLIMANI.M

9 1- Si le médicament reproduit le même effet que le médiateur endogène (effet mimétique ), il s’agit d’agoniste. L'agoniste peut être un neuromédiateur, une hormone ou une substance exogène. La réponse maximale obtenue pour un effet pharmacologique varie d’un agoniste à un autre, la réponse maximale tient compte d’un facteur α propre à chaque agoniste : c’est l’activité intrinsèque de l’agoniste. -Un agoniste entier ou pur(α=1) peut produire l’effet maximal -Un agoniste partiel (0<α<1) ne peut pas produire l’effet maximal enregistré par les agonistes entiers de ce même récepteur Interaction Ligand – Récepteur : La composition chimique de ces médicaments proche ou apparentée à celle d’un médiateur endogène vient se fixer sur des récepteurs de ce médiateur endogène et sur lesquels reposent des fonctionnements cellulaires spécifiques dans l’organisme. Ils peuvent être classés selon deux grands ordres

Pr SLIMANI.M10 Les médicaments qui stimulent ou renforcent la fonction cellulaire : les médicaments dits « mimétiques » ou « agonistes » (semblables). Exemple : Les agonistes adrénergiques sont sympathomimétiques (ex. : éphédrine et salbutamol). Les agonistes cholinergiques sont parasympathomimétiques (ex. : béthanéchol et édrophonium).

Pr SLIMANI.M11 -- La CE50(dose efficace 50): dose d’agoniste qui permet d’obtenir 50% de son effet maximum. C’est le paramètre qui permet de quantifier l’effet d’un agoniste. La DE50caractérise la puissance de l’agoniste. Efficacité de l’agoniste : effet maximal induit par cet agoniste (Emax),dépend de l’activité intrinsèque de l’agoniste. -Puissance de l’agoniste : évaluée grâce à la DE50 (dose efficace 50) 50 % de l’effet max. Plus la DE50 est petite meilleure est la puissance. Effet en fonction de la dose sigmoïde (coordonnées logarithmiques) hyperbolique

Pr SLIMANI.M12 A plus efficace que B B plus puissant que A A et C : même efficacité A plus puissant que C puissance : A > C > D -L’activité intrinsèque (α) représente la proportion de l’effet max que cet agoniste peut atteindre -L’efficacité d’une substance est caractérisée par l’effet max qu’elle induit et dépend donc de son activité α Emax α E max. C C +CE 50 E=

13Pr SLIMANI.M Un antagoniste agit en inhibant les effets produits par un ligand endogène - les antagonistes compétitifs, l’antagoniste se lie sur le même site que le médiateur endogène -les antagonistes non compétitifs, l’antagoniste se lie à un autre site du récepteur. 2 - Si le médicament s’oppose à l’action du médiateur endogène, sans déclencher de réponse biologique,on parle d’effet antagoniste Elle déplace vers la droite la relation dose effet d'un agoniste (c'est l'effet d'un antagoniste)

Pr SLIMANI.M14 Exemple : Les médicaments qui ralentissent ou inhibent la fonction cellulaire: antagonistes. Leur désignation se termine généralement par le suffixe « lytique » (ex. : anxiolytique. Exemple : Les antiadrénergiques, ou antagonistes adrénergiques (propranolol), les anticholinergiques, ou antagonistes cholinergiques, sont dits «parasympatholytiques » (ex. : atropine ). On les désigne souvent en faisant référence au type de récepteur qu’ils antagonisent (ex. : bêta-bloquant).

Conséquences des interactions médicament/cible La liaison d’un médicament à un récepteur est l’étape nécessaire à une suite de réponses. Elle peut induire : 1-Un changement de conformation du récepteur ; c’est le cas des canaux ioniques par exemple : ceci modifie l’activité du récepteur (passage sélectif d’ions dans le cas des canaux ioniques) 2-Des modifications de la distribution des charges électroniques, des échanges de protons… 3-L’activation de protéines, ce qui conduit à une cascade de modifications :-- o Production des nouvelles substances, appelées messagers intracellulaires, qui initient des voies de signalisation du message o Régulation de facteurs de transcription mais, qu’il s’agisse de liaisons faibles ou fortes, l’effet d’un médicament dépend de sa cible. 15Pr SLIMANI.M

16 Ce type de canal ionique [ouvert/fermé] par un ligand sont des protéines qui existent dans au moins 2 conformations : l'une de ces conformations forme un pore transmembranaire. Le passage d'une conformation à une autre est régulé par la fixation d'un ligand spécifique : la fixation de ce ligand ouvre ou ferme ce canal.

Pr SLIMANI.M17 4-C’est la modification des effets d’un médicament du fait de la prise simultanée d’une autre substance, médicamenteuse ou non. C’est un effet pharmacologique ou indésirable. Ces i ntéractions peuvent être dangereuses ou bénéfiques : 1°) l’Antagonisme E ( A+ B ) < E ( A ) si A est le plus actif. 2°) La synergie. a ) additive E ( A + B ) = E ( A ) + E ( B ) b ) potentialisatrice E ( A + B ) > E ( A ) + E ( B )

Cibles des m é dicaments L’effet d’un médicament est lié à l’interaction du médicament avec son site d’action, qui est généralement un récepteur mais qui peut aussi être une enzyme, une protéine de transport, un canal ionique Les cibles des médicaments actuels sont peu nombreuses par rapport à la multiplicité des cibles potentielles issues des connaissances récentes. En effet, aujourd’hui, on note l’existence d’environ 3000 substances utilisées comme médicaments mais uniquement 500 cibles. Médicaments. Les deux classes de cibles les plus importantes sont les récepteurs membranaires des médiateurs (45%) et les enzymes (28%). Les canaux ioniques (5%) et les récepteurs nucléaires (2%) sont d’autres cibles potentielles des Médicaments. Pr SLIMANI.M18

Mécanismes d’action -Un poids moléculaire faible inférieur à Poids moléculaire élevé : polypeptides analogues aux molécules endogènes 1-Médicaments de remplacement (Médicaments de substitution) 2-Actions non-spécifiques : propriétés physico-chimiques -Certains médicaments agissent par interaction physicochimique : par exemple action osmotique des laxatifs osmotiques -Pansements gastriques, intestinaux -Modificateurs de l’équilibre acido-basique 3- Actions spécifiques : Modificateurs de fonctionnement cellulaire, Action sur certains processus métaboliques : action sur la perméabilité cellulaire -Protéines : récepteurs, canaux ioniques, enzymes, -transporteurs -Acides nucléiques: (Agents anticancéreux)  19Pr SLIMANI.M La plupart des médicaments peuvent être regroupés selon l’activité qu’ils exercent dans l’organisme.

1-Les médicaments de substitution Beaucoup de médicaments sont des médicaments de remplacement d’une substance nécessaire à l’organisme.Ils sont utilisés afin de prévenir ou de corriger une maladie dite carentielle Défaut de synthèse : insuline chez le patient diabétique, dopamine (L dopa) dans la maladie de Parkinson, facteurs de coagulation VIII ou IX chez l’hémophile. Défaut d’apport : vitamine D (rachitisme : déficit en vit D lié à un défaut d’activation cutanée de la vit D par les rayons UV), vitamine B12 (anémie de Biermer : défaut de sécrétion et d’activation de la vit B12 dans l’estomac par l’acidité gastrique). Défaut physiologique de synthèse : le défaut d’oestrogènes après la ménopause peut entrainer de l’ostéoporose (maladie des os fragiles) 20Pr SLIMANI.M

21 2- Actions non-spécifiques Médicaments à action mécaniques : interaction physicochimique Ces médicaments ne sont pas ou sont très peu absorbés et ils agissent par leur seul contact (ex. : l’huile minérale en prise orale ou en administration rectale favorise l’élimination par ramollissement des selles ; les stéroïdes en application cutanée, nasale, ophtalmique Exemple : -Le principe de fonctionnement des laxatifs de lest est d’aider à augmenter le volume des selles, ce qui va déclencher le péristaltisme des intestins (action mécanique des intestins faisant progresser les selles dans le tube digestif vers le rectum en vue de leur expulsion). Exemple de laxatifs : Metamucil®, Mucivital®, Spagulax®, Normacol® -Antiseptiques et désinfectants :Les solutions alcooliques d'iode :Alcool iodé à 1%,Teinture d'iode à 5% ; le polyvidone iodé (PVPI) en solution à 10 %.

Pr SLIMANI.M22 1Mécanismes dépendants des Récepteurs 1-1 Récepteurs membranaires : R. couplés à la Protéine G (RCPG): R. muscarinique à l’acétylcholine Récepteurs enzyme: -R. à l’insuline (activité tyrosine-kinase) -R.à l’atrial natriurétique peptide (activité guanylyl cyclase produisant du GMPc) Récepteurs canaux : Récepteurs à activité de canal ionique : ce sont des récepteurs polymériques dont les sous-unités subissent un changement conformationnel lors de la fixation de l’agoniste, ce qui permet le passage d’ions. Ex : le récepteur nicotinique à l’acétylcholine. 1-2-Récepteurs intracellulaire ( Récepteurs facteurs de transcription): 1-3récepteurs nucléaires : ex : récepteurs des hormones thyroïdiennes, des hormones stéroïdiennes 2-Mécanismes indépendants des Récepteurs 2-1 Transferts ioniques 2-2Enzymes (faux substrats,Inhibition,Activation) 3-Médicaments à action spécifique :

Pr SLIMANI.M23 Amplification Spécificité 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs 1-Récepteurs membranaires 1-1 R.couplés à la Protéine G

Mod è le de fonctionnement des r é cepteurs coupl é s aux prot é ines G 24Pr SLIMANI.M 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs Les récepteurs couplés aux protéines G sont des récepteurs membranaires. Après dissociation de la protéine G, il y a libération ou activation de 2nds messagers dans la cellule, qui va aboutir à des effets biologiques avec activation de signaux de transduction. Des hormones peptidiques et plusieurs neurotransmetteurs utilisent cette signalisation

25Pr SLIMANI.M 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs Structure de base des récepteurs couplés aux protéines G site de liaison pour le ligand 7 domaines transmembranaires (hélice α)

Pr SLIMANI.M26 Modulation de l’activité d’une enzyme ou d’un canal ionique via une protéine G 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs Récepteurs monomériques à 7 domaines transmembranaires : ils sont couplés aux protéines G. Leur stimulation induit une interaction du récepteur avec une protéine G, ce qui induit ensuite une production de second messagers (AMPc, Ca++…).

L'effet observé dépend donc essentiellement de la nature de a; il y a différents types de sous-unités a, notamment les as et ai, qui sont présentes dans la quasi- totalité des cellules Go(o pour other = autre) des protéines Go : Gp, Gk, GCa. 1.Gp qui modulent l'activité de la phospholipase C. 2.Gk qui modulent l'ouverture des canaux potassiques. 3.GCa qui modulent l'ouverture des canaux Ca2+. 27Pr SLIMANI.M 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

Pr SLIMANI.M28 Gp qui module l'activité de la phospholipase C 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

Effets sur les sécrétions (récepteurs M3) Par action sur la phospholipase C, l'acétylcholine augmente les sécrétions digestives (salive abondante), bronchiques (encombrement bronchique), cutanées (sueurs) et lacrymales. Effets centraux La stimulation des récepteurs muscariniques post-synaptiques provoque une dépolarisation ou une hyperpolarisation. Chez l'animal, leur stimulation entraîne une facilitation de l'apprentissage mais aussi une hypothermie, des tremblements, des convulsions Exemple : L'atropine est un inhibiteur compétitif des récepteurs cholinergiques muscariniques. Son action se traduit par une diminution du tonus parasympathique. Récepteurs muscariniques de L’Ach: Il existe plusieurs types de récepteurs muscariniques appelés M1, M2, M3, les plus connus, M4 et M5, couplés aux protéines G. Schématiquement, les récepteurs M1 et M3 sont couplés à la phospholipase C qui entraîne une élévation de l'inositol-triphosphate, IP3, du diacylglycérol, DAG, et du Ca2+; les récepteurs M2 sont couplés aux canaux K+ dont ils favorisent l'ouverture et à l'adénylcyclase qu'ils inhibent 29Pr SLIMANI.M 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

Pr SLIMANI.M30 Récepteurs muscariniques de L’Ach 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

Pr SLIMANI.M31 Les récepteurs adrénergiques : comportent deux classes : alpha et beta chaque classe de récepteurs se subdivise en sous groupes: 1-Les récepteurs α 1 (alpha-1) sont couplés à une protéine Gq activatrice d'une enzyme, la phospholipase C (PLC). -L'IP 3 va se lier à son récepteur à la surface du réticulum endoplasmique (RE). Ce dernier est un canal calcique qui permet la sortie massive du calcium du RE vers le cytosol entraînant l'augmentation de la concentration intracellulaire de calcium. Cela provoque une contraction musculaire. -Le DAG est un activateur de la protéine kinase C (PKC). -Exemples : -Agonistesα 1 adrénergiques : éphédrine, phényléphrine, naphazoline -Antagonistesα 1 adrénergiques : alfuzosine, doxazosine, prazosine, phentolamine, 2- Les récepteurs α 2 (alpha-2) sont couplés à une protéine Gi : inhibition AC diminution AMPc. Ils sont situés dans le système nerveux central (sous-type α 2A, inhibition neuronale ), dans les corps ciliaires de l'œil, et le tissu adipeux..Agonistesα 2 adrénergiques : apraclonidine, brimonidine, clonidine -Antagonistes α 2 -adrénergiques : phentolamine, yohimbine

Pr SLIMANI.M32 Les récepteurs beta-adrénergiques beta 1,2 et 3, leur action est initiée par une protéine Gs stimulatrice de l'adénylate cyclase, permettant ainsi la synthèse d'AMPc qui active la protéine kinase A, laquelle va phosphoryler diverses protéines rendant compte de la diversité des effets. Les récepteurs beta 1: localisation préférentiels au niveau cardiaque les récepteurs beta 2 sont prédominants au niveau vasculaire et bronchique Exemple :Beta-bloqueurs : β1-antagonistes diminution des besoins en O2; diminution du nb de contractions : anti-angor : antihypertenseurs, antiarythmiques. -salbutamol (ventoline) : β2-agoniste relaxation du muscle lisse bronchique ( anti-asthmatique) ; diminue les contractions pendant la grossesse -Agonistes beta 1 : dobutamine, noradrénaline, dopamine Les récepteurs β 3 -adrénergiques jouent un rôle important dans la relaxation des fibres musculaires lisses de l'utérus, de la vessie et des vaisseaux sanguins

Pr SLIMANI.M33

1-2 Récepteurs-enzymes Le récepteur possède lui-même une activité enzymatique. Son activation par le messager module cette activité qui est de type kinase ou phosphatase ou guanylate cyclase : 1.de type protéine kinase. La plupart d'entre eux sont des récepteurs tyrosine kinases, désignés habituellement par RTK, un des plus connus étant le récepteur à l'insuline. Le récepteur de l'insuline est formé de deux sous-unités a et de deux sous-unités ß. 2 sous-unités a extracellulaires : elles interviennent dans la fixation et la reconnaissance de l'insuline grâce aux carbohydrates périphériques - 2 sous-unités β transmembranaires : elles portent l'activité catalytique engendré par la liaison hormone/récepteur. - un pont disulfure lie chaque unité a à une b 34Pr SLIMANI.M 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

Lors de la stimulation par l'insuline, il y a autophosphorylation de la partie intracellulaire du récepteur (un groupe -OH porté par un résidu tyrosyl devient - O-P) et phosphorylation de l'IRS (insulin receptor substrate) attenant au récepteur ( R-OH R-O-P ). Ces protéines dont la phosphorylation s'effectue sur un groupe OH enclenchent des réactions enzymatiques qui seront à l'origine des effets biologiques observés. 35Pr SLIMANI.M un groupe -OH porté par un résidu tyrosyl devient -O-P) et phosphorylation de l'IRS (insulin receptor substrate) attenant au récepteur ( R-OH R-O-P ). 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs Récepteur tyrosine kinase

Pr SLIMANI.M36 Le changement conformationnel du récepteur, engendré par la liaison de l'insuline à la sous-unité alpha, aboutit à l'autophosphorylation de la sous-unité bêta sur trois domaines contenant des résidus tyrosine. le premier domaine est situé dans la région juxtamembranaire (Tyr 960), le second dans le domaine catalytique (Tyr 1146, 1150, 1151) et le dernier dans la partie C- terminale (Tyr 1316, 1322). La phosphorylation de la sous-unité bêta est capitale. En effet, la sous-unité bêta ainsi activée est capable de phosphoryler des protéines intracellulaires sur des résidus tyrosine et de transmettre le message hormonal par une cascade de réactions de phosphorylation/ déphosphorylation. 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

37Pr SLIMANI.M 1-3 Récepteurs canaux: -Protéine transmembranaire, polymériques -Passage sélectif d’ions -Gradient électrochimique -Liaison du ligand au niveau extracellulaire module l’ouverture du canal Na Récepteurs nicotiniques de Ach et canal Na+ -Stimulation ouverture du canal Na+ entrée de Na+ dans la cellule et dépolarisation de la plaque motrice potentiel d’action qui se propage -Au niveau musculaire : libération de Ca++ contraction myofilaments -Exemples de médicaments : -Myorelaxants dépolarisants (curares, anesthésiques ) : absence de dépolarisation pas de libération du Ca++ intracellulaire muscle -Bloqué en position relâchée 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

Pr SLIMANI.M38 Récepteur Nicotinique Récepteurs canaux

Figure du haut : Condition normale physiologique. Après ouverture du canal sodique par liaison de l'acétylcholine, le récepteur passe par un état désensibilisé avant de revenir au stade de repos ou d'être renouveller. Figure du bas : Condition toxicomaniaque tabagique. La nicotine remplace l'acétylcholine et surstimule le récepteur nicotinique. Puis le récepteur est inactivé à long terme et son renouvellement est bloqué par la nicotine 39Pr SLIMANI.M

40Pr SLIMANI.M Récepteurs GABA A Récepteurs GABA A : acide gama aminobutyrique (GABA) et canal Cl- Liaison du GABA ouverture canal Cl hyperpolarisation au niveau post synaptique induisant un effet sédatif Exemples de médicaments : Anxiolytiques type benzodiazépines: augmentent la liaison du GABA aux récepteurs GABAA: canal Cl entrée de Cl- dans la cellules hyperpolarisation au niveau post synaptique effet sédatif(molécules modulatrices qui facilitent l’action du GABA) 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

Pr SLIMANI.M41 Récepteurs GABA A

ANESTHESIQUES :ANESTHESIQUES BARBITURIQUES Thiopental : PENTHOTAL Médicament très utilisé. Il induit rapidement une narcose profonde de durée brève. La baisse de l’activité métabolique cérébrale et du débit sanguin cérébral entraînent une diminution de la pression intracrânienne. Cet effet est mis à profit en réanimation neurologique et neurochirurgicale. Mécanisme d’action : Le thiopental facilite et potentialise l’action de l’acide gamma aminobutyrique (GABA). Il augmente la fréquence d’ouverture des canaux chlorés et prolonge leur durée d’ouverture. Le passage intracellulaire de chlore entraîne une hyperpolarisation de la membrane, créant un potentiel inhibiteur post-synaptique. L’activité neuronale est alors déprimée. La plupart des anesthésiques potentialisent l'action du GABA sur son récepteur, soit en augmentant l'affinité de ce neuromédiateur pour son récepteur, soit en augmentant la durée et la probabilité d'ouverture du canal chlore où est localisé le récepteur GABA A.. 42Pr SLIMANI.M 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

Pr SLIMANI.M43 dans le noyau cellulaire ou migrent du cytosol vers le noyau de la cellule :Parmi ces récepteurs nucléaires, on a les récepteurs aux corticostéroïdes, aux minéralo- corticoïdes, aux stéroïdes sexuels, à la vitamine D, aux hormones thyroïdiennes, au monoxyde d’azote (NO). Les ligands doivent être lipophiles pour pouvoir traverser la membrane plasmique et la membrane nucléaire pour se lier aux récepteurs Ils se fixent après activation par leur ligand sur l’ADN et induisent des modifications de la transcription de certains facteurs, par exemple la stimulation de la synthèse de protéines. 1-3 Mécanisme dépendants des récepteurs cellulaires : R. intracellulaires 1-Mécanismes Dépendants des Récepteurs

L'activation du r é cepteur R1 par le messager M entra î ne des effets cytoplasmiques, l'activation du r é cepteur R2 entra î ne des effets nucl é aires; M = messager, R = r é cepteur membranaire, C = cytoplasme, N = noyau de la cellule 44Pr SLIMANI.M Mécanisme dépendants des récepteurs cellulaires : R. intracellulaires

Pr SLIMANI.M Action sur les systèmes ioniques : Via une protéine de transport -sans apport d’énergie : transporteurs -avec apport d’énergie : pompe ioniques spécifiques Pompe ATPase, Na+/k+ dépendante Pompe à Calcium, ATPase-Mg++ dépendante Pompe à protons (H+/K+ dépendante-ATPase) Canal Na Canal Ca++voltage dépendant Co transport Na+cl- ou pompe Cl- 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs 2-2-Actions sur les enzymes Inhibition Activation

Pr SLIMANI.M46 Permet le maintien d’un gradient transmembranaire en ions Na+( extracellulaire) et K+ (intracellulaire) - ion Na + se lie (avec haute affinité) à la protéine dans son domaine intracellulaire. Cette liaison stimule l'hydrolyse de l'ATP (lié à la pompe) et la phosphorylation de la pompe. Ceci a pour conséquence d'induire un changement conformationnel qui permet d'exposer le site de liaison du sodium vers le domaine extracellulaire et de libérer l'ion à l'extérieur de la cellule. Dans le même temps, des sites de liaison à haute affinité pour le K + sont exposés dans le domaine extracellulaire. La liaison du potassium extracellulaire stimule l'hydrolyse de l'ATP ce qui induit un second changement conformationnel. Ce changement expose le site de liaison du K + vers le domaine intracellulaire et libère l'ion à l'intérieur de la cellule. La pompe a trois sites de liaison pour le Na + et deux pour le K +. Chaque cycle transporte donc deux molécules de potassium dans le compartiment intracellulaire et 3 molécules de sodium dans le compartiment extracellulaire et une molécule d'ATP est consommée Pompe ATPase, Na+/k+ dépendante 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Pr SLIMANI.M47 Fonctionnement de la Pompe ATPase, Na+/k+ dépendante 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Un certain nombre de médicaments ont pour cible ces transporteurs. L’action stimulatrice ou inhibitrice dépend du système concerné. Par exemple, les digitaliques inhibent la Na+/K+ ATPase du cardiomyocyte, modifiant ainsi l'équilibre ionique et l'activité des autres systèmes de transport de la cellule. Il en résulte une augmentation du contenu sodique du cytosol et secondairement un accroissement de la quantité de calcium disponible pour réagir avec les protéines contractiles de manière à renforcer la puissance de la contraction myocardique :effet inotrope positif. -Digitaliques impliqués dans l’insuffisance cardiaque inhibition de la pompe Na/K ATPase dépendante augmentation du Na intracellulaire blocage de l’échangeur Na /Ca Accumulation de la Ca intracellulaire fixation à la troponine C intéraction actine –myosine contraction du muscle cardiaque 48Pr SLIMANI.M 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Pr SLIMANI.M49 La pompe H+/K+-ATPase ou pompe à protons est une enzyme magnésium- dépendante qui assure l’échange d’un proton contre un ion potassium à travers une membrane. Elle est présente au niveau du colon, du rein, mais surtout de l’estomac où elle est particulièrement active. Au niveau de l'estomac, cette pompe assure la sécrétion de protons responsables de l'acidité du liquide gastrique. Elle génère un gradient de pH de plus de 6 unités : Elle présente beaucoup d'analogie avec la pompe Na + /K + -ATPase. Elle est formée de deux sous-unités, l'une, a, responsable de l'activité de pompage et d'hydrolyse de l'ATP Pompe H+/ K - ATPase dépendante: Le principal stimulant de la pompe H+/K+-ATPase est la prise d’aliments qui agit par libération d’histamine, de gastrine et d’acétylcholine, lesquelles activent, par l’intermédiaire de l’AMP cyclique ou du calcium, les protéines kinases qui, elles- mêmes, activent la H+/K+-ATPase. L'énergie requise pour assurer cet échange est fournie par l'hydrolyse de l'ATP régénérée par les mitochondries. 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Sécrétion de HCl par la cellule pariétale gastrique (R = récepteur, PK = protéine kinase) 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs 50Pr SLIMANI.M Elle assure la sécrétion d ’ions H+ dans la lumière de l’estomac contrôlant ainsi l ’acidité. La pompe à proton ou H+/K+ ATPase

Pr SLIMANI.M51 L'oméprazole, le lansoprazole, le pantoprazole et le rabéprazole, inhibiteurs irréversibles de la pompe à protons(IPP) L'ATPase H + /K + est la cible directe de l’oméprazole : utilisée pour traiter les ulcères gastriques. L'inhibition du fonctionnement de la pompe se traduit par une augmentation du pH de l'estomac (vers pH 4), favorable à la cicatrisation. Le lansoprazole est un inhibiteur de la pompe à protons gastrique. Il permet d'inhiber le dernier stade de formation de l'acide gastrique en inhibant l'activité de la pompe à protons H+/K+ ATPase au niveau des cellules pariétales de l'estomac. L'inhibition est réversible et dose-dépendante. Ces inhibiteurs de la pompe à protons sont ionisés et transformés en molécules actives qui établissent des liaisons avec le groupe SH de la cystéine de la sous unité alpha de la pompe.la pompe est inhibé de façon irréversible 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

2-1-3 Canal Na : processus rapide pour la genèse du potentiel d’action neuronal, anti-arythmique, quinines Exemples : Anesthésiques locaux, anti-arythmique, quinines Les anesthésiques locaux (AL) sont des médicaments qui, en inhibant la conduction nerveuse là où ils sont administrés, rendent insensible à la douleur le territoire correspondant à cette innervation. Le médicament de référence de ce groupe est la lidocaïne. Ce sont des bases faibles de pKa compris entre 7,6 et 8,9. Ainsi, au pH de l'organisme, ces molécules sont fortement ionisées et diffusent largement dans les liquides intra et extracellulaires. Leur coefficient de partage entre un solvant organique et une solution tampon est supérieur à 1, ce qui leur confère une grande facilité à traverser les membranes biologiques. En réduisant la perméabilité membranaire aux ions Na +, les anesthésiques locaux inhibent la dépolarisation et la conduction nerveuse. Ils ne bloquent pas l'orifice externe du canal mais l'orifice intracellulaire et doivent donc pénétrer à l'intérieur de la cellule pour agir et restent piégés dans le pore. 52Pr SLIMANI.M 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

53Pr SLIMANI.M Mécanisme d’action des Anesthésiques locaux

Pr SLIMANI.M Canaux Ca voltage dépendant activé par les variations les potentiels membranaires entrée de Ca dans la cellule Exemples ; inhibiteurs calciques et traitement de l’hypertention Après activation par dépolarisation, la concentration en Ca ++ libre intracellulaire s’élève. Ce mécanisme est à la base de nombreux processus physiologiques. La fibre musculaire lisse (vaisseaux surtout) réagit en se contractant ; la vasoconstriction entraîne l’augmentation de la pression artérielle Les inhibiteurs calciques: bloquent les canaux Ca ++ voltage dépendants ; il y a vasorelaxation,diminution de la pression artérielle.indiqués pour le traitement de l’hypertension artérielle Co transport Na +/K+/ 2Cl au niveau rénal, assure la réabsorption au niveau de la branche ascendante de Henlé. Exemples : les diurétiques (furosémide), dans le traitement des oedèmes : inhibe le co transport augmentation de l’élimination du Na+ et Cl- et de l’eau augmentation de la diurèse 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Pr SLIMANI.M55 -Les diurétiques agissent en inhibant la réabsorption du sodium à différents niveaux du néphron. Les diurétiques de l’anse agissent au niveau de la branche ascendante de l’anse de Henlé -l’inhibition du co-transporteur Na+K+/2Cl- ce qui aboutit principalement à une inhibition de la réabsorption du sodium.

2-2 Action sur des enzymes : (Activateurs, Inhibiteurs, faux substrats) 1)-Inhibition de la synthèse du cholestérol par inhibition de l’HMG-CoA réductase (hydroxy methyl glytaryl Co-enzyme A reductase) qui assure la synthèse de l’acide mévalonique précurseur du cholestérol (= mécanisme d’action principal des statines), exemple : Statine. 2)-Inhibition des vitamines K réductases aboutissant au blocage du cycle d’oxydo-réduction de la vitamine K (base du mécanisme d’action des anti- coagulants oraux). 3)Les chimiothérapies sont des anti-mitotiques qui bloquent un certain nombre d’activités enzymatiques ou interagissent avec des enzymes intervenant dans la réplication ou la transcription. -4)Inhibition de la synthèse de l’angiotensine II à partir de l’angiotensine I (= inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine): (IEC):Captoril 56 Pr SLIMANI.M IEC : stoppe le processus de formation de l'angiotensine II concentration de l'angiotensine II dans le sang diminue une vasodilatation (augmentation du diam è tre des vaisseaux sanguins- une baisse de la tension art é rielle 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Inhibition de la cyclo oxygénase Exemple : L’aspirine, ou acide acétylsalicylique, est le chef de file des salicylates et fait partie de la famille des anti-inflammatoires non stéroïdiens. Son mécanisme d’action principal est I’inhibition de la synthèse des prostaglandines à partir de l’acide arachidonique. Celle-ci s’exerce par I’intermédiaire de l’inhibition de la cyclo-oxygénase (COX) (Il existe deux isoformes de COX : la cyclo-oxygénase 1 qui est constitutive dans les tissus et la cyclo-oxygénase 2 qui est induite par les phénomènes inflammatoires), enzyme clé de la cascade enzymatique aboutissant à la formation des prostaglandines et du thromboxane A2. 57Pr SLIMANI.M 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

voie de biosynthèse des prostaglandines, des thromboxanes et de la prostacycline. L'inhibition des COX, enzymes qui permettent la synthèse de ces intermédiaires, inhibe donc la production de tous ces médiateurs. Effet antiinflammatoire des corticoïdes est obtenu par inhibition des phospholipases qui libèrent l'acide arachidonique. 58Pr SLIMANI.M 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Mode d'action de l'aspirine L'aspirine réagit avec la fonction alcool de la sérine 530 qui est un acide aminé qui constitue le site actif des COX (530 désigne sa position dans la protéine). Celle-ci est acétylée : la fonction acétyle de l'aspirine se fixe sur l'oxygène de la sérine 530. L'acide- acétylsalicylique se transforme en acide salicylique. Le site actif des COX est donc encombré par le groupement acétyle : cette inhibition est irréversible. Par ailleurs, dans la plupart des médicaments, l'aspirine se trouve en majorité sous forme d'ions acétylsalicylate. De plus lors de son passage dans l'intestin, les molécules d'acide acétylsalicylique se transforment en ions acétylsalicylate. Par conséquent, une fois la sérine acétylée, il reste un ion salicylate (chargé négativement) qui interagit avec le site actif des COX(chargé positivement). Ceci ferme l'accès à l'acide arachidonique, la molécule que les COX transforment en prostanoïdes. Par conséquent, les prostanoïdes ne sont plus produites. -Les AINS, l’aspirine : Ils ont comme effet de diminuer la concentration basale et locale de prostaglandine, par un effet anti-COX1. Il y aura alors à la fois une augmentation de la production d’HCl et une diminution de la production de mucus protecteur. Les AINS doivent toujours être pris pendant un repas pour éviter les effets délétères sur l’estomac. 59Pr SLIMANI.M 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Inhibiteurs des phosphodiesterases: les phosphodiesterases désactivent l’AMPc. Les inhibiteurs de cet enzyme tel la théophiline augmentent la concentration intracellulaire en AMPc.Au sein des fibres musculaires lisses bronchiques, cette augmentation se traduit par une relaxation. 60Pr SLIMANI.M 1-Mécanismes inDépendants des Récepteurs 5)La Phosphodiesterase :PDE catalyse la transformation du 3'5'AMPcyclique (forme active) en 5'AMP (forme inactive) en hydrolysant la liaison phosphate présente en 3' sur l'AMPc La PDE est inhibée par les méthyl-xanthines comme la caféine ou la théophylline. L'inhibition empêche la dégradation du second messager et prolonge donc le signal et l'activation des effecteurs.

Pr SLIMANI.M61 Les inhibiteurs de la monoamine oxydase (I.M.A.O.) sont principalement repr é sent é s par l'iproniazide et la nialamide. 6)Enzyme monoamine oxydase :M.A.O Les IMAO (inhibiteurs de la monamine oxydase) : Antidépresseurs La mono amine oxydase (MAO) est un enzyme intratracellulaire, fix é sur la membrane des mitochondries; dans le syst è me nerveux.On distingue deux formes de MAO : la MAO-A et la MAO-B : la MAO A a comme substrat pr é f é rentiel la NA et la 5 HT. La MAO-B a comme substrat pr é f é rentiel la Ph é nylethylamine. Les MAO convertissent les cat é cholamines en ald é hyde correspondant, activit é m é tabolisante qui a un rôle important dans le SNC. La dégradation des mono-amines fait intervenir deux types d’enzymes : la mono-amine oxydase (MAO) et la catéchol-O-méthyltransférase (COMT). C’est à ce niveau qu’agissent les inhibiteurs de la MAO (IMAO), ralentissant la dégradation des neurotransmetteurs 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs

Pr SLIMANI.M62 Les IMAO A peuvent être utilisés pour leur action d’inhibition de la dégradation de la sérotonine au niveau du SNC (action de type anti- dépressive) : moclobémide (Moclamine*), toloxatone (Humoryl*). Les IMAO B peuvent être utilisés pour leur action d’inhibition de la dégradation de la dopamine (action bénéfique dans la maladie de parkinson par prolongation les effets de la L-dopa) : sélégiline (Deprenyl*). Certaines substances inhibent la COMT. Elles ont été développées pour leur intérêt dans la maladie de Parkinson : entecapone, tolcapone. Elles sont administrées en association avec la L-Dopa, pour limiter la dégradation de la L-dopa et de la dopamine.

63Pr SLIMANI.M 2 -Mécanismes indépendants des récepteurs Dégradation de la dopamine par les enzymes M.A.O et C.O.M.T

Pr SLIMANI.M64 Dégradation de la dopamine par les enzymes M.A.O et C.O.M.T

Pr SLIMANI.M65 Références : Aiache J-M et collaborateurs, Traité de biopharmacie et pharmacocinétique, éditions Vogot ( les presses de l’université de Montréal ), 1986 Bruzzoni Giovanelli.H, Cours 2 : Principales cibles des médicaments,2013 CALVO.F, 2010,Récepteurs des médicaments et action pharmacologique Laffont.C, Loichot.C et M. Grima -,2004 Mécanismes d’action des médicaments LANDRY M. et coll. Pharmacologie : Des cibles vers l'indication thérapeutique., Ed. DUNOD 2003 Weissenburger.J, Pharmacodynamie, Faculté de Médecine, Université Pierre& Marie Curie