Anidad y Eciencia de enlace
Meneses y Cuesta
17
Determinación Computacional de la Anidad y Eciencia
de Enlace de Antinamatorios No Esteroideos Inhibidores
de la Ciclooxigenasa-2
Lorena Meneses
1
y Sebastián Cuesta
1
1Laboratorio de Química Computacional, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,
Ponticia Universidad Católica del Ecuador, Quito, Ecuador. lmmeneses@puce.edu.ec
Recibido: 2015-06-16; aceptado: 2015-08-07
RESUMEN.- El presente es un estudio computacional de la interacción de diferentes antinamatorios
no esteroideos con la enzima Ciclooxigenasa 2 (COX-2). El objetivo fue determinar la anidad con
la cual los inhibidores estudiados se enlazan con el sitio activo de la enzima y calcular la eciencia de
enlace de los mismos. Además, comprobar la aplicabilidad de los métodos de acoplamiento molecular,
en la determinación de moléculas prometedoras, que aceleren los estudios de descubrimiento de nuevos
fármacos. Se utilizaron métodos de dinámica molecular, para modelar las interacciones entre la enzima
COX-2 y los sustratos celecoxib, diclofenaco, etoricoxib, indometacina, ibuprofeno, meloxicam y naproxeno,
por medio del programa Autodock VINA. Los resultados muestran que la molécula que posee una mayor
anidad con la COX-2 es el celecoxib, con una energía de enlace de -10.8 kcal/mol y una constante de
equilibrio Ki de 1.21x10
-8
M. El ibuprofeno y el naproxeno son las moléculas con mayor eciencia de enlace,
con un valor mayor a -0.48 kcal/mol/átomos (no hidrógeno). Esto demuestra que una molécula que tiene
una buena anidad, no necesariamente debe tener una buena eciencia de enlace. Estos valores dan una
pauta para poder elegir la mejor molécula para inhibir la enzima COX-2 y en casos de descubrimiento
de fármacos, la molécula idónea para invertir en su mejoramiento y optimización, para convertirla en un
fármaco aprobado.
PALABRAS CLAVES: Anidad, antinamatorios no esteroideos, Autodock VINA, COX-2, eciencia de enlace.
ABSTRACT.- A computational study of the interaction of nonsteroidal antiinammatory drugs with
Cyclooxygenase 2 (COX-2) enzyme is shown. The objective was to determine the afnity of the inhibitors
studied with the active site of the enzyme and calculate their binding efciency. Furthermore, it is intended
to check the applicability of the methods of molecular docking in determining promising molecules in order
to accelerate drug discovery research. Molecular dynamics methods, using Autodock VINA, were used to
model the interactions between the COX-2 enzyme with celecoxib, diclofenac, etoricoxib, indomethacin,
ibuprofen, naproxen, and meloxicam. Results show that the molecule with higher afnity for COX-2 is
celecoxib with a binding energy of -10.8 kcal/mol and an equilibrium constant Ki of 1.21x10
-8
M. Ibuprofen
and naproxen are the molecules with higher binding efciency with a values greater than -0.48 kcal/mol/
atoms (other than hydrogen). This shows that a molecule having a good afnity, not necessarily will have
a good binding efciency. These values give researchers a guideline to choose the best molecule to inhibit
COX-2 enzyme and in cases of drug discovery processes, the ideal molecule to invest in their improvement
and optimization to make it an approved drug.
KEYWORDS: Afnity, Autodock VINA, binding efciency, COX-2, NSAIDs.
lugar de considerar el dolor como un síntoma de
un traumatismo, una infección, una inamación, o
una cirugía, ahora lo tomamos como una entidad
patológica discreta que altera fundamentalmente
INTRODUCCIÓN
En la última década, hemos sido testigos de cambios
dramáticos en la forma de entender el dolor. En
QUÍMICA
REMCB 36 (2), 2015
18
en el rango de nanomolar (nM). Los valores de
Ki y la concentración inhibitoria media (IC50),
están relacionados con la potencia de un inhibidor
(Stevens, 2014). El IC50 representa la concentración
de un medicamento requerida para una inhibición
del objetivo biológico del 50 % en pruebas in vitro.
Además, la anidad está relacionada con la energía
de enlace, que puede ser determinada a partir de la
constante de equilibrio. El valor de esta constante
permite además, calcular la energía libre de Gibbs
para la unión del complejo medicamento-sitio
activo (ecuación 1) (Stevens, 2012).
E-I E + I
Ki=
(1)
En los últimos años, se ha vuelto común expresar
la energías de unión en términos de eciencia de
enlace (LE). La eciencia de enlace y propiedades
termodinámicas constitutivas del ΔG (ΔH y ΔS),
pueden proporcionar información sobre la unión
de una molécula con su ligando, que van más allá
de simples comparaciones de potencia inhibitoria
(Reynolds y Holloway, 2011).
La energía libre estándar (ΔG°) de unión del
complejo enzima-sustrato, puede ser calculada
utilizando la ecuación 2. La temperatura usada
normalmente es 298 K (25° C). Valores más
negativos indican mayores energías de unión
(Stevens, 2014).
ΔG° = -2.3RT log (1/Ki) = 2.3RT log (Ki)
(2)
Los cambios de entalpía (ΔH) y de entropía (ΔS),
deben ser considerados en la evaluación de la
energía de unión (ecuación 3). Interacciones que
son controladas por la entalpía, son los puentes
de hidrógeno formados entre el medicamento
y la enzima, mientras que efectos hidrofóbicos
controlan los cambios en entropía (Stevens, 2014).
Cuando un compuesto no polar se encuentra en
solución acuosa, las moléculas de agua forman una
capa altamente ordenada alrededor de las porciones
no polares del compuesto (efecto hidrofóbico)
(Stevens, 2012). Una vez que el compuesto entra y
se une al sitio activo, algunas moléculas de agua
de solvatación pasarán nuevamente a la solución.
Las moléculas de agua que están libres en solución
tienen más libertad de movimiento que las que
están solvatadas. Por lo tanto, la unión de una
molécula no polar en un bolsillo lipofílico aumenta
el desorden del sistema global (Stevens, 2012).
todo el sistema nervioso. Avances en tecnologías
de neuroimagen, han permitido localizar zonas
del cerebro donde se percibe el dolor y por
ende, proponer formas más efectivas de tratarlo
(Standford Medicine, 2005).
Entre los medicamentos más comunes en el mundo
se encuentran los AINEs (Anti Inamatorios No
Esteroideos). Cada día, más de 30 millones de
estadounidenses los usan para tratar dolores de
cabeza, esguinces, síntomas de la artritis y cualquier
otro tipo de molestia (McMurry, 2004).
A un nivel básico, el dolor no es más que el
resultado de una señal eléctrica enviada por los
nervios al cerebro. Este proceso va acompañado
de una liberación de prostaglandinas que ante
una lesión, hacen que el tejido se hinche. Estos
mediadores químicos amplican la señal eléctrica
procedente de los nervios, causando el dolor
(Grifn, 2015). La función de los AINEs es bloquear
las enzimas Prostaglandina H2 sintasas, que son
las causantes de producir prostaglandinas en el
proceso inamatorio (Hall et al., 2001).
Los mamíferos tienen dos isoformas de la
prostaglandina H2 sintasa, la Ciclooxigenasa 1
(COX1) y la Ciclooxigenasa 2 (COX-2). Ambas poseen
en su estructura más de 600 aminoácidos y, aunque
tienen similar secuencia de aminoácidos (60 a 65 %),
poseen diferentes funciones (Nelson y Cox, 2008).
La COX-2 es la enzima que produce prostaglandinas
adicionales que intervienen y causan los efectos en
un proceso inamatorio. Su función es mediar en
los procesos de inamación. Es parte fundamental
en el sistema nervioso central (SNC) y el riñón (Hall
et al., 2001). No es constitutiva en todos los tejidos,
pero puede ser inducida en el sitio de inamación,
manteniendo los mecanismos inamatorios y
amplicando las señales dolorosas (Hall et al., 2001).
En el mercado, existe una gran variedad de
medicamentos AINEs. La elección depende
entre otros aspectos, del nivel del dolor y
la farmacocinética de cada uno (Brunton y
Parker, 2008). Dentro del estudio de nuevos
medicamentos, se busca que sean ecaces a bajas
concentraciones, con alta selectividad y alivio al
dolor (Davies y Skjodt, 2000).
El objetivo de un programa de descubrimiento de
medicamentos es, generalmente, encontrar una
molécula que se una a la proteína deseada, a bajas
concentraciones. Cuando un medicamento tiene
el valor de la constante de disociación (Ki) muy
pequeño, indica que éste y su objetivo biológico
se unen fuertemente. Valores ideales de Ki están
Anidad y Eciencia de enlace
Meneses y Cuesta
19
Al realizar el cálculo del acoplamiento, el software
muestra diez resultados diferentes. Cada resultado
representa al ligando en una posición espacial
distinta. En cada posición se obtiene la anidad
entre la macromolécula y el ligando. El programa
muestra las posibles conformaciones del ligando
ordenadas según su estabilidad. Para este trabajo, se
tomó para cada molécula la conformación de menor
energía, que se corresponde con mayor anidad
y por ende, la que tiene mayor probabilidad que
suceda en la realidad.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se realizó el modelamiento computacional de la
interacción de la enzima COX-2 con moléculas
pertenecientes a la misma familia de AINEs
(ibuprofeno, naproxeno), diferentes familias
(indometacina, diclofenaco, meloxicam) e
inhibidores selectivos de la COX-2 (celecoxib,
etoricoxib). Se utilizó el programa Autodock VINA.
Los AINEs ejercen su acción antinamatoria,
uniéndose al sitio activo ciclooxigenasa, ubicado
en la parte inferior de la enzima COX-2. En la
Figura 1 se muestra la estructura tridimensional
de la COX-2 unida al celecoxib en su sitio activo.
La estructura tridimensional (estructura ternaria)
de esta enzima, fue obtenida experimentalmente
mediante la técnica de rayos X por otros autores,
y sus parámetros estructurales colocados en un
ΔG = ΔH – TΔS
(3)
En el diseño de fármacos, el valor de ΔG permite
evaluar si la modicación de un medicamento
aumenta o disminuye la anidad con su objetivo
biológico, estimando la estabilidad relativa de los
diferentes compuestos. En síntesis, se puede utilizar
para determinar si el sistema está en equilibrio, o qué
tan rápido y en qué medida es probable que se dé la
reacción de asociación (Stevens, 2012). La importancia
descriptiva de ΔG, hace que sea interesante determinar
su valor mediante métodos computacionales.
Otro enfoque es analizar el valor de la eciencia
de enlace (LE). LE es una medida que relaciona la
energía libre de unión con el tamaño de la molécula.
Es importante examinar cómo cambian los valores
de LE a medida que se realizan cambios en diferentes
partes de la molécula (Murray et al., 2014). La LE
se obtiene de dividir la energía libre de unión de
cada molécula por el número de átomos (n) no
hidrógenos presentes en la estructura (ecuación 4).
LE =
(4)
A medida que aumenta la eciencia de enlace,
disminuye el peso molecular del medicamento
nal (Graham, 2001). La eciencia de enlace es
uno de los índices más usados en la actualidad
y se expresa en kcal/mol/átomos que no son
hidrógeno (Stevens, 2014). Proporciona una idea de
la cantidad de energía de enlace por átomo distinto
al de hidrógeno. Hay que tener en cuenta que el
valor para la eciencia de enlace debe ser negativo,
ya que la energía libre de unión es negativa.
Fundamentalmente, LE ayuda a controlar el tamaño
molecular de una serie durante la optimización, y
da una pauta para decidir entre dos series, cuál es
la más prometedora (Murray et al., 2014).
En esta investigación se trabajó con el “software”
Autodock VINA. Autodock está diseñado como
una herramienta de acoplamiento molecular en la
que, mediante modelos matemáticos, se predice
la estructura o estructuras de los complejos
intermoleculares formados entre dos o más
estructuras. Docking, como también se lo llama, es
ampliamente usado para sugerir enlaces e inhibir
proteínas (Atkinson y Abernethy, 2007). Esta
herramienta permite predecir mediante cálculos
teóricos, cómo moléculas pequeñas, cómo sustratos
y candidatos de fármacos, pueden actuar como
ligandos, y se unen a estructuras tridimensionales
conocidas, biológicamente importantes (The
Scripps Research Institute, 2013).
Figura 1. Estructura experimental de la unión de celecoxib con
la enzima Ciclooxigenasa-2.
REMCB 36 (2), 2015
20
- Los resultados se visualizaron utilizando el
programa Autodock Tools.
RESULTADOS
En la Figura 2 se muestran las estructuras de todos los
ligandos que fueron sometidos al estudio.
Las conformaciones calculadas de cada principio
activo, fueron comparadas con un modelo
experimental de la interacción entre la COX-2 del
ratón común con el medicamento celecoxib, por
superposición de las estructuras. El resultado de la
comparación se presenta en la Figura 3, donde se
pueden observar las conformaciones calculadas de
menor energía en color verde para el celecoxib, celeste
para el etoricoxib, amarillo para el ibuprofeno, azul
para el naproxeno, rojo para el diclofenaco, celeste
para el meloxicam y morado para la indometacina.
La molécula obtenida de la interacción experimental
se muestra de color gris para los átomos de carbono,
amarillo para los de azufre, azul para los de
nitrógeno y rojo para los de oxígeno.
Con estas conformaciones se obtuvo la energía
libre de Gibbs para la unión entre el medicamento
y la enzima, que es calculada por el programa
y presentada en forma de anidad. Mediante la
banco de proteínas (Protein Data Banks), de donde
se descargó (Berman et al., 2000), (Figura 1). Para
obtener la energía de enlace, se hizo interactuar
al ligando con el sitio activo de la macromolécula
(COX-2). El programa calcula la energía y produce
como resultado varias conformaciones posibles.
Los criterios usados para determinar si una
conformación es aceptada, o para comparar dos
conformaciones, son la energía libre y la distancia
media cuadrática (RMSD por sus siglas en inglés)
(Kitchen et al., 2004). Dos conformaciones son
consideradas idénticas, cuando la diferencia de
energía entre ellas está por debajo de las 3kcal/mol
y su RMSD es menor o igual al RMSD promedio
menos la desviación estándar. Para conformaciones
iguales, las de energías más altas son eliminadas
(Ermondi et al., 2004). Con este criterio, se escogió
la conformación con la menor energía libre para
cada molécula en estudio.
El programa Autodock permite seleccionar, para
el cálculo de acoplamiento molecular, cualquier
zona de la enzima. En este estudio, se seleccionó
el sitio activo ciclooxigenasa de la enzima. El
procedimiento que se siguió para cada principio
activo fue el siguiente:
- Se obtuvieron las coordenadas de posición de
la enzima, del banco de datos de proteínas en
formato PDB.
- Mediante el programa Chimera 1.7, se
identicaron todos los residuos que no
pertenecían a la proteína para poder eliminarlos
y que no afecten en los cálculos de docking
(Pettersen et al., 2004).
- En Autodock, se abrió Autodock Tools, se
escogió la enzima como macromolécula y se
la preparó para los estudios, en donde los
ligandos, moléculas de solvente y otros residuos
fueron removidos del sitio activo de la enzima
(Abdel-Azeem et al., 2009). Los átomos de
hidrógeno fueron agregados a la estructura con
la opción Hydrogen Polar only. Posteriormente,
se escogió cada principio activo como ligando y
se estableció el área de acoplamiento.
- Finalmente, con los datos obtenidos en
Autodock Tools, se creó un archivo de entrada
para Autodock VINA (Atkinson y Abernethy,
2007) y se realizó el cálculo. Autodock usa tres
métodos para la determinación del sitio activo: un
algoritmo genético, un método de búsqueda local
y un método global-local adaptado basado en el
algoritmo genético de Lamarck en conjunto con
campos de fuerza empíricos que permiten obtener
las energías libres de unión. (Pouplana et al., 2002).
Figura 2. Representación estructural en modelo de bolas de los
antinamatorios no esteroideos estudiados.
Anidad y Eciencia de enlace
Meneses y Cuesta
21
Como se puede observar en la Figura 3, todas las
conformaciones calculadas de mínima energía,
se encuentran superpuestas con la estructura
obtenida experimentalmente. En el caso del
celecoxib, la molécula se encuentra exactamente
en la misma posición que la experimental, lo que
nos demuestra la buena correlación de los cálculos
computacionales con los experimentales, ya que
no solo se encontró el sitio activo, sino también la
posición espacial en que la molécula va a entrar e
interaccionar con este sitio activo.
En la Tabla 1 se muestra la energía libre de Gibbs
para el complejo enzima-sustrato. La anidad de
enlace, representada en la energía libre de Gibbs de
un ligando con un receptor, depende de la fuerza
de atracción entre los ligandos y sus sitios de unión
al receptor. La anidad de enlace es la fuerza de
la interacción entre dos moléculas que se unen
de forma reversible (Stevens, 2012). En la Tabla
1 se puede observar que el principio activo que
posee mayor anidad con la enzima COX-2 es el
celecoxib, con una energía de enlace de -10.8 kcal/
mol. Luego se encuentra el etoricoxib, seguido del
naproxeno, el diclofenaco, el ibuprofeno y al nal
el meloxicam y la indometacina. El celecoxib tiene
también la menor constante de disociación, que se
encuentra en el rango nanomolar.
Algunos estudios similares se han realizado
utilizando el mismo “software”, versiones
anteriores de “Autodock” e inclusive diferente
“software”, obteniendo resultados equivalentes.
utilización de la ecuación 2 se obtuvo la constante
de equilibrio para cada una de las interacciones. Con
la ecuación 4 se obtuvieron los valores teóricos para
la eciencia de enlace. Los valores para estos dos
indicadores de anidad se muestran en la Tabla 1.
DISCUSIÓN
Estudios previos demuestran que las enzimas
Ciclooxigenasa poseen dos sitios activos
ciclooxigenasa y dos peroxidasa en su estructura
(DeWitt, 1999). Los AINEs inhiben los sitios
activos ciclooxigenasa que se encuentran en la
parte inferior de la enzima. Por este motivo, el
modelamiento molecular se enfocó únicamente en
la zona del sitio activo ciclooxigenasa.
Figura 3. Comparación de la conformación de celecoxib obtenida
experimentalmente (gris), con las obtenidas computacionalmente
para diferentes antinamatorios no esteroideos.
Principio activo Fórmula ΔG (kcal/mol) Ki (M) LE kcal/mol/átomos
(no hidrógeno)
Celecoxib C
17
H
14
N
3
F
3
O
2
S -10.8 1.21*10
-8
-0.415
Etoricoxib C
18
H
15
N
2
C
l
O
2
S -9.2 1.80*10
-7
-0.383
Ibuprofeno C
13
H
18
O
2
-7.7 2.26*10
-6
-0.513
Naproxeno C
14
H
14
O
3
-8.4 6.94*10
-7
-0.494
Diclofenaco C
14
H
11
NC
l2
O
2
-8.1 1.15*10
-6
-0.426
Meloxicam C
14
H
13
N
3
O
4
S
2
-6.2 2.85*10
-5
-0.270
Indometacina C
19
H
16
NC
l
O
4
-5.3 1.30*10
-4
-0.212
Tabla 1. Energía libre de Gibbs y constantes de disociación y eciencia de enlace para diferentes antiinamatorios no esteroideos estudiados
Al comparar el resultado obtenido con el ibuprofeno
(-7.7 kcal/mol) con el resultado obtenido en otro estudio
con la utilización del programa “Autodock 4” (-6.21
kcal/mo) (Savic et al., 2011), se puede observar que la
diferencia de energía entre ambas estructuras es de tan
solo 1.49 kcal/mol. Tal como se explicó, estructuras se
consideran homólogas cuando sus energías dieren en
menos de 3 kcal/mol. Aunque no se puede obtener el
RMSD, este pequeño cambio en la energía nos da una
pauta de la reproducibilidad en los datos.
REMCB 36 (2), 2015
22
Los datos de anidad y constante solas, no
determinan la potencia global de un medicamento.
La potencia es el resultado de la compleja interacción
tanto de la anidad de unión como de la eciencia
de enlace. La eciencia de enlace es la capacidad
del ligando para producir una respuesta biológica
a la unión al receptor de destino y la magnitud
cuantitativa de esta respuesta (Abad-Zapatero y
Metz, 2005). Es una medida de la energía de enlace
por átomo de un ligando a su pareja de unión,
tal como un receptor o enzima. Al observar estos
valores para las moléculas analizadas, podemos
ver que el ibuprofeno es la molécula que posee un
mayor valor para la eciencia de enlace, aunque su
anidad no sea la más alta. Esto también sucede
con el naproxeno y el diclofenaco. Los inhibidores
de COX-2, diclofenaco y naproxeno, aunque tienen
LE menores en relación con el ibuprofeno, también
son valores que entran dentro de los aceptables,
para considerar a una molécula con propiedades
farmacológicas interesantes (llamada hit) para
estudios posteriores. Con esto se puede normalizar
las anidades de los “hits” para identicar los
mejores puntos de partida para la optimización.
Normalizar se reere a identicar aquellos con
los más altos valores de LE, en igualdad de
condiciones. A pesar de sus bajas anidades,
fragmentos de los hits seleccionados a menudo
tienen LE relativamente buenas (> 0,4) a excelentes.
Estudios en medicamentos que ya están a la venta
(Hopkins et al., 2014), determinaron un LE para los
medicamentos orales de -0.52 kcal/mol/átomos
(no hidrógeno) lo cual está dentro del rango de los
resultados obtenidos en este estudio. Además, se
muestra como va cambiando la LE a medida que
avanza el proceso de descubrimiento siendo para
hits -0,41, compuestos líderes -0.39 y compuestos
en Fase 2 -0.42 kcal/mol/átomos (no hidrógeno).
Transformar estos “hits” en compuestos líderes es
un desafío que a menudo requiere la adición de
15-20 átomos pesados para aumentar la anidad.
Esto presenta una oportunidad para utilizar
diferentes ligandos y la eciencia de grupos
para controlar cuidadosamente las propiedades
químicas (Hopkins et al., 2014). La eciencia de
ligando es bastante dependiente del tamaño
de la molécula donde ligandos de menor peso
molecular van a tener mejores eciencias en
promedio que ligandos más grandes. La principal
causa para esto es que a medida que el ligando
crece en tamaño se reduce la calidad de la unión
entre este y el receptor, ya que ligandos más
grandes y complejos complican la entrada hasta
el sitio activo del receptor (Reynolds et al., 2008).
En un estudio diferente (Pouplana et al., 2002),
utilizando Autodock 3, los autores obtuvieron
energías de -11.04 kcal/mol para naproxeno,
-11.09kcal/mol para diclofenaco y -10.19 kcal/mol
para indometacina. Aunque los valores dieren en
mayor proporción a los obtenidos en este estudio,
con excepción de la indometacina, ninguno de los
valores sobrepasa la diferencia de 3 kcal/mol. La
diferencia en los resultados es comprensible ya que
el “software” utilizado es una versión anterior por
lo cual algoritmos y cálculos matemáticos pueden
ser diferentes. A pesar de esto, se observa buena
relación entre resultados con el mismo programa,
ya que el naproxeno y el diclofenaco tienen energías
similares y la indometacina posee una energía
menor en los dos estudios.
Con el programa Merck Molecular Force Field
MMFF94x, se obtuvieron energías de -11.20 kcal/
mol para el ibuprofeno y -12.65 kcal/mol para
el naproxeno (Abdel-Azeem et al., 2009). Las
diferencias se dan ya que entre diferentes marcas
de “software”, se utilizan diferentes algoritmos
matemáticos en el cálculo de las conformaciones.
Aunque las energías son diferentes, estas no
pasan de los 5 kcal/mol. De la misma manera,
los resultados son equivalentes entre “softwares”
mostrando que el naproxeno tiene una menor
energía de enlace que el ibuprofeno en ambos casos.
La anidad tiene repercusiones en la potencia
inhibitoria de la molécula en la enzima (Graham,
2001). Esto es vital en los estudios farmacológicos
para determinar la dosis ideal para el medicamento.
En las pruebas preliminares para medicamentos,
existe un rango muy pequeño donde se alcanza
el efecto deseado. Concentraciones elevadas
producen toxicidad por sobredosicación,
mientras que concentraciones por debajo del rango
terapéutico, no llegan a tener ningún efecto en el
paciente. Datos de anidad, sumados a pruebas
clínicas, ayudan a determinar la cantidad y el
intervalo entre dosicaciones, consiguiendo así, un
tratamiento efectivo y seguro.
En la creación de nuevos medicamentos, estos
datos son de gran importancia, ya que la mayoría
de inhibiciones se dan por competencia entre
el sustrato y el medicamento (Murray et al.,
2003). En este tipo de competencia, la constante
de disociación determina la concentración del
medicamento necesaria para lograr una inhibición
exitosa de la enzima y el benecio terapéutico para
el paciente. Estos valores ayudan a escoger un
compuesto líder, entre un conjunto de potenciales
moléculas, para invertir en el desarrollo de nuevos
fármacos (Stevens, 2014).
Anidad y Eciencia de enlace
Meneses y Cuesta
23
en el cálculo, así como de otras propiedades
farmacocinéticas como biodisponibilidad, unión
proteica, vida media y de la interacción del fármaco
con otros sistemas biológicos del cuerpo. Tomando
en cuenta los datos obtenidos, se puede determinar
que los inhibidores selectivos de la COX-2, debido
a sus energías más bajas, van a ser más útiles para
tratar dolores más agudos, en comparación al resto
de AINEs estudiados. Así, mientras se necesitan 120
mg (3x10
-4
moles) de etoricoxib al día, para tratar
dolores como artritis gotosa aguda, tratamientos
con ibuprofeno pueden llegar a los 800 mg (4x10
-3
moles) al día (American Society of Health-System
Pharmacists, 2015).
Al comparar el ibuprofeno con el meloxicam,
podemos observar que aunque el ibuprofeno posee
valores más favorables de energía libre de Gibbs y
de eciencia de enlace, la dosis diaria de meloxicam
es de tan solo 15 mg, mientras la del ibuprofeno es de
400 a 600 mg. Esto se debe a la inuencia que tienen
otras propiedades farmacocinéticas, en este caso la
vida media del medicamento, que mientras en el
ibuprofeno es de tan solo 1.8 horas, en el meloxicam
puede llegar a las 20 horas, siendo necesario menor
cantidad del medicamento para lograr mantener la
dosis terapéutica en el cuerpo (American Society of
Health-System Pharmacists, 2015).
Las comparaciones analizadas son útiles para
determinar la aplicabilidad y exactitud de los
resultados obtenidos mediante programas
computacionales, en la búsqueda de sitios activos,
compuestos con propiedades farmacológicas
interesantes y enlaces enzima-sustrato de objetivos
biológicos y enzimas de interés.
CONCLUSIONES
•El principio activo que posee mayor anidad
con la enzima COX-2 es el celecoxib, con una
energía de enlace de -10.8 kcal/mol y una
constante de equilibrio Ki de 1.21x10
-8
M.
•El ibuprofeno y el naproxeno son las moléculas con
mayor valor de eciencia de enlace que sobrepasa
los -0.48 kcal/mol/átomos (no hidrógeno).
•Aunque los datos de ΔG, Ki y LE son
fundamentales para iniciar un estudio en una
molécula determinada, otras propiedades
como biodisponibilidad, tiempo de vida
media y unión proteica, son importantes en el
momento de denir la dosis del medicamento
para el paciente, por lo cual este estudio debería
complementarse con pruebas clínicas en el
laboratorio, para poder determinar seguridad y
dosis terapéutica.
Existen varias limitaciones en el uso de estos
descriptores de anidad. En primer lugar, todos los
átomos que no son hidrógeno tienen el mismo peso,
por lo que la introducción de un CH
3
, NH
2
, OH, F, Cl,
Br creará el mismo cambio en valores de LE, sin tomar
en cuenta las ventajas y desventajas de introducir
moléculas polares o especies cargadas en la molécula.
Esto supone un riesgo en la utilización de LE, sin
considerar otras propiedades tales como la potencia,
eciencia de enlace lipofílico (LLE), solubilidad,
farmacocinética, entre otros (Murray et al., 2014).
Algunos autores sugieren que existen mejores
indicadores de eciencia ligando, como son el
índice porcentual o eciencia-potencia (PEI,
por sus siglas en inglés), el índice de eciencia
de unión (BEI, por sus siglas en inglés), porque
son más fáciles de calcular y tienen en cuenta las
diferencias entre los elementos en diferentes las
de la tabla periódica (Abad-Zapatero, 2005). La
eciencia de enlace lipofílico (LLE), por otro lado,
es un parámetro extremadamente importante que
se debe tomar en cuenta durante la optimización
de compuestos. LLE considera explícitamente el
equilibrio entre la lipolia y la potencia inhibitoria.
Sin embargo, a pesar de sus puntos fuertes, LLE no
es tan idóneo cuando se quiere comparar moléculas
de diferentes tamaños. También, LLE no es útil
cuando el objetivo biológico requiere moléculas
muy polares (Murray et al., 2014).
No existe un descriptor de anidad que sea la solución
a todos los problemas y que lleven al éxito. Sin embargo,
el concepto de LE es importante en investigaciones,
para guiar las estrategias basadas en los fragmentos,
para acelerar el descubrimiento de fármacos y en la
toma de decisiones (Murray et al., 2014). También se ha
utilizado para diseccionar el fragmento más eciente
en moléculas grandes obtenidas de productos
naturales (Abad-Zapatero et al., 2010).
La diversidad de mecanismos de enlace de la
COX-2 demostrados para diferentes compuestos
es impresionante. La habilidad de la enzima
de acomodarse estructuralmente a diferentes
inhibidores es notable, ya que no existe evidencia
de cambios considerables en la conformación de
las proteínas en la interacción con AINEs (Blobaum
y Marnet, 2007). Los AINEs estudiados, como
mostraron los resultados, bloquean la unión entre el
ácido araquidónico con el sitio activo ciclooxigenasa
de la enzima (impidiendo la formación de
la prostaglandina). Esta inhibición se da por
competencia, por lo que esta puede ser revertida
al diluir el inhibidor, o aumentando la cantidad
de sustrato (Nelson y Cox, 2008). La cantidad de
antinamatorio necesaria para lograr la inhibición
depende de los valores de anidad obtenidos
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