Jak leki rozmawiają z białkami - molekularne podstawy farmakoterapii

Każdy lek działa dlatego, że „rozpoznaje” swój cel molekularny – najczęściej białko – i wchodzi z nim w precyzyjne interakcje. To właśnie na poziomie atomowym rozstrzyga się czy farmakoterapia będzie skuteczna, selektywna i bezpieczna. Na zajęciach będzie można poznać mechanizmy, dzięki którym małe cząsteczki modulują funkcję receptorów, enzymów, czy kanałów jonowych. Będzie można także zobaczyć jak działają przeciwciała.

Omówione zostaną podstawy oddziaływań niekowalencyjnych (wiązania wodorowe, oddziaływania elektrostatyczne, siły van der Waalsa, efekt hydrofobowy) oraz ich rola w determinowaniu powinowactwa i selektywności ligandów. Wyjaśnimy, czym różni się agonista od antagonisty i modulatora allosterycznego oraz jak konformacyjna plastyczność białek wpływa na odpowiedź biologiczną. Szczególną uwagę poświęcimy znaczeniu dynamiki molekularnej w rozumieniu mechanizmów działania leków.

Białka są dynamicznymi strukturami i w związku z tym leki lub hormony oraz inne substancje wiążą się z nimi również na sposób dynamiczny. Zastosowanie metody dynamiki molekularnej i modelowania molekularnego oraz coraz szybszych komputerów sprawiło, że możemy symulować te struktury w ich naturalnym środowisku tj. w roztworze wodnym lub błonie komórkowej dla białek błonowych, oraz badać ich oddziaływania z różnymi substancjami.

Na kilku stanowiskach komputerowych będzie można przeprowadzać symulacje i wizualizacje biomolekuł w skali atomowej, porównać wiązanie się serotoniny i różnych substancji psychoaktywnych do receptorów GPCR, które odpowiadają za przekazywanie sygnałów przez błonę komórkową, także w neuronach, jak również zobaczyć inne białka i leki. Będzie można własnoręcznie wyciągnąć lek z kieszeni wiążącej w białku lub zmodyfikować lek tak, żeby uzyskać silniejsze wiązanie z białkiem.

Przedstawione zostaną także współczesne strategie projektowania leków, w tym podejście strukturalne (structure-based drug design) oraz wykorzystanie metod obliczeniowych do przewidywania sposobu wiązania ligandów. Pokażemy, że skuteczność kliniczna ma swoje źródło w subtelnych interakcjach na poziomie molekularnym – tam, gdzie lek i białko prowadzą swój precyzyjny, chemiczny dialog.