background image

Dr.Dlawer A.AL Jaff 

PhD Pharmacology and Toxicology 


background image

Pharmacology can be defined as the study of 
substances  that  interact  with  living  systems 
through  chemical  processes,  especially  by 
binding 

to 

regulatory 

molecules 

and 

activating  or  inhibiting  normal    body 
processes.  

These 

substances 

may 

be 

chemicals 

administered 

to 

achieve 

beneficial 

therapeutic effect on some process within the 
patient or for their toxic effects on regulatory 
processes in parasites infecting the patient. 
 


background image

A drug may be defined as any substance that 
brings  about  a  change  in  biologic  function 
through its chemical actions.  

In  the  great  majority  of  cases,  the  drug 
molecule interacts with a specific molecule in 
the  biologic  system  that  plays  a  regulatory 
role. This molecules called a receptor. 

Toxicology  is  the  branch  of  pharmacology 
that  deals  with  the  undesirable  effects  of 
chemicals  on  living  systems,  from  individual 
cells to humans to complex ecosystems  
 


background image

In  order  to  interact  chemically  with  its 
receptor,  a  drug  molecule  must  have  the 
appropriate size, electrical charge, shape, and 
atomic composition.  

Furthermore,  a  drug  is  often  administered  at 
a  location  distant  from  its  intended  site  of 
action,  eg,  a  pill  given  orally  to  relieve  a 
headache 


background image

Therefore, a useful drug must have the necessary 
properties  to  be  transported  from  its  site  of 
administration to its site of action.  

Finally,  a  practical  drug  should  be  inactivated  or 
excreted  from  the  body  at  a  reasonable  rate  so 
that its actions will be of appropriate duration. 

A  placebo  is  any  component  of  therapy  that  is 
without  specific  biological  activity  for  the 
condition being treated. 

Placebo medicines are used for two purposes: 

• As a control in scientific evaluation of drugs  

•  To  benefit  or  please  a  patient,  not  by  any 

pharmacological actions but by psychological 

  means 


background image

The interactions between a drug and the body 
are conveniently divided into two classes. The 
actions of the drug on the body are termed 
pharmacodynamic processes  
 


background image

background image

• Qualitative aspects: Receptors, Enzymes, 
Selectivity 

• Quantitative aspects: Dose response, 
Potency, Therapeutic efficacy, Tolerance 
 
 


background image

pharmacokinetic  

Pharmacokinetic processes govern the • 

 Time  course  of  drug  concentration:  Drug 
passage  across  cell  membranes;  Order  of 
reaction;  Plasma  half-life  and  steady-state 
concentration; Therapeutic drug monitoring 

• 

Individual 

processes: 

Absorption, 

Distribution, Metabolism, Elimination 

• 

Drug dosage: Dosing schedules 


background image

• Individual or biological variation: Variability 
due to inherited influences, environmental 
and host influences 

• Drug interactions: outside the body, at site 
of absorption, during distribution, directly on 
receptors, during metabolism, during 
excretion 


background image

MECHANISMS 

drugs act on the cell membrane by: 

• Action on 

specific  receptors, 

e.g.  agonists  and 

antagonists 

on 

adrenoceptors, 

histamine 

receptors, acetylcholine receptors 

•  Interference  with  selective 

passage  of  ions 

across  membranes, 

e.g.  calcium  entry  (or 

channel)

 

blockers 

•  Inhibition  of  membrane  bound 

enzymes  and 

pumps, 

e.g. membrane bound ATPase by cardiac 

glycoside;  tricyclic  antidepressants  block  the 
pump by which amines are actively taken up from 
the exterior to the interior of nerve cells. 
 


background image

background image

Drugs act on metabolic processes within the cell 

  by: 

• 

Enzyme inhibition, 

e.g. platelet cyclo-

oxygenase by aspirin, cholinesterase by 
pyridostigmine, xanthine oxidase by allopurinol 

  

• Inhibition of 

transport processes 

that carry 

substances across cells, e.g. blockade of anion 
transport in the renal tubule cell by probenecid 
can be used to delay excretion of penicillin, and 
to enhance elimination of urate 

  

• 

Incorporation into larger molecules, 

e.g. 5- 

fluorouracil, an anticancer drug, is incorporated 
into messenger-RNA in place of uracil 
 


background image

• In the case of successful 

antimicrobial 

agents, altering metabolic processes unique 
to microorganisms e.g. penicillin interferes 
with formation of the bacterial cell wall, or by 
affecting a process common to both humans 
and microbes, e.g. inhibition of folic acid 
synthesis by trimethoprim. 
 


background image

Drugs act outside the cell by: 

• 

Direct  chemical  interaction, 

e.g.  chelating 

agents, antacids 

• 

Osmosis, 

as 

with 

purgatives, 

e.g. 

magnesium  sulphate,  and  diuretics,  e.g. 
mannitol,  which  are  active  because  neither 
they nor the water in which they are dissolved 
are  absorbed  by  the  cells  lining  the  gut  and 
kidney tubules respectively. 

 


background image

Four main kinds of regulatory protein are 
commonly involved as primary drug targets, 
namely:  

receptors  

enzymes  

carrier molecules (transporters)  

ion channels.  

There are some exceptions, particularly 
among the new generation of 

biopharmaceutical drugs

. Furthermore, many 

drugs bind (in addition to their primary 
targets) to plasma proteins and other tissue 
proteins, without producing any obvious 
physiological effect 
 


background image

RECEPTORS 

Most  receptors  are  protein  macromolecules. 
When  the  agonist  binds  to  the  receptor,  the 
proteins 

undergo 

an 

alteration 

in 

conformation  which  induces  changes  in 
systems  within  the  cell  that  in  turn  bring 
about the response to the drug   

Receptors  are  the  sensing  elements  in  the 
system  of  chemical  communications  that 
coordinates  the  function  of  all  the  different 
cells  in  the  body,  the  chemical  messengers 
being the various hormones, transmitters and 
other mediators .  
 


background image

A. Ligand-gated ion channels 

The  first  receptor  family  comprises  ligand-gated  ion 

channels  that  are  responsible  for  regulation  of  the 

flow of ions across cell membranes .  

The  activity  of  these  channels  is  regulated  by  the 

binding of a ligand to the channel.  

Response  to  these  receptors  is  very  rapid,  having 

durations  of  a  few  milliseconds.  The  nicotinic 

receptor  and  the  Gaba  aminobutyric  acid  (GABA) 

receptor  are  important  examples  of  ligand-gated 

receptors,  the  functions  of  which  are  modified  by 

numerous drugs.  

Stimulation  of  the  nicotinic  receptor  by  acetylcholine 

results  in  sodium  influx,  generation  of  an  action 

potential,  and  activation  of  contraction  in  skeletal 

muscle. Benzodiazepines, on the other hand, enhance 

the  stimulation  of  the  GABA  receptor  by  GABA, 

resulting 

in 

increased 

chloride 

influx 

and 

hyperpolarization of the respective cell 
 


background image

background image

B. G protein coupled receptors 

A  second  family  of  receptors  consists  of  G 

protein  coupled  receptors.  These  receptors  are 

comprised  of  a  single  peptide  that  has  seven 

membrane-spanning 

regions, 

and 

these 

receptors  are  linked  to  a  G  protein  (Gs  and 

others) 

that binds guanosine triphosphate (GTP). Binding 

of  the  appropriate  ligand  to  the  extracellular 

region  of  the  receptor  activates  the  G  protein  so 

that GTP replaces 

guanosine  diphosphate  (GDP)  .  Dissociation  of 

the  G  protein  occurs,  and  both  the-GTP  subunit 

and the subunit subsequently interact with other 

cellular  effectors,  usually  an  enzyme  or  ion 

channel.  


background image

These effectors then change the 
concentrations of second messengers that 
are responsible for further actions within the 

cell. Stimulation of these receptors results in 
responses that last several seconds to 
minutes. 
 


background image

background image

C. Enzyme-linked receptors 

A  third  major  family  of  receptors  consists  of 
those  having  cytosolic  enzyme  activity  as  an 
integral component of their structure or function. 
Binding  of  a  ligand  to  an  extracellular  domain 
activates  or  inhibits  this  cytosolic  enzyme 
activity.  

Duration  of  responses  to  stimulation  of  these 
receptors  is  on  the  order  of  minutes  to  hours. 
The  most  common  enzyme-linked  receptors 
(epidermal 

growth 

factor, 

platelet-derived 

growth  factor,  atrial  natriuretic  peptide,  insulin, 
and others) are those that have a tyrosine kinase 
activity as part of their structure. 
 


background image

Typically, upon binding of the ligand to 
receptor subunits, the receptor undergoes 
conformational changes, converting from its 
inactive form to an active kinase form. The 
activated receptor autophosphorylates, 
andphosphorylates tyrosine residues on 
specific proteins. The addition of a phosphate 
group can substantially modify the three-
dimensional structure of the target protein, 
thereby acting as a molecular switch.  


background image

For  example,  when  the  peptide  hormone 
insulin  binds  to  two  of  its  receptor  subunits, 
their  intrinsic  tyrosine  kinase  activity  causes 
autophosphorylation  of  the  receptor  itself.  In 
turn, 

the 

phosphorylated 

receptor 

phosphorylated  target  moleculesâ

€”insulin-

receptor 

substrate 

peptides 

”that 

subsequently activate other important cellular 
signals such as IP3 and the mitogen-activated 
protein kinase system.  


background image

background image

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ismail AL Jarrah
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 159 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل