Antibatterici

ANTIBATTERICI

Gli antibatterici sono farmaci utilizzati per trattare le infezioni batteriche. In generale, i batteri possono distinguersi per diversità (varie

forme, dimensioni, ambienti), adattabilità (sorgenti termali, saline, profondità oceaniche) e benefici (organicazione del C, produzione

di O2, fissazione di N2). Tra questi, solo una percentuale inferiore al 5% è patogena. Si tratta di una quantità limitata, ma bisogna

tener presente che non conosciamo l’intera popolazione batterica.

Con il termine antibiotico si indica un prodotto di origine naturale, magari anche modificato, ma comunque scoperto in natura.

L’antibatterico è invece un prodotto chemioterapico di origine prevalentemente sintetica. L’efficacia viene misurata calcolando la

MIC (Minima Concentrazione Inibitoria), ovvero la minima concentrazione di antibatterico che inibisce la crescita del batterio.

Minore è la MIC e più potente è l’effetto del farmaco nell’inibire la crescita.

Con gli antibatterici possiamo agire sulla sintesi della parete batterica, sintesi proteica e sintesi del DNA.

PENICILLINE

Le penicilline sono prodotte naturalmente da alcune muffe per difendersi dai batteri che cercano di colonizzare lo stesso territorio e

appropriarsi i nutrienti. In particolare, riescono a bloccare la sintesi del peptidoglicano nella cellula batterica. Il peptidoglicano è un

polimero strutturale complesso costituito da una componente zuccherina e una componente proteica a formare una maglia/rete che

funge da supporto meccanico e metabolico nella vita del batterio. I Gram + presentano uno spesso strato di peptidoglicano, mentre

i Gram – presentano uno strato sottile di peptidoglicano e una membrana interna ed una esterna di natura lipopolisaccaridica, e

porine.

La componente glucidica è rappresentata da un dimero composto da N-acetilglucosammina (NAG) e acido N-acetilmuramico

(NAM), al NAM è legata una catena peptidica di 5 amminoacidi, che termina con il dimero D-alanina-D-alanina. È interessante notare

che l'uso di D-amminoacidi (anziché le forme L usate per le proteine umane) è uno stratagemma dei batteri per proteggersi dalle

proteasi, gli enzimi che degradano le proteine comuni. Questo processo avviene nel citoplasma del batterio. Dopodiché, dato che il

peptidoglicano deve stare all’esterno, i precursori devono attraversare la membrana cellulare. A questo livello agiscono due enzimi:

• Transglicosidasi, che consente la polimerizzazione dei vari monomeri formando filamenti lineari continui (con legame glicosidico

β (1→4), è un legame covalente molto forte)

• Transpeptidasi, che presenta nel suo sito attivo una Serina. L'OH della serina agisce come nucleofilo e attacca il carbonio del

COOH della D-Alanina in posizione prossimale (prima dell’ultima, penultima). Di conseguenza si rompe il legame peptidico tra le due

D-Alanina. La D-Alanina terminale viene rilasciata, mentre la catena peptidica rimane legata covalentemente alla serina dell'enzima.

A questo punto interviene la seconda catena peptidica (quella di un filamento adiacente): interviene il NH₂ libero della Lisina che

attacca il carbonio carbonilico legato alla serina. Il risultato è che si forma il nuovo legame peptidico tra la D-Ala della prima catena

e la Lisina della seconda. L'enzima poi viene rilasciato integro e pronto per un nuovo ciclo.

Le penicilline riescono a bloccare completamente la reazione della transpeptidasi,

perché tridimensionalmente sono molto simile al dimero D-ala-D-ala.

La penicillina presenta due anelli: un anello beta lattamico a 4 atomi (ammide ciclica)

e un anello a 5 atomi (l'anello tiazolidinico). Questo sistema biciclico serve a

mantenere la molecola in una conformazione rigida che ricalca esattamente la

geometria del dimero D-Ala-D-Ala. Si tratta di una struttura dotata di elevata tensione

d’anello che la rende instabile e reattiva. In pratica quello che succede: il gruppo OH

di una Serina nel sito attivo della transpeptidasi attacca il carbonio carbonilico del β-lattame. L'anello si apre e forma un legame

irreversibile (covalente estereo) tra enzima e farmaco. Il gruppo amminico di una Lisina dovrebbe arrivare nel sito attivo per rompere

il legame con la Serina e liberare l'enzima. Tuttavia, la struttura ingombrante della penicillina impedisce fisicamente alla Lisina di

avvicinarsi.

Anche se la transpeptidasi dovesse riuscire a liberarsi dalla penicillina, questa viene rilasciata sottoforma di acido penicilloico ha

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perso la tensione d’anello e la stereochimica substrato suicida perché si sacrifica per disattivare l’enzima, e l’enzima deve essere

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risintetizzato per esplicare la sua funzione.

Cause apertura anello: idrolisi (ambiente basico), enzimi β-lattamasi, ambiente acido (il problema principale per la somministrazione

orale è che le penicilline naturali sono instabili a pH acido).

La BENZILPENICILLINA (penicillina G, scoperta da Fleming) e la FENOSSIMETILPENICILLINA sono le prime penicilline naturali

scoperte, tuttavia presentano alcuni problemi:

- spettro d’azione ridotto, sono efficaci solo nei Gram + non riescono a passare attraverso le porine, inoltre le loro catene laterali

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sono ingombranti e lipofile.

- anello viene aperto da β-lattamasi e in ambiente basico. In ambiente acido la Benzilpenicillina è instabile mentre la

Fenossimetilpenicillina è stabile perché presenta un atomo di O tra il gruppo fenilico e il carbonile che crea un effetto elettronattrattore.

Questo ossigeno "attira" gli elettroni verso di sé, riducendo la densità elettronica sull'ossigeno ammidico. Il risultato è che l'O non

compie l'attacco nucleofilo verso l'anello, rendendola acido-stabile.

Da queste considerazioni, sono state sviluppate le cosiddette penicilline semisintetiche.

Si è riusciti ad isolare, ad esempio dalla penicillina G, l’acido 6-amminopenicillanico grazie all’azione dell’enzima penicillina acilasi,

che è la struttura centrale ed essenziale della molecola, privata della catena laterale. Quindi tramite sintesi chimica è stato possibile

inserire qualsiasi sostituente desiderato.

1) Resistenza a beta-lattamasi si è scoperto che il sito attivo delle beta-lattamasi è

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leggermente più piccolo e rigido rispetto a quello della transpeptidasi. Questo è stato sfruttato

dai ricercatori, attraverso l'inserimento di gruppi a ingombro sterico. Sono stati sviluppati così

i farmaci semisintetici METICILLINA e OXACILLINA. La Meticillina rimane sensibile all'acido

(per cui può essere assunta solo per via endovenosa), mentre l'Oxacillina, grazie a gruppi

elettron-attrattori, resiste al pH dello stomaco ed è efficace per via orale. Entrambe sono

attive principalmente contro i Gram positivi.

2) ampio spettro si è cercato di rendere la

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molecola più idrofila per permettere il passaggio

attraverso le porine, ad esempio aggiungendo un gruppo amminico nell'AMPICILLINA

(somministrata per via orale) o un acido carbossilico nella CARBENICILLINA (somministrata

per via intravenosa). Tuttavia, per essere piccole abbastanza da passare nelle porine, non

possono avere l'ingombro sterico necessario a resistere alle beta-lattamasi.

3) inibitori delle beta-lattamasi per proteggere le

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penicilline ad ampio spettro (come l'Amoxicillina) dai batteri resistenti, si usano anche gli

inibitori delle beta-lattamasi (es. Acido Clavulanico o Sulbactam). Questi composti mimano la

struttu