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5 . L

A C E

L

L U

L

A F

U N

G

I N

A

Tutti i funghi hanno una struttura cellulare caratteristica. La conoscenza

della struttura e delle funzioni di una cellula fungina tipica è importante per

capire in che modo i vari agenti antifungini agiscono.

La membrana cellulare, nota anche come membrana citoplasmatica,

riveste il citoplasma con tutti i suoi componenti e forma la barriera tra la

cellula ed il suo ambiente. Se la membrana non rimane intatta i componenti

citoplasmatici escono dalla cellula determinandone la morte. La membrana

cellulare evita anche che elementi dell’ambiente potenzialmente dannosi

entrino nella cellula.

Immediatamente all’esterno della membrana cellulare c’è una parete

cellulare rigida che circonda l’intera cellula e che ha il compito di darle una

forma e di mantenerla. La sostanza che forma la parte fondamentale della

parete cellulare e che la rende rigida, si chiama chitina.

5 .

1 . I L L

A

N O

S T

E

R

O

L

O E L

’ E

R

G

O

S T

E

R

O

L

O

La membrana cellulare è composta soprattutto da lipidi (fosfolipidi),

uno di questi è l’Ergosterolo che è necessario per mantenere l’integrità della

membrana cellulare. L’Ergosterolo viene sintetizzato a partire da un altro

lipide, il Lanosterolo. Entrambi sono steroli contenenti un gruppo alcolico

–OH. 9

Gli steroli sono composti costituiti da una particolare configurazione a

quattro anelli, il ciclopentanperidrofenantrene (A-B-C-D).

D

C

A B

Appartengono alla classe degli steroli gli ormoni naturali come il

cortisolo, gli estrogeni, il testosterone o farmaci come il cortisone e i suoi

derivati.

Nella struttura del Lanosterolo sono presenti gruppi metilici –CH e

3

alcolici –OH. 14

HO Lanosterolo

10

5 .

1 .

1 . C i t

o c

r o

m o P

4 5

0

Dei cambiamenti che hanno luogo nella struttura del Lanosterolo

durante la sintesi dell’Ergosterolo, quello che ci interessa principalmente è la

rimozione del gruppo metilico –CH (demetilazione) nella posizione C14. La

3

demetilazione in C14 si verifica in seguito all’attività di un enzima ossodasi

α

(14α

-demetilasi) dipendente dal citocromo P450, che separa il gruppo

dal C14 (Figura 1).

metilico -CH 3 Figura 1

α

14α

-demetilasi

14 O , NADPH

2 HO

HO ∆ − diene

Lanosterolo 8,14

funghi mammiferi

14

HO HO Colesterolo

Ergosterolo

Numerose attività enzimatiche si collegano al sistema ossidativo basato

sul citocromo P450; fino ad ora sono stati caratterizzati oltre 150 differenti

enzimi con differenze sia specie-specifiche, che organo-specifiche (citocromi

11

steroidogenici): in ogni caso, caratteristica comune a tali enzimi è quella di

comportarsi in massima parte come reduttasi O e NADPH dipendenti.

2

Un’altra serie di importanti enzimi collegati al citocromo P450 sono le

reduttasi del colesterolo che nei tessuti steroidogenici dei mammiferi portano

alla sintesi del cortisolo e degli ormoni sessuali.

In altre specie, ad esempio nei miceti, gli enzimi collegati al citocromo

P450 risultano implicati nella sintesi di Ergosterolo, indispensabile alla

formazione della membrana cellulare.

In particolare la sintesi dell’Ergosterolo nei miceti richiede una

demetilazione in posizione 14 di precursori metilati quali il Lanosterolo; tale

tappa richiede una ossidazione svolta da una reduttasi (14α-demetilasi)

collegata al citocromo P450; il blocco funzionale del citocromo P450 si

traduce in un’inefficienza di questo sistema enzimatico con deficit di

Ergosterolo nella membrana fungina che porta ad alterazione della

permeabilità della stessa ed accumulo di precursori metilati nel citoplasma con

vacuolizzazioni.

Un blocco selettivo del citocromo P450 fungino rappresenta il

meccanismo d’azione di alcuni farmaci dotati di attività antifungina.

12

6 . F

A

R

M A

C

I D

I S P O

N

I B

I L

I P

E

R I L T

R

A

T

T A

M E

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L E M I C

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H

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R

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B L

E

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C

I A

T

I A

L L O

R

O U

S O

La grande maggioranza dei pazienti viene trattata con Amfotericina B,

Griseofulvina, 5-Fluorocitosina, Terbinafina, antifungini azolici.

6 .

1 . A

M

F

O

T

E

R

I C I N A B

I polieni sono un gruppo di antibiotici macrolidici, prodotti

principalmente da specie di Streptomyces. Chimicamente essi sono costituiti

da un anello lattonico, da un sistema di doppi legami coniugati e da una

[6]

porzione idrofila . Il più noto e importante tra questi è l’Amfotericina B, un

macrolide eptaenilico costituito da un nucleo principale, contenente 7 doppi

legami coniugati in relazione trans fra di loro, che è legato per mezzo di un

legame glicosidico al 3-amino-3,6-dideossimannosio (micosamina).

OH

HO

HO O CH

3

O

O OH OH OH OH OH

HOOC H C

3

OH

OH

H C

3 CH

O 3

HO O

H N

2 Amfotericina B

La molecola ha caratteristiche anfotere a causa della contemporanea

presenza di una funzione carbossilica sul nucleo principale e una funzione

amminica nella micosamina, nella struttura è presente anche una funzione

13

lattonica. L’Amfotericina B è scarsamente solubile in acqua, risulta non

assorbibile per via orale ed è disponibile in preparazioni iniettabili. Questo

antibiotico possiede uno spettro di attività antifungina molto ampio; risulta

attivo contro Candida albicans, Cryptococcus neoformans, Blastomyces,

Histoplasma capsulatum, Aspergillus, Torulopsis glabrata, Coccidioides e

Paracoccidioides.

Meccanismo d’azione

Questi antibiotici sono attivi in modo specifico contro le cellule

eucariotiche, vale a dire tutte le cellule contenenti steroli nella membrana

citoplasmatica.

La loro azione si basa proprio sulla formazione di complessi con tali

steroli, principalmente con l’ergosterolo. Questa interazione tra farmaco e

componente lipidica della membrana ha come risultato un aumento della

permeabilità della membrana stessa, che porta all’alterazione del gradiente

protonico con fuoriuscita di ioni potassio. L’effetto fungistatico sembra essere

collegato proprio a tale efflusso di ioni potassio, mentre l’effetto fungicida

sembra possa essere imputato ad una inibizione irreversibile dell’ATPasi di

membrana. I batteri non sono sensibili ai polieni poiché la loro membrana

cellulare è sprovvista di steroli.

Sebbene l’Amfotericina B presenti un maggior grado di specificità per

l’ergosterolo piuttosto che per il colesterolo, la sua tossicità è un problema

clinico ben conosciuto. I polieni determinano in vitro la lisi delle emazie,

14

probabilmente perché la membrana dei globuli rossi contiene steroli. Ciò

spiega perché uno degli effetti tossici collaterali che si osserva nella terapia

nell’uomo con polieni, specialmente con Amfotericina B, è appunto una

anemia emolitica.

6 .

2 . G

R

I S E

O

F

U

L

V

I N A

La Griseofulvina, prodotta da varie specie di Penicillum, non provoca la

sterilizzazione delle strutture già infettate al momento in cui la terapia viene

iniziata, ma si accumula nelle strutture cheratiniche (strato corneo

dell’epidermide, capelli e unghie) via via che queste si formano. La

Grisoefulvina è quindi presente in tali cellule quando queste vanno incontro a

differenziazione, risulta strettamente legata alla cheratina rendendola pertanto

resistente all’invasione fungina. OCH OCH

3 O 3 O

CH O

3 CH

Cl 3

Griseofulvina

Pertanto quando le strutture più vecchie ed infettate si distaccano per

effetto della normale crescita della epidermide, vengono lentamente sostituite

da strutture che contengono un’alta quantità di Griseofulvina. Per questo il

trattamento deve essere prolungato (settimane o mesi), specialmente nei casi

15

in cui siano interessate le unghie. Fortunatamente la Griseofulvina ha una

scarsissima tossicità anche dopo somministrazioni prolungate.

La Griseofulvina risulta attiva solo su diversi dermatofiti:

Microsporum, Epidermophyton, Tricophyton; l’utilizzo terapeutico di tale

farmaco risulta così limitato solo alle diverse forme di tinea (capitis, cruris,

corporis, manuum e pedis).

Meccanismo d’azione

Il meccanismo d’azione antimicotico della Griseofulvina è poco noto,

nelle cellule animali provoca però il disorientamento del fuso mitotico e

l’inibizione della mobilità cromosomica nella anafase (effetti simili a quelli

esercitati dalla Colchicina e dalla Vinblastina). È quindi probabile che il sito di

azione della Griseofulvina nelle cellule fungine sia rappresentato dai

microtubuli.

6 .

3 . 5 - F

L

U

O

R

O

C I T

O

S I N A

La 5-Fluorocitosina o Flucitosina è una pirimidina fluorurata,

sviluppata dalla Roche come possibile farmaco antimetabolita durante una

[7] .

ricerca su nuovi agenti citotossici 16 H

N O

N

F NH

2

5-Fluorocitosina

La Flucitosina è dotata di proprietà fungistatiche, risulta attiva verso

Criptococcus neoformans, Candida albicans e Torulopsis glabrata, ma può

rapidamente selezionare forme resistenti.

Meccanismo d’azione

Il primo effetto dell’esposizione di funghi sensibili alla Flucitosina è

quasi un’immediata inibizione della sintesi degli acidi nucleici. Infatti la

Flucitosina è assorbita attivamente dalla citosina permeasi, enzima

responsabile dell’assorbimento di adenina, guanina, ipoxantina e citosina da

parte della cellula fungina, e tali substrati naturali antagonizzano pertanto

[8]

l’assorbimento della Flucitosina .

All’interno della cellula la Flucitosina è immediatamente deaminata a

5-Fluorouracile (5-FU) da parte di una citosina deaminasi, un passaggio critico

poiché è proprio il 5-fluorouracile il principio attivo responsabile della morte

del fungo. La bassa tossicità della Flucitosina è dovuta infatti all’assenza della

citosina-deaminasi nelle cellule dei mammiferi.

Il 5-Fluorouracile però non può essere somministrato direttamente

come farmaco antimicotico poiché l’assorbimento da parte della cellula

17

fungina è scarso e la sua tossicità nelle cellule dei mammiferi ne preclude

l’uso sistemico alle dosi necessarie per la chemioterapia.

6 .

4 . T

E

R

B

I N A

F

I N A

È un composto della classe delle allilamine somministrabile per via

orale e topica e rapidamente assorbito a livello gastrointestinale. CH

3

N CH

3

CH

3

CH 3

Terbinafina

Si distribuisce estesamente nei tessuti, principalmente nella pelle e nel

tessuto adiposo, a causa della sua elevata liposolubilità.

Meccanismo d’azione

Il meccanismo d’azione consiste in una riduzione della sintesi

dell’Ergosterolo nella cellula fungina attraverso un’azione inibitoria

specifica nei confronti dello squalene epossidasi, enzima che catalizza la

trasformazione dello squalene in squalene epossido, precursore

dell’Ergosterolo. L’accumulo dello squalene probabilmente aumenta la fluidità

della membrana fungina, il che, unito alla mancata sintesi dell’Ergosterolo,

componente fondamentale della membrana cellulare, provoca la distruzione

cellulare. 18

6 .

5 . A

N T

I F

U

N G

I N I A

Z

O L

I C I

Gli azoli antifungini comprendono due ampie classi di derivati

feniletilici a struttura imidazolica (1) o a struttura triazolica (2) che

presentano lo stesso spettro di azione antifungina e lo stesso meccanismo di

azione. R R

1 1

N N

N N

R R

3 4

2 2 N

R R

1 2

6 .

5 .

1 . B a s

i m o

l e

c o

l

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i

o n

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t

i f u

n

g i n

a d e i d e r

i v

a

t

i

a z

o

l i c

i

L’attività dei farmaci azolici è legata alla presenza dell’anello azolico

(imidazolico o triazolico) non sostituito ed alla simmetria tetraedrica

[9]

dell’atomo al quale tale eterociclo è legato . [10]

Le molecole in esame sono prevalentemente idrofobiche e l’anello

azolico costituisce il solo gruppo reattivo nel determinare l’interazione con il

target delle cellule fungine.

Le relazioni struttura-attività, in questa classe di composti, sono state

attentamente esaminate ed appare chiaro che la loro attività in vitro è correlata

alla lipofilia di queste molecole. Questa loro caratteristica infatti può spiegare

19

la loro capacità di penetrare le membrane biologiche ed a rompere quindi il

legame tra gli enzimi di membrana e la membrana stessa.

L’opinione comune è che gli effetti fungistatici di tali derivati siano

dovuti all’inibizione della sintesi degli steroli di membrana e la loro azione

fungicida derivi invece dall’interazione con la membrana plasmatica, con

conseguente sconvolgimento delle funzioni di barriera esplicate da

quest’ultima.

6 .

5 .

1 .

1 . I n

i b

i z

i o

n

e d

e

l l

a b

i

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g

l i s t e r

o l

i d

i m

e m

b

r a n

a

Studi sulla demetilazione degli steroli in ceppi di Saccharomyces

cerevisiae, hanno dimostrato che sia in condizioni aerobiche che anaerobiche,

nella crescita cellulare la 14α-demetilazione del Lanosterolo è catalizzata dal

citocromo P-450-NADPH-reduttasi.

Gli enzimi la cui attività dipende dal citocromo P-450 sono numerosi e

tra questi è importante ricordare (Figura 2):

l’aromatasi;

1. il progesterone 17α-idrossilasi/17,20 liasi;

2. l’enzima preposto alla rottura della catena laterale del

3.

colesterolo. 20

Figura 2

1 Aromatasi CHO

O O HO

α

2 Progesterone 17α

-idrossilasi/17,20 liasi

O O O

OH

3 Rottura della catena laterale del Colsterolo

OH O

OH

Il meccanismo d’azione più importante e significativo degli antifungini

azolici è quello dell’inibizione della sintesi dell’Ergosterolo, che è

fondamentale nel regolare la fluidità della membrana fungina e di conseguenza

anche la permeabilità e le funzioni enzimatiche della membrana.

Il meccanismo attraverso il quale si manifesta l’azione antimicotica dei

α

derivati azolici prevede l’inibizione della 14α

-metil-Lanosterolo-demetilasi,

un enzima che dipende dal sistema microsomiale del citocromo P450 fungino

(Figura 3). 21

Figura 3

α

14α

-demetilasi

14 O , NADPH

2 HO

HO ∆ − diene

Lanosterolo 8,14

funghi mammiferi

14

HO HO Colesterolo

Ergosterolo

Questo enzima è coinvolto nella via biogenetica che porta dal

Lanosterolo all’Ergosterolo, uno sterolo componente fondamentale della

membrana citoplasmatica dei funghi.

Imidazolo e triazoli, impedendo la biosintesi dell’Ergosterolo, portano

ad un accumulo di 14α-metilsteroli; questi steroli in eccesso possono

distruggere la struttura compatta dei fosfolipidi di membrana, bloccando così

l’accrescimento dei funghi.

Un’analisi approfondita del sito enzimatico indica che il Lanosterolo si

lega al sito attivo dell’enzima ancorandosi con l’ossidrile in C-3 per

formazione di un legame ad idrogeno con un amminoacido del sito attivo, e

22

α-metile,

disponendo il C-14 che subirà l’ossidazione, verso l’atomo di Ferro

del sistema del citocromo P450 (Figura 4).

Figura 4

O 3 14

H

X Fe cit P450

S

Studi recenti sul meccanismo molecolare attraverso il quale si ottiene

l’inibizione della 14-α-demetilasi sembrano indicare che l’atomo di azoto

delle strutture azoliche, N-3 per i derivati imidazolici e N-4 per i derivati

triazolici, sia necessario per la complessazione e la stabilizzazione dello ione

[11]

ferrico dell’eme (Figura 5); inoltre anche altre porzioni molecolari presenti

sulla struttura N-feniletilica, come i gruppi R e R , sono importanti per

1 [12]

l’attività antifungina perché coinvolte nelle interazioni di “binding” con

specifiche regioni di riconoscimento dello stesso enzima.

23

Figura 5

binding binding

R

N R

1

N X binding

III

Fe X= CH imidazoli

,

S

Cys X= N, triazoli

Tra gli antifungini imidazolici ricordiamo l’Econazolo e il Miconazolo,

il Tioconazolo e il Fenticonazolo, il Chetoconazolo, l’Ossiconazolo

quest’ultimo ormai superato (Figura 6), tra gli antifungini triazolici di recente

acquisizione ricordiamo il Fluconazolo, il Genaconazolo, il Voriconazolo,

l’Itraconazolo e il Saperconazolo (Figura 7).

24

Figura 6

Cl Cl N N

O

R' Econazolo R'=H

Miconazolo R'=Cl

Cl Cl Cl

Cl Cl N N

N O

N

O Cl

S S Fenticonazolo

Tioconazolo N

N

CH

2

O

CH CO N N OCH O

3 2 Cl Cl

H

Chetoconazolo

Cl Cl

O

N N N

Cl Cl

Ossiconazolo

25

Figura 7

F F N

N

OH N

N

N N

Fluconazolo F

Me

Me OH

OH N

N N N

Me

N SO

2 N

N N

F

F F

F Me

Genaconazolo Voriconazolo Et

O N N

N

N

N Me Et

O

N O O

N N

O

N N

Cl N

Itraconazolo N

Cl N

O

N O

N O

N F

Saperconazolo

F 26


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40

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227.76 KB

AUTORE

Moses

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche
SSD:
Università: Messina - Unime
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Moses di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Chimica farmaceutica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Messina - Unime o del prof Grasso Silvana.

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