microbiologia

Bersagli molecolari degli antibiotici

A. Sintesi del peptidoglicano

Il peptidoglicano è una componente essenziale delle pareti batteriche (ad eccezione dei micoplasmi) ed è una sostanza non presente nelle nostre cellule, quindi questo garantisce la tossicità selettiva degli antibiotici. La sintesi del peptidoglicano inizia nel citoplasma. Mentre il NAG è già presente nella cellula batterica, il NAM deve essere sintetizzato e questo viene fatto partendo dal NAG.

• NAG si lega a una molecola di UDP e così viene attivata → UDP-NAG
• L'enzima transferasi (MurA) collega sul NAG un P-enolpiruvato o PEP → UDP-NAG-PEP
• L'enzima reduttasi...

B. Membrana plasmatica batterica

C. DNA-topoisomerasi che mantengono il cromosoma compatto

D. Via metabolica che porta alla sintesi dell'acido folico

E. Trascrizione

F. Sintesi proteica

riduce il PEP ad acido lattico eun NAG con un acido lattico legato diventaNAM→UDP-NAMA questo punto viene sintetizzato il ramoscello tetrapeptidico che servirà acrosslinkare le catene NAG-NAM e che si lega e UDP-NAM: L-Ala — D-Glut — L-Lys — D-Ala — D-Ala. Quindi il tetrapeptide inizialmente si forma comepentapeptide, poi vedremo il perché (D-Ala si forma tramite una via sintetica cheinizia dalla L-alanina e che vede la partecipazione di una racemasi e poi unaligasi).Questo precursore viene trasferito a un lipide ancorato sulla membrana plasmatica che si chiamaBACTOPRENOLO. In particolare, il lipide lega il ramoscello peptidico del complesso; questo legamecomporta un dispendio energetico e l’energia proviene dalla scissione dell’UDP che perde unfosfato. Avremo quindi un complesso dato da bactoprenolo che lega: P,NAM,ramoscello peptidco.UMP viene riciclato per funzionare da nuovo accettore di NAG.Il precursore è completo

stacca (per cui pentapeptide→tetrapeptide) e l’energia che si libera vieneusata dall’enzima TRANSPEPTIDASI per crosslinkare le catene.

- FOSFOMICINA: agisce nelle fasi precoci della sintesi del precursore del peptidoglicano, inparticolare ha come bersaglio l’enzima citoplasmatico transferasi (MurA), quello che lega al NAGun PEP. Come fa l’antibiotico a entrare nel citoplasma? Nel caso dei Gram-, la membrana esternacontiene le porine, quella plasmatica invece risulta impermeabile e quindi l’antibiotico per passaredeve sfruttare una serie di trasportatori. In assenza di questi ultimi, si dice che il batterio ènaturalmente o intrinsecamente resistente alla fosfomicina. Nel caso dei Gram+ l’antibioticopassa attraverso la parete cellulare e la membrana plasmatica. Vediamo come agisce lafosfomicina→compete con PEP grazie ad una notevole somiglianza di struttura con esso, è ingrado di legare MurA con affinità molto maggiore.

Il legame covalente ma comunque ad alta affinità, il dipeptide D-Ala. Se il legame avviene quando il precursore è già stato polimerizzato l'antibiotico blocca la transpeptidazione, altrimenti si blocca la transglicosilazione. Ha un meccanismo di azione battericida perché blocca la sintesi di una componente essenziale. Il capostipite dei glicopeptidi è la VANCOMICINA, una struttura molto grande e lipofila che ha uno spettro di azione ristretto ai Gram+. Una variante è la TEICOPLANINA (lipoglicopeptide), la quale lega meglio la membrana plasmatica batterica ed ha un'emivita più lunga, per cui si può somministrare una sola volta al giorno.

- β-LATTAMICI: la struttura di base di questi antibiotici è quella di un anello a 4 atomi, detto anello β-lattamico appunto. I β-lattamici bloccano la reazione di transpeptidazione che crosslinka tra loro le catene del peptidoglicano. Come è possibile questo?

L'anello β-lattamico è molto simile al dipeptide D-Ala e quindi l'antibiotico compete con il dipeptide per il sito attivo delle transpeptidasi. In particolare l'antibiotico lega in modo covalente e irreversibile il sito attivo dell'enzima e lo inattiva, quindi ha un'azione battericida. Dalla PENICILLINA, che ancora si utilizza in alcune terapie, sono derivate molte famiglie di antibiotici β-lattamici che hanno tutte l'anello β-lattamico e che differiscono per il resto della struttura chimica; sono 4 famiglie diverse e per ognuna sono stati creati vari farmaci che hanno caratteristiche diverse per lo spettro d'azione, per la farmacocinetica (uso orale, iniettivo) e per la durata. Di questi ci troveremo ad utilizzare largamente alcune penicilline come l'Amoxicillina. Di fatto, per la loro efficacia, per la loro scarsa tossicità, per la loro elevata tollerabilità e versatilità sono, tra tutti gli antibiotici,

quelli maggiormente utilizzati.

B. Membrana plasmatica batterica

È più difficile trovare antibiotici che agiscono sulle membrane che sulla parete perché le membrane dei procarioti sono molto simili alle nostre per alcuni aspetti. Questo è il motivo per cui gli antibiotici che agiscono sulle membrana sono TOSSICI anche per l’ospite.

- POLIMIXINE: sono molecole grandi costituite da una coda di acido grasso e una catena amminoacidica (che inizialmente è lineare e poi forma una sorta di anello) contenente 2 gruppi amminici. Sulla base di questa struttura le polimixine si possono definire come LIPOPEPTIDICI CICLICI CATIONICI. Grazie a questa struttura, le polimixine hanno come bersaglio il lipide A della membrana esterna dei Gram-: legano l’endotossina batterica e, grazie a questo tipo di interazione che è mediata dalla carica positiva dell’antibiotico e quella negativa del fosfato dellipide A, si ha un’alterazione della membrana.

esterna che consente alla polimixina di entrare e didanneggiare la membrana plasmatica. Sono antibiotici battericidi a spettro ristretto sui Gram-. Ad elevate concentrazioni danneggiano anche le membrane delle cellule eucariotiche: tenendopresente che le polimixine vengono, una volta somministrate, eliminate per via renale, questisono ANTIBIOTICI NEFROTOSSICI.

DAPTOMICINA: è un LIPOPEPTIDE CICLICO. Quando la daptomicina si trova in presenza di ionicalcio, la molecola lega la membrana e forma dei canali transmembrana attraverso i quali si creauna comunicazione tra citoplasma ed esterno, dunque buca la membrana plasmaticadanneggiandola in maniera irreversibile. Quindi ha un effetto battericida e uno spettro ristretto aiGram+ perché le dimensioni elevate della molecola non le permettono di passare attraverso lamembrana esterna dei Gram-. Ad elevate concentrazioni danneggiano anche le membrane dellecellule eucariotiche (RABDOMIOLISI).

C. TopoisomerasiQuesti enzimi alterano

L'integrità del DNA. La cellula è provvista di più tipi di topoisomerasi e quelle che funzionano da bersaglio molecolare sono le DNA girasi e le DNA topoisomerasi IV, abbastanza simili tra di loro e essenziali per la replicazione del cromosoma batterico: durante la fase di replicazione, il cromosoma deve essere svolto e poi i 2 nuovi cromosomi sintetizzati devono essere nuovamente superavvolti. Inoltre, una volta che i due cromosomi sono stati duplicati e in assenza della topoisomerasi, i due cromosomi rimarrebbero collegati tra di loro come se fossero due anelli di una catena e quindi è necessario anche aprirli e decatenarli (separarli fisicamente) attraverso un taglio che viene operato da questi enzimi. Oltre che per la duplicazione, le topoisomerasi sono essenziali per la trascrizione del DNA.

CHINOLONI: sono farmaci di sintesi la cui molecola è costituita da 2 anelli planari a 6 atomi che insieme formano l'ANELLO CHINOLONICO. Il precursore