Antibiotici

A.

Spettro: attiva su Gram+, inattiva contro

Gram– e funghi

• Meccanismo d’azione: Inibisce l’enzima UPP

fosfatasi bloccando la defosforilazione del

carrier

• Tossicità: Nefrotossica per via parenterale

Uso intestinale: • Uso: Scarso assorbimento orale. Per os trova

In associazione con neomicina impiego nelle infezioni intestinali o per il

Bimixin trattamento post-operatorio dell’intestino. Per

via i.m. contro stafilococchi resistenti.

Uso topico: Abbondante uso topico.

In associazione con polimixina B

Cicatrene Antibiotici polipeptidici

• Numerose specie batteriche producono miscele di peptidi ciclici dotati di proprietà

antibiotiche, contenenti D-aa, beta-aa, gruppi amminici, zolfo

• Spesso portano una porzione non amino acidica come ad esempio una catena

laterale costituita da acidi grassi.

• Di conseguenza non sono facilmente metabolizzabili (resistenti all’azione di

proteasi e peptidasi) e sono somministrabili per os

• A parte alcuni antibiotici con meccanismo specifico (bacitracina), il meccanismo

principale di tali antibiotici si basa sulle loro proprietà tensioattive (di norma

cationici): aderiscono alla membrana batterica, modificandone la permeabilità e

causando l’uscita di metaboliti essenziali e l’ingresso di sostanze indesiderate

• Gravemente letali per i batteri suscettibili, ma dato il loro meccanismo poco

specifico sono notevolmente tossici per l’uomo; riservati per situazioni

particolarmente gravi.

• I batteri sviluppano difficilmente resistenza

• Stabilità: le soluzioni devono essere protette da luce, calore e pH estremi

Antibiotici polipeptidici

Omeomerici solo unità a.a. Eteromerici anche gruppi non a.a.

Omodetici solo legami peptidici Eterodetici con legami diversi

es. esteri nei depsipeptidi)

Biosintesi del peptidoglicano

La biosintesi e la costruzione della parete

batterica può essere suddivisa in tre fasi che

avvengono in tempi successivi e localizzazioni

distinte e si possono così schematizzare:

1 1. Biosintesi dei precursori: avviene nel

citoplasma

2. Sintesi e trasporto delle catene lineari di

peptidoglicano: avvengono in membrana

2 3. Formazione dei legami crociati tra le

catene lineari: avviene nella parete

3 Per ogni fase ci sono antibiotici che agiscono

come inibitori delle reazioni metaboliche che

le governano.

Formazione dei legami crociati

Gram -

Gram +

La formazione dei legami crociati tra catene lineari contempla la formazione di un

ponte tra D-Ala e pentaGly in un caso e tra D-Ala e DAP nell’altro.

In entrambi i casi le «seconde» D-Ala (box rossi) vengono eliminati con o dopo la

formazione dei legami crociati.

Formazione dei legami crociati: le proteine PBP

La formazione dei legami crociati è catalizzata dalle Pennicillin Binding Proteins (PBP):

un complesso multiproteico multimodulare di enzimi ancorati alla membrana che

hanno un meccanismo sia di transpeptidasi (per costruire il legame crociato) sia di

carbossipeptidasi per eliminare la seconda D-Ala in eccesso.

In entrambi i casi, il substrato riconosciuto corrisponde al dipeptide D-Ala-D-Ala

Formazione dei legami crociati: le proteine PBP

Si tratta di enzimi con meccanismo di proteasi seriniche

Rottura del legame D-Ala-D-Ala

Formazione del legame crociato

Se entra H O al posto della seconda catena si ha

2

azione carbossipeptidasica anziché transpeptidasica

La scoperta delle penicilline

1928 - Alexander Fleming

Nota che una piastra di Petri casualmente

contaminata dalla muffa di pane

(Penicillium notatum) mostra una crescita

di stafilococchi ridotta rispetto alle altre

piastre.

1939 - Florey, Chain e Collaboratori

Isolano e caratterizzano la Penicillina (G).

1940 –1945 Produzione industriale ed uso

durante la II guerra mondiale

1945 – Dorothy Hodgkins

Risolve l’enigma della struttura della

Penicillina G (Rx)

1958 – John C. Sheehan Sintesi totale

della Penicillina G

Le penicilline: proprietà strutturali

Tre centri chirali (3S, 5R, 6R: H e H in cis))

5 6

5R

6R Presenza di un gruppo COOH in 3, pKa = 2.3

3S Anello betalattamico instabile in acidi e basi

Acido 6-aminopenicillanico

(6-APA) Le penicilline: biosintesi

sintasi ciclasi

transferasi Cefalosporine

L’acido L-amino adipico deriva dal metabolismo della lisina

L’intermedio N può essere usato sia per sintetizzare altri anelli beta lattamici sia per

scambiare l’acido adipico con altri acidi presenti nel mezzo di coltura.

Sistemi betalattamici

Sistemi betalattamici

Cys + Val

Carbossietil Arg

Carbossietil Pro

Ser/Thr derivatives Sistemi betalattamici Naturali

Semisintetici

Le penicilline: meccanismo

Ser-OH

3+

Lys-NH

D-Ala-D-Ala = rosa

Peniccilina = blu Le penicilline: meccanismo

Le penicilline: reattività

La rigidità dell’anello beta

lattamico aumentata dalla fusione

con l’anello tiazolidinico gioca un

ruolo chiave nel determinare

l’elettrofilia del carbonio

carbonilico Le penicilline: stabilità

Gli stessi fattori che rendono particolarmente reattivo l’anello beta-lattamico, lo

rendono anche molto instabile specie in condizioni basiche: Acido penicilloico

Ma soprattutto in condizioni acide per l’assistenza anchimerica dell’ammide in 6

Acido penicillenico

Le penicillina G o benzilpenicillina

• Penicillina biosintetica (Penicillium notatum o Penicillium chrisogenum +

acido fenilacetico)

• Poco stabile in ambiente acido (non somministrabile per os)

• 

Sensibile alle betalattamasi farmaco resistenze

• Spettro ristretto: Attiva su Gram+ e solo sui cocci Gram-

• Proprietà PK non ideali : rapidamente assorbita e rapidamente escreta per

via renale (si somministra ogni 4 h);

• Rari effetti collaterali: forme di allergia in alcuni pazienti

• Sali organici di penicillina G (procaina) danno lento assorbimento e lento

rilascio del principio attivo con una durata di azione prolungata.

Le penicilline: stabilità

Considerando il meccanismo anchimerico dell’ammide in 6

l’aggiunta di atomi che riducono la polarizzazione del

carbonile rendono più stabile il derivato agli acidi. Il

gruppo –O-CH2- globalmente si comporta da elettron

attrattore +

Penicillina V: stesse +

-

caratteristiche della

G, ma stabile agli acidi

e somministrabile per

os. -

Le aminopenicilline: proprietà

Più polari della Penicillina V e G:

Ugualmente attivi verso Gram +

Fino a 8 volte più attivi contro Gram –

Inattivi contro Pseudomonas

Stabili agli acidi anche se molto polari (zwitterioni) e poco assorbiti per os

Non tossici anche se a livello intestinale possono causare diarrea per effetto sul

microbiota

Il gruppo amino introduce un centro chirale: enantiomero (R) più attivo di (S)

Le aminopenicilline: profarmaci

Il gruppo acido dell’ampicillina è mascherato come estere e i profarmaci risultanti

hanno una maggior lipofilia e permeano molto meglio la membrana gastro-

intestinale; in vivo si libera l’acido per idrolisi catalizzata dalle carbossiesterasi. La

promoiety contiene altri gruppi ionizzabili (esteri a cascata) per promuovere e

modulare la liberazione della forma attiva.

Le penicilline: le betalattamasi

Enzimi che inattivano le penicilline per apertura dell’anello beta-lattamico;

Inducono resistenza trasferibile. Si conoscono ceppi di Staphylococcus aureus resistenti

alle penicilline sin dal 1960

Si conoscono due possibili meccanismi d’azione delle beta-lattamasi: il primo è

identico quello dell’enzima target (PBP), il secondo si basa su una catalisi assistita da

Zn++ (metallo betalattamasi)

Le penicilline: le betalattamasi

In genere sostituire l’amide in 6 con gruppi ingombranti

riduce nettamente l’interazione con le betalattamasi,

rendendo così i derivati resistenti, ma:

- Riduce anche l’interazione con le PBP (in effetti si

riduce la similarità con D-Ala-D-Ala)

- Rende gli anelli più instabili in acidi (solo i.v.)

 

- Riduce lo spettro: lipofilia effetto su Gram –

E comunque alcuni batteri sviluppano resistenza anche

verso i derivati ingombrati

Le penicilline: le betalattamasi

L’introduzione di un eterociclo con effetto

elettron attrattore tra amide e fenile

risolve il problema dando vita ad una

serie di derivati che sono resistenti sia agli

acidi sia alle lattamasi

- Somministrabili per os

- Attivi contro ceppi resistenti

- Meno potenti della Penicillina G

- Inattivi contro i Gram –

- ADME che dipende da R1 ed R2

Betalattamasi: inibitori

Sono molecole che non hanno sostanzialmente attività antibatterica ma bloccano

selettivamente le betalattamasi e vengono dati in combinazione sinergica con

penicilline sensibili alle betalattamasi

Acido clavulanico

Augmentin = amossicillina + ac. clavulanico

®

Unasyn = ampicillina + sulbactam

®

Zosyn® = piperacillina + tazobactam

Betalattamasi: inibitori

Carbossipenicilline: proprietà

Sono molecole che cambiano lo spettro d’azione delle penicilline classiche poiché

perdono l’attività verso i Gram + ma acquistano una buona attività verso i Gram –

e in particolare verso Pseudomonas aeruginosa.

Sensibili agli acidi: somministrazione endovenosa

Sensibili alle betalattamasi

Emivita molto breve 1-1.5 ore, metabolismo e legame proteine plasmatiche

molto basso Ureidopenicilline: proprietà

Sono molecole con spettro simile alle carbossipenicilline ma ancora più efficaci

verso i Gram – sia aerobi sia anaerobi

Sensibili agli acidi: somministrazione endovenosa

Sensibili alle betalattamasi

Emivita molto breve 1 ora, metabolismo e legame proteine plasmatiche molto

basso Le penicilline: SAR

E modificano spettro



d’azione Gram - Le penicilline: effetti collaterali

Oltre ai fenomeni allergici, le penicilline possono provocare irritazioni locali, squilibri

elettrolitici, diarrea. Più raramente, neurotossicità ed epatotossicità

Immediate entro 30 minuti

Eritema prurito, rinite, orticaria,

angioedema, shock anafilattico

Precoci tra 1-72 ore

Eritema, prurito, rinite, orticaria,

angioedema, edema della

glottide, broncospasmo,

ipotensione

Tardive dopo le 72 ore

Rash cutanei, orticaria, anemia

emolitica, trombocitopenia,

eosinofilia, neutropenia, malattie

da siero

Le cefalosporine

Negli anni 40 si evidenzia la presenza di un fungo negli scarichi

fognar