fonti degli antibiotici

ANTIBIOTICI
Possono essere definite Antibiotici alcune sostanze chimiche prodotte da
microrganismi aventi la capacità di inibire o anche distruggere altri
microrganismi.
Questa classificazione non è del tutto precisa in quanto:
1) esistono antibiotici che sono prodotti da alghe, funghi, piante
superiori ed anche animali;
2) esistono antibiotici che sono attivi come antivirali (anche se di
scarso interesse): i virus non possono essere definiti come
microrganismi nel senso classico della parola;
3) esistono antibiotici che sono attivi anche come antineoplastici ed in
questo caso il concetto di infettività legato ai microrganismi è da
escludere.
Antibiotici
1
I concetti di antibiotico erano già definiti nel secolo XIX. Intorno al
1900 era stata fatta la prima applicazione clinica di una miscela non ben
purificata di antibiotici provenienti da Pseudomonas aeruginosa nei
confronti di determinate malattie batteriche. La scoperta iniziale di
Fleming (1929) secondo la quale i prodotti del metabolismo del
Penicillum notatum (un ifomiceto) agiscono da battericidi, segna l'inizio
dell'"era antibiotica". La sostanza antibiotica venne chiamata Penicillina
da Fleming. Egli studiava la crescita di alcuni microrganismi su piastre
Petri su cui si poneva del terreno di coltura. Lasciata la piastra all'aria,
notò che si erano formati degli aloni di inibizione in cui la crescita
batterica era inibita. Erano infatti penetrate nel terreno di coltura delle
spore di una muffa (Penicillinum notatum) che produceva una sostanza
chiamata penicillina, capace di inibire tale crescita. Dopo 10 anni si
riuscì ad isolare la sostanza e la struttura fu determinata tramite i raggi
X. Il primo impiego terapeutico fu fatto agli inizi del 1941.
CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTIBIOTICI
Un criterio completamente soddisfacente per classificare gli antibiotici in
realtà non esiste, dato che una classificazione ideale dovrebbe soddisfare
molteplici punti di vista: origine biologica, biogenesi, struttura chimica,
spettro di attività e possibilità di applicazione.
Si possono tentare delle classificazioni unitarie secondo vari criteri:
1) criterio botanico, una classificazione degli antibiotici secondo il
materiale di partenza;
Antibiotici
2
2) criterio
biogenetico,
una
classificazione
secondo
i
motivi
fondamentali delle tappe della loro biosintesi;
3) criterio chimico, una classificazione in basi o gruppi chimici affini;
4) criterio applicativo, una classificazione secondo lo spettro di attività
e secondo l'applicazione clinica dei vari antibiotici.
Antibiotici
3
CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTIBIOTICI SECONDO LA LORO
PROBABILE ORIGINE BIOGENETICA E SECONDO LA
STRUTTURA CHIMICA (EVANS)
Antibiotici derivabili da
Antibiotici derivati da unità acetato
amminoacidi
e propionato
1) Da un singolo amminoacido
1) Anelli condensati
D-Cicloserina
Tetracicline
Cloramfenicolo
Griseofulvina
Acido fusidico
2) Da due amminoacidi
2) Macrolidici**
Penicilline
Eritromicina
Cefalosporina C
Carbomicina
Oleandomicina
Spiramicina
3) Polipeptidici
3) Polienici***
Tirotricina (miscela di tirocidina e Nistatina
gramicidina)
Amfotericina
Bacitracina
Fumagillina
Polimixina
Puromicina
Viomicina
4) Antibiotici derivabili da
zuccheri*
Streptomicina
Neomicina
Kanamicina
Paromomicina
*Amminoglucosidici
**Esteri ciclici
***Altamente insaturi
Antibiotici vari
Novobiocina
Vancomicina
Ristocetina
Antibiotici
4
FONTI DEGLI ANTIBIOTICI
ANTIBIOTICO
MICRORGANISMO
BATTERI
Bacitracina (1945)
Bacillus licheni formis
Polimixina (1947)
B. polymyxa
Tirotricina (1939)
B. brevis
Gramicidina (1939)
B. brevis
ACTINOMICETI
Amfotericina B (1956)
Streptomyces nodosus
Carbomicina (1952)
S. halstedii
Cloramfenicolo (1957)
S. venezuelae
Clortetraciclina (1948)
S. aureofaciens
D-Cicloserina (1955)
S. lavendulae
6-Demetiltetraciclina (1957)
S. aureofaciens
Eritromicina (1952)
S. erythraeus
Acido fusidico (1962)
Fusidium coccineum
Kanamicina (1957)
S. kanomyceticus
Neomicina (1949)
S. fradice
Novobiocina (1956)
S. spheroides e niveus
Nistatina (1951)
S. noursei
Oleandomicina (1954)
S. antibioticus
Ossitetraciclina (1950)
S. rimosus
Paromomicina (1959)
S. rimosus forma paromicinus
Puromicina (1952)
S. albo-niger
Ristocetina (1957)
Norcadia lurida
Spiromicina (1955)
S. ambofaciens
Streptomicina (1944)
S. griseus
Tetraciclina (1955)
S. spp.
Vancomicina (1956)
S. orientalis n. sp.
Viomicina (1951)
S. floridae
FUNGHI
Penicilline (1929)
Penicillium notatum, chrysogenum
Cefalosporina C (1948)
Cephalosporium sp., P.
griseofulvum, P. nigricans
Fumagillina (1951)
Aspergillus fumigatus
Antibiotici
5
D-Cicloserina
H2N
O
*
4
5
1
3
2NH
O
4-ammino 3-isossazolidone
E’ un antibiotico prodotto da vari tipi di Streptomiceti (Lavendulae,
Orchidaceus, Garyphalus) o per sintesi, in grado di inibire il
Mycrobacterium Tuberculosis. E’ un analogo ciclico della D-Serina, che
interferisce con la formazione e l’utilizzo della D-Alanina a partire dalla
L-Alanina, nella biosintesi della parete cellulare batterica. Agisce contro
germi GRAM (-) ed alcuni GRAM (+) ed è usato essenzialmente nel
trattamento della Tubercolosi polmonare grave, quando l’uso di altri
tubercolostatici sia risultato inefficace. Deve essere usato in associazione
con altri antitubercolari perché può dare facilmente il fenomeno della
antibiotico-resistenza. I suoi principali effetti collaterali sono a carico del
sistema nervoso centrale.
Antibiotici
6
Cloramfenicolo
O
NHC
O2N
*
CH
OH
CH
*
CHCl2
CH2OH
Il Cloramfenicolo è stato ottenuto dalla fermentazione dello
Streptomyces venezuelae ma attualmente viene prodotto per sintesi
chimica. Presenta due atomi chirali e quattro diastereoisomeri di cui
uno solo è attivo (1R, 2R) e viene separato dopo la sintesi.
Antibiotici
7
E' il primo esempio di antibiotico a largo spettro in quanto è attivo
contro i germi GRAM (+) e (-). Si somministra per via orale e viene
eliminato in forma inattiva attraverso la bile e l’urina. Ha un’emivita
piuttosto breve e difficilmente provoca casi di antibiotico-resistenza. E’
considerato l’antibiotico di prima scelta nel trattamento di tifo e
paratifo; negli altri casi dovrebbe essere usato solo quando la terapia
con altri farmaci fallisce, poiché presenta gravi effetti collaterali quali
disturbi gastrointestinali, reazioni allergiche e alterazioni del quadro
ematico con mielotossicità (inibizione della maturazione dei globuli
rossi, diminuita captazione ed incorporazione di Fe++) e conseguente
anemia grave.
Gli esteri del Cloramfenicolo con acido palmitico e stearico sono usati
in pediatria perché non presentano il sapore amaro e sgradevole del
Cloramfenicolo.
In
vivo
tali
esteri
si
idrolizzano
Cloramfenicolo, per cui funzionano da profarmaci.
Antibiotici
8
formando
MECCANISMO DI AZIONE
Il cloramfenicolo si lega irreversibilmente alla subunità ribosomiale 50
S, bloccando la sintesi proteica. Infatti, si verifica una inibizione dei
processi di allungamento della catena polipeptidica, in quanto viene
soppressa la peptidiltrasferasi, enzima che catalizza la formazione di
legami peptidici tra il primo amminoacido del peptil RNAt e
l’amminoacil RNAt impedendo il legame tra il complesso aminoacilRNA e la subunità ribosomiale 50 S.
Antibiotici
9
STEREOCHIMICA
Il Cloramfenicolo naturale ha la struttura D-(-) treo ed è quello usato in
terapia. La configurazione intorno al carbonio chirale C1 è importante
per l’attribuzione dell’attività antibiotica. Infatti i composti D-(-) treo e
L-(+) eritro, che hanno la stessa configurazione intorno al C1, sono
attivi mentre i composti L-(+) treo e D-(-) eritro, che hanno
configurazione opposta, sono inattivi. La configurazione intorno al
carbonio chirale C2 determina l’entità dell’azione antibiotica. Infatti il
composto D-(-) treo, cioè quello naturale, ha una attività di 50-100
volte superiore rispetto a quella del composto L-(+) eritro.
La formazione di due centri chirali comporta la produzione di due
racemi (eritro e treo) con 4 enantiomeri. La coppia di racemi si separa
mediante cristallizzazione frazionata o per cristallografia. Una volta
separato il racemo treo dobbiamo separare la coppia di enantiomeri.
Dato che gli enantiomeri hanno proprietà chimiche e fisiche uguali per
separarli dobbiamo trasformarli in diastereoisomeri mediante una
reazione con un composto otticamente attivo e puro al 100%. I
diastereoisomeri hanno proprietà fisiche diverse per cui sono separabili
con cristallizazione frazionata (sfrutta i diversi punti di fusione) o con
cristallografia. Una volta separati, i due diastereoisomeri si trattano con
un acido forte o con una base forte in modo da spostare il sale e
riottenere il composto iniziale otticamente puro.
Nel nostro caso la sostanza ha caratteristiche basiche per cui la
trattiamo con l'acido (-) tartarico; in tal modo si formano due sali che
sono diastereoisomeri fra loro. Dopo separazione con cristallizazione
Antibiotici
10
frazionata, si trattano con NaOH in modo da riottenere i due
enantiomeri separati.
(±) +
(-)
racemo
acido
Diastereoisomeri
( + - ) 50%
Sale
+ ( - - ) 50%
Diastereoisomeri
Separazione
( + - ) 50%
fisica
( - - ) 50%
( + - ) + NaOH
R
+ + NaA
( - - ) + NaOH
R
- + NaA
RELAZIONI STRUTTURA-ATTIVITA’
Il gruppo -NO2 in posizione para è importante per l’attività. Infatti uno
spostamento in orto o meta, oppure una riduzione a NH2 provoca la
perdita dell’attività. La sua sostituzione con altri gruppi produce
composti ancora attivi, vedi per es. il Tiamfenicolo (-SO2CH3). Il
gruppo dicloroacetilico è di primaria importanza. La sostituzione del
cloro con altri alogeni produce composti con attività inferiore mentre la
sua sostituzione con un gruppo azidoacetico porta al Azidamfenicolo,
farmaco utilizzato in oftalmologia. L’anello benzenico è essenziale:
non può essere sostituito. I due ossidrili sono necessari.
Antibiotici
11
Tiamfenicolo
O
O
H3C
NHC
S
CH
O
OH
CH
CHCl2
CH2OH
E’ la forma D (+) treo; differisce dal Cloramfenicolo per la presenza
del gruppo metilsolfonil, CH3SO2-, al posto del –NO2 e perché la forma
usata è quella D (+) treo, anziché D (-) treo. Ha uno spettro di attività
analogo a quello del Cloramfenicolo. E’ usato topicamente soprattutto
nei colliri.
PENICILLINE
Vanno sotto il nome di Penicilline diversi antibiotici elaborati da varie
specie di Penicillum e aventi una struttura tiazolidino--lattamica fusa.
Si ricorda che un -lattame è un’ammide ciclica in cui l’anello è
formato da 4 atomi, mentre un lattone è un estere ciclico. Le differenze
tra le varie Penicilline naturali sono dovute alla natura del radicale R.
Comunque, quando si parla di Penicilline senza altri riferimenti, si
intende la Benzilpenicillina o Penicillina G.
Antibiotici
12
O
R C HN
S
6
7
O
5
4
N1
2
CH3
3
CH3
COOH
Principali penicilline naturali
R
CH2
HO
CH2
H3C
(CH2)4
Nome
Altre designazioni
Benzilpenicillina
Penicillina G
p-idrossibenzil
penicillina
Penicillina X
n-Amilpenicillina
Diidropenicillina F
Acido gigantico
Penicillina F
2-pentenil
penicillina
H3C CH2 CH CH CH2
CH3 CH CH CH2 CH2
H3C
(CH2)6
HOOC CH (CH2)3
NH2
Forma D
3-pentenil
penicillina
n-eptilpenicillina
Penicillina K
D--amino-carbossibutil
penicillina
Adicillina
Penicillina N
Cefalosporina N
Simematina B
L--amino-carbossibutil
penicillina
HOOC CH (CH2)3
NH2
Forma L
Antibiotici
13
Flavicidina
Isopenicillina N
Penicillina M
Le Penicilline sono prevalentemente attive nei confronti dei GRAM (+)
mentre i GRAM (-) che rispondono alla loro azione sono pochi e questo
rappresenta un limite per l’ottenimento di Penicilline ad ampio spettro
di azione. Si verifica abbastanza spesso la comparsa di ceppi
penicillino-resistenti. Questi Antibiotici sono sostanze praticamente
non tossiche (alto indice terapeutico) ma possiedono una notevole
azione sensibilizzante e possono dare al limite reazione di
sensibilizzazione gravissima, anche mortale. Per questo non si può
abusarne, ma si deve limitarne l’uso topico (compresse per uso
orofaringeo, polveri, unguenti).
Le soluzioni di Penicillina G (sale sodico o potassico) si alterano a
temperatura ambiente, sono inattivate dagli acidi, alcali, ossidanti e
riducenti. Per queste ragioni la Penicillina va conservata allo stato
secco, in contenitori ben chiusi isolati dall’umidità. I sali della
Penicillina G sono inattivati dall’acidità gastrica se somministrati per
via orale, invece sono facilmente assorbiti e rapidamente escreti se
somministrati per via parenterale.
Antibiotici
14
Stereoisomeria della molecola base della Penicillina
Sono presenti 3 atomi di Carbonio asimmetrici per 8 possibili
stereoisomeri, di cui uno solo è attivo.
O
H
R C HN
H
*
*
S
N *
O
CH3
CH3
COOH
RELAZIONI STRUTTURA-ATTIVITA’
L’attività antibatterica delle Penicilline è sicuramente correlata al
sistema chiuso -lattamico-tiazolidinico. Infatti una apertura a
qualunque livello di questo sistema fa scomparire totalmente l’attività
biologica. Comunque, nonostante il fatto che gli anelli fusi siano
indispensabili per l’attività biologica, la loro presenza non è sufficiente
a garantire una adeguata attività, in quanto le catene laterali ed i
sostituenti influenzano in modo decisivo l’attività antibatterica ed il suo
orientamento verso i vari tipi di microrganismi ed anche l’eventuale
acidostabilità (e quindi la possibilità di somministrare la Penicillina per
via orale e la sensibilità alla Penicillinasi). Un gruppo essenziale per
l’attività è il gruppo –NH2 dell’acido-6-amminopenicillanico (6-APA).
Antibiotici
15
O
R
H2N
C HN
S
CH3
Penicillin O
CH3
acilasi
N
O
idrolisi
COOH
S
6
5
7
N1
4
3
CH3
CH3
2
COOH
Acido-6-amminopenicillanico
(6-APA)
Precursore delle Penicilline
semisintetiche
R
CH2
H3C
HO
(CH2)4
CH2
H3C CH2 CH CH CH2
CH3 CH CH CH2 CH2
H3C
(CH2)6
HOOC CH (CH2)3
NH2
Variando i gruppi N-sostituenti delle Penicilline naturali con altri
gruppi, si possono ottenere Penicilline acidostabili e particolarmente
attive nei confronti di microrganismi GRAM (+). Usando gruppi
provenienti da acidi aromatici o eterociclici come nel caso della
Oxacillina, si ottengono Penicilline semisintetiche che, pur possedendo
un’attività più modesta, si dimostrano Penicillinasi-resistenti, quindi
non vengono inattivate troppo rapidamente. Oggi si pensa che uno
Antibiotici
16
spettro allargato sia legato alle catene laterali con sufficiente polarità e
proprietà idrofiliche.
Le Penicillinasi, che idrolizzano l’anello -lattamico per dare gli acidi
Penicilloici, sono un gruppo di enzimi prodotti da batteri G (+) e G (-) e
sono responsabili del fenomeno della penicillino-resistenza. Questi
enzimi
non
devono
essere
confusi
con
l’altra
classe
delle
Penicillinacilasi, enzimi che idrolizzano selettivamente il legame 6acilamidico per dare il 6-APA.
MECCANISMO DI AZIONE
Le Penicilline inibiscono la sintesi della parete cellulare batterica,
privando così il microrganismo del suo unico meccanismo di difesa. La
parete cellulare dei batteri G (+) nella parte più esterna è costituita da
un insieme di proteine e carboidrati, specifici per ogni specie. La
barriera successiva è costituita da uno strato di peptidoglicano, un
polimero spongiforme formato da una lunga catena alternata di derivati
zuccherini.
Antibiotici
17
*Recettori dei -lattami. Importanti nella sintesi e nel riparo della parete cellulare.
** Proteine formate da a.a. idrofobici.
Antibiotici
18
Peptidoglicano
residuo della
N-Acetilglucosamina
residuo dell'acido
N-Acetilmuramico
legami della
catena del peptidoglicano
X
Y
Y
X
X
lega
m
pent e crocia
apep
tidic to
o
Y
Y
L-Ala
X
L-Ala
X
D-Glu legame crociato
D-Glu
L-Lis-Gli-Gli-Gli-
L-Lis-Gli-Gli-Gli-Gli-Gli-NH2 D-Ala
-Gli-Gli-D-Ala
D-Ala
Y
D-Ala libera
La Transpeptidasi si lega alla penicillina invece che alla D-Alanina
dell’acido muramico.
Antibiotici
19
OH
N
OH
O
N O
O
P
O
O
OH
O
P
CH2OH
O
OH
O H3C
OH OH
C
Acido N-acetilmuramico
NH H
O
O
H3C
CH
catena pentapeptidica
CO
L-Alanina D-Glutamico-L-Lisina-D-Alanina-D-Alanina
Antibiotici
20
Al di sotto di questo strato c’è la membrana cellulare nella quale
fluttuano numerose molecole proteiche: tra queste, i recettori dei lattami, PBP (proteine leganti le Penicilline). Nei batteri G (+) il
polimero di peptidoglicano si trova molto vicino alla superficie
cellulare e le piccole molecole di Antibiotici -lattamici possono
raggiungere molto facilmente i luoghi di sintesi del peptidoglicano e
inibirli. Nei batteri G (-) la parete è più complessa e più lipoidea. Lo
strato esterno ha uno strato complesso di lipopolisaccaridi che, insieme
alla capsula, protegge i batteri formando una barriera impenetrabile nei
confronti di Antibiotici idrofili.
Antibiotici
21
Antibiotici
22
Sia i batteri G (+) che G (-) producono penicillinasi ma, mentre quelle
dei G (+) vengono secrete nell’ambiente extracellulare, quelle dei G (-)
vanno a localizzarsi tra la membrana cellulare interna ed esterna, dove
sono situati gli enzimi responsabili della sintesi della parete cellulare; si
trovano, quindi, in una posizione strategica per offrire massima
protezione al microbo. Nei G (+) lo spessore della parete cellulare
comprende dalle 50 alle 100 molecole di peptidoglicano, mentre nei G
(-) ne sono presenti solo 1-2 molecole. In sintesi, l’attività inibitoria
delle Penicilline si basa sul fatto che la forma spaziale della porzione
ciclica costituita nello Staph. Aureus da L-cistina-D-valina è simile ad
una ben determinata conformazione della D-alanina terminale di una
unità glicopeptidica in via di costituzione. Il legame ammidico
dell’anello -lattamico assume la stessa posizione del legame peptidico
esistente fra le molecole della alanina dove avviene l’attacco della
transpeptidasi.
Antibiotici
23
H3C H OH
CH3
O S
C
H
N
R
O
N
C
Penicillina
O
H
H
H3C
O
H
N
R
C
OH
C
N
H
O
D-Alanina
O CH3 H
Le Penicilline competerebbero così con il glicopeptide naturale
disattivando irreversibilmente la transpeptidasi tramite acilazione.
Penicillina G o Benzilpenicillina
O
H2C C HN
S
N
O
CH3
CH3
COOH
Si usa in forma di sale sodico o potassico per un più facile
assorbimento e rapida escrezione: la normale dose giornaliera deve
essere somministrata ad intervalli regolari di 4-6 ore. Si somministra
per via parenterale, generalmente intramuscolare, si ricorre alla via
Antibiotici
24
endovenosa quando è necessario mantenere livelli ematici elevati e
protratti. Non si somministra per via orale perché l’acidità dello
stomaco
inattiverebbe
immediatamente
il
farmaco.
Si
può
somministrare anche localmente, ma si corre il rischio di provocare una
sensibilizzazione nel paziente.
La Penicillina G viene prodotta industrialmente con procedimenti
fermentativi con due modalità fondamentali:
a) processi di superficie – il microrganismo che produce
l’antibiotico viene fatto crescere sulla superficie di un terreno
liquido o di un substrato solido-umido finemente suddiviso;
b) processi sommersi – il microrganismo si sviluppa in un terreno
liquido mantenuto costantemente sotto agitazione meccanica ed
areazione, così che possa svilupparsi in modo uniforme ed
omogeneo.
La produzione della Penicillina si effettua in coltura sommersa;
all’inizio si usava il Penicillum notatum dal quale Fleming scoprì la
Penicillina, ma attualmente si preferisce usare il Penicillum
Crysogenum, che è in grado di fornire una quantità di prodotto 25 volte
superiore. Il processo di fermentazione viene attuato in grandi
fermentatori dotati di dispositivi per l’agitazione meccanica e
l’introduzione di aria sterile. Il massimo di produzione si raggiunge
dopo circa 3 giorni e a questo punto si separa per filtrazione il
microrganismo della Penicillina prodotta, eventualmente raffreddando,
non prima della fermentazione, i liquidi colturali a 5°C, trattandosi di
antibiotici termolabili. La Penicillina viene estratta tramite solventi
Antibiotici
25
organici quindi, dopo vari processi di purificazione, si ottengono i sali
di sodio e di potassio utilizzabili in terapia.
Inattivazione delle Penicilline.
La Penicillina può essere attaccata ed inattivata da un particolare
enzima, prodotto in massima parte da germi G (-): la Penicillinasi che
idrolizza
l’anello
-lattamico
con
formazione
di
acido
benzilpenicilloico. Un altro enzima, la Penicillinacilasi, prodotto da
vari microrganismi, idrolizza invece il legame 6-acilamidico, dando
luogo alla formazione di 6-APA che viene usato come prodotto di
partenza per la preparazione delle Penicilline semisintetiche.
Penicilline ritardo
I sali idrosolubili della Penicillina G sono prontamente assorbiti ma
anche rapidamente escreti; si è pensato quindi di utilizzare delle
Penicilline ad azione ritardo, ottenute con sali poco solubili della
Penicillina G, con varie basi organiche. In pratica si ottiene un ritardo
nel processo di assorbimento della Penicillina. Le Penicilline ritardo
vengono somministrate una volta ogni 15 giorni in caso di terapie a
lungo termine. Il primo esempio è quello della
Antibiotici
26
Benzilpenicillina-Benzatina
O
H2C C HN
S
N
CH3
O
2
CH3
-
CH2NH2+
CH2
CH2NH2+
CH2
.
.
COO
4 H2O
Si tratta della Penicillina G salificata con N,N’-dibenziletilendiammina,
che è ancora molto usata in Italia. Permane a lungo nel sangue e viene
lentamente escreta.
Clemizolo-Penicillina
N
O
H2C C HN
S
N
2
O
N
CH3
CH3
.
CH2
COO-
Cl
Antibiotici
27
CH2 H
N+
Costituisce un esempio di Penicilline anallergiche ritardo. Il Clemizolo
è dotato di azione antistaminica. La sua azione antiallergica è in grado
di contrastare l’azione sensibilizzante della stessa Penicillina.
Penicilline semisintetiche
Accanto alle Penicilline naturali oggi si dispone di un numero
abbastanza elevato di Penicilline semisintetiche.
I motivi per cui si è giunti a produrre queste sostanze sono 4:
1)
ottenere
farmaci
acido-resistenti,
quindi
adatti
alla
somministrazione orale;
2)
ottenere farmaci attivi contro i batteri penicillino-resistenti, cioè
capaci di non essere inattivati dalla Penicillinasi (stafilococchi).
La resistenza all’inattivazione si ha con Penicilline aventi
radicali
acidi
ingombranti,
così
è
impedito
l’attacco
dell’enzima;
3)
ottenere farmaci a spettro di attività allargata, quindi attivi
anche nei confronti di germi G (-);
4)
ottenere
farmaci
con
minore
azione
sensibilizzante
e
allergizzante.
La
produzione
di
Penicilline
essenzialmente secondo 3 vie:
Antibiotici
28
semisintetiche
può
avvenire
1) metodo biologico, aggiungendo al terreno di coltura del
Penicillio
un
adeguato
precursore.
Nel
caso
della
Fenossimetilpenicillina tale precursore è l’alcol -fenossietilico;
2) per acilazione di 6-APA. Questo processo in genere avviene
tramite cloruri di acile come nel caso dell’Ampicillina e piridina
per bloccare l’acido cloridrico che si forma;
3) metodo
dell’estere
attivato,
come
nel
caso
della
Fenossimetilpenicillina.
Da un punto di vista pratico, le Penicilline semisintetiche possono
essere raccolte in 3 gruppi:
1)
spettro allargato, ma non penicillinasi-resistenti. Ampicillina,
Carbenicillina;
2)
spettro più ristretto, ma penicillinasi-resistenti, quindi utili
contro i batteri produttori di questo enzima. Oxacillina,
Cloxacillina, Dicloxacillina;
3)
spettro intermedio, sensibili alla penicillinasi, ma acidoresistenti, quindi somministrabili per via orale. Feneticillina,
Propicillina, Fenbenicillina, Clormeticillina.
Antibiotici
29
Ampicillina
O
HC
C HN
S
NH2
CH3
N
CH3
O
COOH
E’ un Antibiotico a largo spettro. Non è penicillinasi-resistente; è
acido-stabile. Viene somministrato per via orale e parenterale.
Spesso si ricorre ad associazione con Oxacillina e Cloxacillina allo
scopo di avere associazioni sinergiche a largo spettro di attività e attive
anche nei confronti di ceppi produttori di penicillinasi. E’ attivo anche
contro i G (-) ma non contro i batteri elaboranti l’enzima penicillinasi.
Oxacillina
O
C
N
O
HN
CH3
S
N
O
CH3
CH3
COOH
Ha lo stesso spettro di attività della penicillina G ma può essere usato
nella infezione di Stafilococchi resistenti alla penicillina G, in quanto è
penicillinasi-resistente, anche acido-stabile.
Viene somministrato sia per via orale che parenterale.
Antibiotici
30
Cloxacillina
O
C
Cl
N
O
HN
CH3
S
N
CH3
CH3
O
COOH
Ha caratteristiche di impiego simili a quelle della Oxacillina, ma si
somministra solo per via orale. E’ acido-stabile e penicillinasiresistente.
Dicloxacillina
Cl
O
C
Cl
N
O
HN
CH3
S
N
O
CH3
CH3
COOH
Ha le stesse caratteristiche dell’oxacillina con il vantaggio di essere
attiva a dosi inferiori. Viene somministrata per via orale. E’ acidostabile e penicillinasi-resistente.
Antibiotici
31
Fenossimetilpenicillina (Penicillina V)
O
O
C HN
H2C
S
N
CH3
CH3
O
COOH
Ha uno spettro di azione analogo a quello della Penicillina G contro G
(+), con il vantaggio di essere acido-stabile, quindi somministrato per
via orale. Non è penicillinasi-resistente. Può essere ottenuto, oltre
tramite il 6-APA, anche per via fermentativa, aggiungendo al terreno di
coltura alcol -fenossietilico.
Esteri della Penicillina
Fanno
parte
delle
Penicilline
semisintetiche
ottenute
tramite
modificazione a carico del gruppo carbossilico della Benzilpenicillina.
Si comportano da veri e propri profarmaci o esteri labili che servono
per migliorare l’assorbimento ed influenzano il tempo di emivita. In
vivo vengono idrolizzati ad Ampicillina.
O
CH C HN
NH2
S
N
O
Estere dell'Ampicillina
Antibiotici
32
CH3
CH3
COOR
O CH3
Pivampicillina
R = -CH2-OC-CCH3
CH3
O
Bacampicillina R = -CH-OCCH2CH3
CH3
O
Talampicillina R =
O
O
COO
CH2 OC
CH3
C
CH3
Stomaco
CH3
CH3 O
COO
CH2 OH
+ H3C
C
CH3
H2O
COOH
O
Ampicillina
CH2
Antibiotici
33
COH
Acido Clavulanico
OH
H
O
H
N
O
COOH
H
In associazione con Ampicillina. E’ un inibitore suicida delle lattamasi: evita la distruzione degli Antibiotici -lattamici, acilando
irreversibilmente l’ossidrile del sito attivo.
Antibiotici
34
CEFALOSPORINE
S
R
HN
OC
7
8
5
6
N1
2
O
4
3
CH2 OCOCH3
COOH
S
S
7
8
6
N1
5
2
4
3
N
O
O
Cefàm
2-Cefem
Le Cefalosporine sono un gruppo di Antibiotici isolati principalmente
da microrganismi del genere Cephalosporium ma presenti anche nel
genere Penicillium. Possiamo ricordare la Cefalosporina N o la
Adicillina che mantiene la struttura chimica delle Penicilline anche se
viene prodotta da un Cephalosporium. Attualmente la più importante è
la Cefalosporina C (naturale) che non è interessante in campo
terapeutico ma in quanto sorgente di acido 7-amminocefalosporanico
(7-ACA), che viene usato come precursore per la preparazione delle
Cefalosporine semisintetiche.
S
HOOC
HC
(CH2)3 OC
NH2
HN
N
O
Cefalosporina C
Antibiotici
35
CH2 OCOCH3
COOH
S
H2N
N
O
CH2 OCOCH3
COOH
Acido 7-amino cefalosporanico (7-ACA)
precursore di Cefalosporine semisintetiche
Le Cefalosporine presentano chimicamente un anello -lattamico fuso
con un anello diidrotiazinico. Esse possono essere inattivate dalla
idrolasi Cefalosporinasi, un enzima prodotto da batteri G (-). Questo
enzima è simile alla Penicillinasi e oltre ad inattivare le Cefalosporine è
in grado di inattivare anche vari tipi di Penicilline. I G (-) possono
produrre -lattamasi (Cefalosporinasi) che possono inibire le
Cefalosporine. Per ovviare a ciò le Cefalosporine si somministrano in
associazione con l’acido clavulanico, molecola che ha un ossigeno al
posto dello zolfo, ed è in grado di inibire la -lattamasi, proteggendo le
stesse Cefalosporine.
Alcune Penicilline, ad esempio la Cloxacillina, sono resistenti alla
Cefalosporinasi, anzi inibiscono questo enzima, per cui vengono usate
in associazione con le Cefalosporine per proteggere queste ultime
dall’inattivazione enzimatica.
Antibiotici
36
RELAZIONI STRUTTURA-ATTIVITA’
La Cefalosporina C è molto meno attiva della Penicillina G nei
confronti dei germi sia G (+) che G (-). Questa minore attività è
riferibile alla presenza della catena laterale D--amminoadipica in
quanto, per sua sostituzione, si ottiene un miglioramento dell’attività
antibiotica. In generale si può dire che i derivati del 7-ACA
(Cefalosporine), rispetto ai derivati del 6-APA (Penicilline), sono meno
attivi nei confronti degli Stafilococchi, ma più attivi nei confronti dei
Batteri G (-). La sostituzione della catena acetossimetilica –CH2-O-COCH3 (Cefaloridina) porta ad una esaltazione dell’attività nei confronti
dei batteri G (-). Nel caso il sostituente sia un gruppo –CH3
(Cefalexina) allora compare una capacità acido-resistente con la
possibilità di somministrazione orale.
MECCANISMO DI AZIONE
Le Cefalosporine interferiscono con la sintesi della parete cellulare
batterica, analogamente alle Penicilline. La Cefalosporina C che viene
prodotta industrialmente dal Cefalosporium Acremonium, è la più
importante tra quelle naturali non per interesse terapeutico (piuttosto
scarso), ma perché da essa si ricava il 7-ACA, che è il precursore di
tutte le Cefalosporine semisintetiche. Non è possibile utilizzare un
metodo biologico simile a quello del 6-APA, perché non si conosce un
sistema enzimatico analogo a quello della Penicillinacilasi, capace di
Antibiotici
37
effettuare l’idrolisi necessaria in modo selettivo. Questa resistenza
sembra dovuta essenzialmente alla presenza della catena laterale polare
amminoadipica; il 7-ACA viene quindi ottenuto per sintesi a partire
dalla
Antibiotici
38
Cefalosporina C.
S
HOOC
HC
(CH2)3 OC
HN
N
NH2
O
CH2 OCOCH3
COOH
Questo Antibiotico presenta, nei confronti della Penicillina, maggiori
possibilità di modificazioni chimiche (ci sono due catene laterali).
Dal 7-ACA si può passare alle Cefalosporine semisintetiche tramite
acilazione con cloruri acilici (è il metodo migliore) o eventualmente
con anidridi o acidi attivati in presenza
N
C
di carbodimmide.
N
Le Cefalosporine sono classificate in generazioni.
Le Cefalosporine di I generazione sono discretamente attive contro i
Batteri G (+) e relativamente meno attive contro i microrganismi G (-).
Le Cefalosporine di II generazione hanno una aumentata attività contro
i microrganismi G (-) ma sono molto meno attive delle Cefalosporine
di III generazione.
Le Cefalosporine di III generazione sono generalmente meno attive
verso i cocchi G (+) rispetto alle Cefalosporine di I generazione, ma
sono molto più attive verso il gruppo degli Enterobatteri, compresi i
ceppi produttori di penicillinasi.
Antibiotici
39
Le Cefalosporine di IV generazione presentano qualche vantaggio
rispetto alle altre.
Cefalotina
O
H2C
C
S
HN
S
N
O
CH2 OCOCH3
COOH
E’ un Antibiotico a largo spettro attivo sia contro germi G (+) che
G (-); non è acido-resistente. Viene usato nel trattamento di infezioni da
Stafilococchi resistenti alle Penicilline, in quanto non viene attaccato
dalla Penicillinasi. Viene somministrato per via parenterale. Si usa
prevalentemente nel trattamento di infezioni gravi.
Cefaloridina
O
H2C
C
S
HN
S
N
CH2 +N
COOH
O
Deriva da una modificazione del gruppo acetossimetilico della
Cefalotina. Il gruppo acetossi è facilmente spostabile ad opera di agenti
nucleofili come la piridina. E’ un Antibiotico a largo spettro, attivo
contro Batteri G (+) e G (-). In stato di attiva proliferazione è poco
resistente alla Cefalosporinasi; è attivo contro Batteri che producono
Penicillinasi. Anche se meno stabile della Oxacillina è usato nel
trattamento delle infezioni da Stafilococchi e Batteri G (-) e anche nelle
Antibiotici
40
infezioni urinarie. E’ raccomandato soprattutto in pazienti che non
tollerano la Cefalotina e la Penicillina rispetto alla quale ha il vantaggio
di una migliore tolleranza locale e di dare livelli ematici superiori. Non
è acido-stabile, quindi si somministra per via parenterale.
Cefalexina
O
HC
C
S
HN
N
NH2
O
CH3
COOH
E’ un derivato della Cefaloglicina da cui si ottiene per idrogenazione
catalitica del gruppo acetossimetilico. Questa sostituzione conferisce
alla Cefalexina caratteristiche acido-resistenti ed un eccellente
assorbimento gastroenterico che ne permettono la somministrazione per
via orale. Ha uno spettro di azione analogo a quello della Cefalotina,
inoltre viene usata anche nel trattamento delle infezioni urinarie. Da
somministrare con prudenza in caso di alterato funzionamento renale.
Antibiotici
41
Cefalosporine II generazione
O
R
C
S
HN
N
O
R'
COOH
R
R'
NH2
Cefaclor
Cl
CH
S
N
OH
N
CH
N
S
O
O
N
N
N
S
N
CH
N
HO3S
S
N
O
Ceforamide
N
OH
O
O
O
Antibiotici
N
N
CH3
Cefonicid
N
N
NH2
Cefamandolo
O-formiato
N
N
OH
O
N
CH
CH
Cefamandolo
42
NH2
Cefuroxima
Cefalosporine III generazione
O
C
R
S
HN
N
O
R'
COOH
R
R'
NH2
S
CH2OAc
Cefotaxima
N
OH
N
NOCH3
S
N
O
N
N
O
O
C
N
N
Cefoperazone
N
H
SO3H
CH
O
N+
C
NH2
Cefsulodin
Cefalosporine IV generazione
R
R'
NH2
S
NH2
S
+
N
H2C
N
NOCH3
N
H2C N+
NOCH3
Antibiotici
Cefpirome
CH3
43
Cefepima
Biogenesi delle Cefalosporine
S
HOOC
HC
(CH2)3 OC
NH2
Acido D--amino-adipico
HN
N
O
L-Cisteina
CH2
COOH
Valina
OCOCH3
Acetato
Nel terreno di coltura in cui si fa sviluppare il “Cefalosporium”, oltre alle Cefalosporine si formano anche le
Penicilline. Pertanto le Penicilline possono considerarsi, in tal caso, un sottoprodotto.
Antibiotici
44
In passato si riteneva che l’attività delle Cefalosporine e Penicilline dipendesse dalla presenza
contemporanea degli anelli -lattamico e Tiazolidinico o Tiazinico. Poi si sintetizzarono composti attivi che
possedevano solo l’anello -lattamico: un esempio sono le Nocardicine A e B
HO
OH
N
HOOC
HC
H2CH2C
NH2
O
C
C
NH
O
Nocardicine A e B
O
H
OH
N
H
A = il gruppo OH dell'ossima e rivolto verso il-lattone
B = il gruppo OH dell'ossima e rivolto versola catena aminoacidica
Antibiotici
45
COOH
OH
H
HO
O
CH3
H
N
O
N
O
COOH
H
O
S
H
CH3
COOH
Sulbactam
Acido Clavulanico
L’acido Clavulanico ed il Sulbactam sono molecole prive del gruppo
acetammidico e vengono somministrate in associazione con Penicilline
e Cefalosporine in quanto inibiscono la Cefalosporinasi e la
Penicillinasi. Aumentano quindi l’attività di tali antibiotici verso
microrganismi produttori di questi enzimi disattivanti.
CH3
HO
S
CH2CH2 NH CH
NH
N
O
COOH
N-Formimmido-Tienamicina
(Imipenem)
Fa parte del gruppo dei Carbapenemi.
Nella N-Formimmido-Tienamicina manca la catena laterale in C6 ed il
secondo eterociclo è modificato in quanto S è sostituito con C (anello
-lattamico + Pirrolidina).
MONOBACTAMI
I Monobactami sono Antibiotici -lattamici monociclici ottenuti per
fermentazione di microrganismi non comuni.
Antibiotici
46
O
C
H
CH3
C
N
H2N
NH
H
N
S
CH3
O C
O
CH3
1
N
SO3H
COOH
Aztreonam (Primbactam)
L’Aztreonam è il 1° di questa nuova classe; è utilizzato nelle infezioni
urinarie (non attacca la flora batterica intestinale). E’ attivo contro i
batteri G (-) aerobi: ha una buona attività contro gli Enterobatteri e lo
Pseudomonas aeruginosa. Non induce attività -lattamasica, è ben
tollerato e gli effetti collaterali sono poco frequenti. Si usa per via
parenterale ed è escreto prevalentemente con le urine. A differenza
delle altre classi di -lattamici (Penicilline e Cefalosporine), i
Monobactami hanno un nuovo nucleo strutturale costituito da un solo
anello con un radicale solfonico in 1.
MECCANISMO DI AZIONE
L’azione battericida deriva dall’inibizione della sintesi della parete
cellulare batterica.
ANTIBIOTICI POLIPEPTIDICI
Numerose specie batteriche producono miscele di peptidi ciclici dotati
di proprietà antibiotiche, contenenti spesso amminoacidi (da 6 a 10)
con configurazione D. Spesso queste molecole portano anche una
Antibiotici
47
catena laterale costituita da un acido grasso. Questi farmaci, che curano
le infezioni cutanee, in genere sono idrosolubili e letali nei confronti
dei Batteri suscettibili, poiché aderiscono alla membrana batterica
modificandone la permeabilità e causando quindi l’uscita di metaboliti
essenziali. Sono tossici per l’uomo e vengono riservati per situazioni
particolarmente gravi. In genere sono instabili e devono essere protetti
da luce, calore, valori estremi di pH. I Batteri difficilmente sviluppano
resistenza.
Bacitracina
CH3
S
L-Leu
CO
CH3
N
NH2
D-Glu
D-Aspn

L-Ileu

L-Lys
L-Asp
D-Orn
L-His
L-Ileu
D-Phe
E’ attiva contro G (+). E’ stata isolata da colture di Bacillus
Licheniformis. Esistono vari tipi di Bacitracina contraddistinti dalle
Antibiotici
48
lettere A-F. La più importante è la Bacitracina A, nettamente più attiva
rispetto alle altre. La sua struttura corrisponde ad un sistema peptidico
ciclico a sei membri con una catena laterale, mentre la linea tratteggiata
indica l’eventuale presenza di un legame non ancora confermato.
L’azione della Bacitracina è quella di interferire nella biosintesi della
parete cellulare batterica; gli amminoacidi con gruppi basici come
l’ornitina, formano composti ammonici quaternari e interagiscono con
la membrana cellulare formando così dei canali dove si verifica un
passaggio di ioni e conseguente squilibrio per il Batterio. La
Bacitracina non è assorbita per via orale, viene quindi somministrata
per via parenterale; il suo impiego classico è quello locale, da sola o in
associazione con Polimixina e Neomicina a causa della sua
nefrotossicità.
MECCANISMO DI AZIONE
Il Peptidoglicano della parete cellulare dei Batteri è sintetizzato in tre
tappe principali.
I° Stadio: ha luogo nel citoplasma del microrganismo con la
formazione
dell’UDP
(undecaprinilfosfato)
N-acetil
muramilpentapeptide. L’ultima reazione del 1° stadio è l’attacco del
dipeptide D-alanin-D-alanina alla catena laterale tripeptidica che è
parte della unità glucidica ricorrente. Questo dipeptide si è formato
grazie alla racemizzazione della D-alanina e alla condensazione da
parte della dipeptide sintetasi.
2 D-alanina + ATP  D-alanil-D-alanina + ADP + Pi
Antibiotici
49
Questa reazione è inibita dall’Antibiotico Cicloserina.
II° Stadio: ha luogo nella membrana. L’N-acetil muramilpentapeptide
completo viene prima trasferito enzimaticamente dall’UDP ad un
intermedio fosfolipidico attaccato alla membrana a cui si aggiunge il 2°
residuo glicidico UDP-acetil glucosammina con il distacco dei
nucleotidi uridinici. L’unità, una volta completata, viene scissa dal
fosfolipide della membrana. Questa reazione di idrolisi può essere
inibita dal peptide ciclico Bacitracina.
III° Stadio: si formano i legami fra le catene parallele di peptidoglicano
per una reazione di transpeptidazione in cui il residuo –NH2 terminale
della lisina della catena del peptide di connessione, sposta la D-alanina
carbossiterminale dall’estremità della catena laterale pentapeptidica di
un residuo di N-acetil muramilpentapeptide, in una catena adiacente di
peptidoglicano: questa
reazione è inibita dalla Penicillina e
Cefalosporina.
Antibiotici
50
Polimixina B
C2H5
Thr
DAB
C
(CH2)4 CH
CH3
O
O
DAB

MOA = HO C
CH2CH2CH2CH2CH2CH CH3
DAB
Thr
CH3
DAB
O
L-Phe
DAB
DAB
DAB = HO C
CHCH2CH2NH2
NH2
Leu
E’ un gruppo di Antibiotici derivanti da vari ceppi di microrganismi di
genere Bacillus. Si conoscono 5 tipi di Polimixina, ma attualmente
l’unica usata in terapia è la Polimixina B. La struttura di questi
Antibiotici è data da amminoacidi che formano un peptide ciclico ed
acidi grassi saturi. Gli amminoacidi sono specifici per ogni Polimixina,
anche se si ha una prevalenza del L---diamminobutirrico (DAB); tra
gli acidi grassi prevale l’acido (+)6-metilottanoico (MOA) che
determina la lipofilia. La Polimixina è attiva in quanto presenta un
carattere basico dovuto a gruppi -NH2 liberi, che si legano con i siti
fosfolipidici anionici della membrana batterica apportando notevoli
danni alla cellula. La Polimixina B è attiva soprattutto nei confronti dei
Antibiotici
51
Batteri G (-). Normalmente si somministra per via intramuscolare, nel
trattamento delle infezioni urinarie e meningiti batteriche; può essere
presa per via orale nel trattamento delle infezioni intestinali perché non
assorbita o per uso topico. Possiede una lieve neurotossicità, ma
soprattutto può essere nefrotossica. Si è visto che la Polimixina B è
composta da due unità:
B1, che per idrolisi acida dà il MOA + amminoacidi;
B2, che per idrolisi acida dà l’acido 6-metileptanoico + amminoacidi.
Antibiotici
52
ANTIBIOTICI DERIVABILI DA ZUCCHERI
(AMMINOGLUCOSIDICI)
Sono
Antibiotici di natura basica, correlati
chimicamente e
biogeneticamente con i glucidi. Contengono uno stesso farmacoforo, 2desossistreptamina
ad
eccezione
della
Streptomicina
e
suo
diidroderivato, che hanno come farmacoforo la streptidina.
OH
HN
H2N
NH2
HO
OH
C
HN
NH
NH
H2N
C
NH2
HO
OH
OH
OH
2-desossistreptamina
streptidina
Sono molto solubili in acqua, formano sali per addizione di acidi, non
vengono significativamente assorbiti dal tratto gastrointestinale. Le vie
di somministrazione preferite sono l’intramuscolare e la perfusione. Gli
amminoglucosidi hanno uno spettro di azione molto esteso, ma il loro
potenziale tossico limita l’uso clinico alle gravi infezioni da G (-). La
tossicità si esplica a livello dell’orecchio coinvolgendo le funzioni
mediate dall’ottavo nervo cranico, causando perciò perdita di udito e
vertigini.
Antibiotici
53
Antibiotici glucosidici
NH
OH
NH
NHCNH2
3
2
NHCH3
CH2OH
OR3
NHCNH2
OH
OH
O
O
1
O
OH
1)
3)
OH
O
CH2R2
R1
2)
1) N-metil-L-glucosammina (amminozucchero)
2) L-Streptosio
3) Streptidina
R2
R3
CHO
H
H
CH2OH
H
H
R1
Streptomicina
Diidrostreptomicina
Antibiotici
54
Streptomicina
E’ un Antibiotico elaborato dallo Streptomyces Griseus. La
Streptomicina è un oligosaccaride le cui unità strutturali sono la
streptidina, lo L-streptosio e la N-metil-L-glucosammina, legati tra di
loro con un legame glicosidico. La Streptomicina è attiva in particolare
contro il Mycobacterium tuberculosis e diversi Batteri G (-). Si
somministra
per
via
parenterale
in
associazione
con
altri
tubercolostatici per ovviare alla comparsa relativamente rapida di ceppi
streptomicino-resistenti. Per quello che riguarda il meccanismo di
azione la Streptomicina agisce attraverso una interferenza nella sintesi
proteica a livello della subunità ribosomiale 30S: l’ RNA legge il
codice ma lo trascrive in maniera sbagliata, così si formano proteine
difettose che portano alla morte del batterio. E’ utile nelle infezioni a
livello intestinale perché non viene assorbita.
Diidrostreptomicina
Differisce dalla Streptomicina solo per avere un gruppo -CH2OH al
posto di –CHO nel nucleo del L-streptosio. Si ottiene per idrogenazione
catalitica o chimica di un sale di Streptomicina rispetto alla quale ha
più o meno la stessa attività antitubercolare. Viene però usata molto
poco perché presenta caratteristica di epatotossicità piuttosto elevata.
Antibiotici
55
Neomicina
CH2NH2
H
OH
OH H
OH
H NH2
O
H
H
H
NH2
OH
H
H
NH2 O
HOH2C
H
R2
OH
R1
OH
OH
H NH2
O
OH
R1
=
R2
=
H
R1
=
H
R2
=
CH2NH2
Neomicina B
Neomicina C
Antibiotici
O
56
CH2NH2
E’ un complesso di Antibiotici isolati da Streptomyces fradiae.
All’inizio si pensava che esistessero tre Neomicine A, B e C; si è poi
visto che la Neomicina A è un prodotto di degradazione comune alle
altre due. Le Neomicine B e C sono strutturalmente simili, contengono
4 unità strutturali di cui 3 comuni (la desossistreptamina). La
Neomicina commerciale è una miscela di Neomicina B (85-90%) e
Neomicina C (10-15%), di cui si utilizza il solfato. L’Antibiotico è
attivo in vitro contro numerosi G (+), (-), nonché contro il
Mycobacterium tuberculosis. Ad esso sono sensibili anche ceppi di
Staphylococcus aureus resistenti ad altri Antibiotici e ceppi di Bacillo
di Koch streptomycin-resistenti. Viene assorbito rapidamente quando si
somministra per via intramuscolare, per os lo si somministra come
antisettico intestinale nel trattamento pre- e postoperatorio, o nel
trattamento di certe forme di diarrea infettiva da Escherichia coli,
salmonella, proteus vulgaris. Manifesta una apprezzabile tossicità per i
reni.
Paromomicina
Antibiotico di caratteristiche simili al precedente. Viene usato per via
orale per il trattamento della dissenteria amebica.
Antibiotici
57
CH2OH
H
OH
D-Glucosammina
OH H
OH
H NH2
O
H
H
H
NH2
OH
2-desossistreptamina
H
H
NH2
O
CH2OH
O
H
R2
OH
R1
OH
OH
H NH2
O
OH
D-Ribosio
Neosammina B
Paromomicina I
Paromomicina II
Antibiotici
R1
=
R2
=
R1
=
H
R2
=
CH2NH2
58
CH2NH2
H
Kanamicina
OH
OH
O
NH2
O
H2N
O
O
CH2OH
HO
OH
HO
NH2
CH2NH2
(C)
OH
(B)
(A)
(A) 3-desossi-3-amino-D-glucosio
(B) 2-desossi streptamina
(C) 6-desossi-6-D-glucosio
E’
un
complesso
Antibiotico
prodotto
dallo
Streptomyces
kanamiceticus; il componente fondamentale del complesso è la
Kanamicina A, accanto a piccole quantità di due congeneri,
Kanamicina B e Kanamicina C. E’ un Antibiotico attivo nei confronti
di numerosi Germi G (+) e (-) e del Mycobacterium tuberculosis. E’
poco usato come antitubercolare perché provoca facilmente la
comparsa di ceppi resistenti e oltretutto possiede una notevole
ototossicità e nefrotossicità. E’ usato nelle infezioni urinarie e
intestinali.
Antibiotici
59
TETRACICLINE
R1
R2
OH
H 3C
CH3
R3
N
OH
CONH2
OH
OH
O
OH
O
Microrganismo
Clortetraciclina
R1
R2
R3
produttore
Cl
CH3
H
Streptomices
Aureofacies
Ossitetraciclina
H
CH3
OH
Streptomices
Rimosus
Tetraciclina
H
CH3
H
Streptomices
Aureofacies
Demetil-
Cl
H
clortetraciclina
H
Streptomices
Aureofacies
Le Tetracicline sono un gruppo di Antibiotici caratterizzati da uno
scheletro idronaftacenico comune (4 anelli a sei atomi fusi in maniera
Antibiotici
60
lineare); quelle naturali sono prodotte da vari ceppi di Streptomyces
Rimosus.
La
Tetraciclina
può
essere
prodotta
dallo
stesso
Streptomiceto della Clortetraciclina, semplicemente variando le
condizioni del terreno di coltura, ad esempio riducendo la quantità di
ioni cloro o aggiungendo inibitori enzimatici del processo di
clorurazione del nucleo idronaftacenico. La Demetilclortetraciclina si
ottiene da ceppi Streptomyces Aureofaciens in presenza dei Sulfamidici
che impediscono il processo di metilazione in posizione 6. Sono
sostanze anfotere la cui funzione basica è costituita dal gruppo C-4dimetilamminico. Il sistema fenolico-enolico coniugato fra gli atomi di
carbonio 10 e 12 è responsabile del pH di circa 7,5, mentre il carattere
acido deriva dal trione coniugato fra C-1 e C-3 dell’anello A. Il sistema
è in risonanza e può essere descritto da numerose formule.
MECCANISMO DI AZIONE
Le Tetracicline inibiscono la sintesi proteica del batterio. Una volta
penetrate
all’interno
della
cellula
batterica,
similmente
agli
amminoglucosidi, le Tetracicline si legano specificamente alla subunità
ribosomiale 30S, forse impedendo l’unione degli amminoacil-tRNA
con i siti accettori situati nel complesso mRNA-ribosoma. Ciò
impedisce l’aggiunta di altri amminoacidi alla catena polipeptidica in
formazione. Le Tetracicline hanno la possibilità di formare chelati
metallici, soprattuto con gli ioni Ca++ ed Mg++; questo non spiega il
meccanismo della loro azione ma pone limite al loro utilizzo. Infatti
questi farmaci non devono essere somministrati insieme al latte e
Antibiotici
61
derivati minerali, perché si formerebbero chelati che ne impedirebbero
l’assorbimento intestinale. Soprattutto non si devono usare in pediatria,
perché nei bambini il tessuto osseo è in via di accrescimento e le
Tetracicline potrebbero interferire nei processi di deposizione del
calcio, in particolare nei denti dove si formerebbero macchie giallastre
non eliminabili. Le Tetracicline naturali sono poco solubili in acqua,
quindi non si somministrano per via parenterale, ma per via orale.
Possono essere applicate anche topicamente, ma con il rischio di
provocare
reazione
di
sensibilizzazione.
Se
si
introducono
raggruppamenti basici per preparare sali (Tetracicline semisintetiche),
possono essere usate anche per via parenterale. Durante il trattamento
con Tetracicline bisogna associare delle vitamine del gruppo B, per
ovviare all’impoverimento della flora batterica intestinale anaerobica.
RELAZIONI STRUTTURA-ATTIVITA’
Il più semplice derivato tetraciclinico noto non attivo in vivo è la 6demetil-6-desossi-4-dedimetilamminotetraciclina. La sua attività si
manifesta solo contro gli organismi G (+). Il più semplice derivato
attivo sia in vitro che in vivo è la 6-demetil-6-desossitetraciclina. Da
ciò si ricava che il gruppo basico -N(CH3)2 in 4 è necessario per la
comparsa dell’attività in vivo. La funzione ammidica in 2 non sembra
essenziale e, se sostituita, non annulla l’attività: molti derivati Nsostituiti hanno trovato corrente applicazione terapeutica. Molto
importante è la posizione 6, in quanto opportune modificazioni hanno
Antibiotici
62
permesso di individuare derivati molto attivi. Né il gruppo metilico, né
l’-OH in 6, sono essenziali per l’azione antibiotica.
Stereochimica ed epimerizzazione
L’orientazione  del gruppo dimetilamminico in C-4 è essenziale per
l’attività biologica delle Tetracicline. La presenza del gruppo
tricarbonilico sull’anello A tuttavia permette l’enolizzazione con
perdita del protone in C-4; la riprotonazione può poi avvenire su
entrambe le facce della molecola. Se questo ha luogo dalla parte
superiore della molecola si riottiene la Tetraciclina, ma se avviene dalla
parte opposta si ottiene la 4-epi-tetraciclina, inattiva.
H+
H
N(CH3)2
OH
NH(CH3)2
OH
+
-H
+ H+
CONH2
OH
OH
O
Tetraciclina (attiva)
H
N(CH3)2
OH
+ H+
- H+
CONH2
OH
O
4-Epitetraciclina (inattiva)
Antibiotici
63
CONH2
O-
In condizioni di equilibrio la miscela è costituita da quantità uguali dei
due diastereoisomeri. Le preparazioni non fresche di Tetraciclina
possono così aver perso metà della loro efficacia. Per questo le capsule
vengono sovraddosate del 15% circa in sede di preparazione:
l’epimerizzazione è più rapida a pH 4 ma avviene anche allo stadio
solido, anche se a velocità minore. Si ricorda che con il termine
EPIMERO definiamo una coppia di diastereoisomeri che differiscono
nella configurazione di un solo atomo di carbonio chirale in una
molecola che contiene più centri chirali. Nella Tetraciclina ci sono 5
carboni chirali; accanto alle Tetracicline naturali sono sempre presenti
gli epimeri in C-4. La loro quantità dipende dal pH della soluzione.
Le Tetracicline sono tipici Antibiotici a largo spettro di azione in
quanto la loro attività si estende dai batteri G (+) ai G (-) ed anche ad
altri generi di microrganismi. Dovrebbero essere usati solo quando altri
Antibiotici più sicuri hanno fallito la loro azione o quando ci si trovasse
di fronte ad infezioni di cui non si conosce l’origine: nel caso, cioè, in
cui si ha bisogno di un Antibiotico a largo spettro. Si usano con i
microrganismi diventati resistenti alla Penicillina. Le Tetracicline
vengono assorbite rapidamente dopo somministrazione orale, ma
vengono anche eliminate rapidamente per cui bisogna ricorrere a più
dosi nella stessa giornata. Un caso particolare è quello della
Demetilclortetraciclina che è in grado di legarsi abbastanza
tenacemente con le proteine del sangue, per cui si mantengono buoni
Antibiotici
64
livelli ematici anche dopo 24-48 ore. Per questo motivo tale farmaco
viene usato come Tetraciclina ritardo.
Oltre alle Tetracicline naturali quali Tetraciclina, Clortetraciclina ed
Ossitetraciclina, sono da ricordare le Tetracicline semisintetiche
ottenute a partire dalle Tetracicline naturali.
HH C
3
OH
H 3C
CH3
N
H
* *
* *
OH
*
CONH2
OH
OH
O
OH
O
Tetraciclina
H 3C
CH3
Cl
N
H3C OH H
OH
CONH2
OH
OH
O
OH
Clortetraciclina
Antibiotici
65
O
H
H 3C
CH3
N
OH OH
OH
H3C
* * * * *
*
CONH2
OH
OH
O
OH
O
Ossitetraciclina
Le Tetracicline semisintetiche possono essere ottenute per due vie:
1)
per
modificazioni
chimiche
non
interessanti
il
gruppo
carbossammidico delle Tetracicline naturali;
2)
per
modificazioni
chimiche
interessanti
il
gruppo
carbossammidico delle Tetracicline naturali.
Nel 1° gruppo può rientrare la stessa Tetraciclina ottenuta per
idrogenolisi catalitica della Clortetraciclina. Gli esponenti più
importanti sono: Dossiciclina e Minociclina. Sono somministrabili per
via orale.
Antibiotici
66
Dossiciclina
H
CH3
H 3C
CH3
N
OH
OH
CONH2
OH
OH
O
OH
O
E’ una delle Tetracicline meglio utilizzabili come farmaci ritardo.
Questo perché ha un rapido assorbimento e un legame alle proteine del
plasma molto elevato, nell’ordine 85-90%, per cui si mantengono
elevati livelli ematici per lungo tempo.
Antibiotici
67
Minociclina
H 3C
N
CH3
H 3C
N
CH3
OH
CONH2
OH
O
OH
OH
O
E’ un farmaco di grande interesse in quanto si dimostra attivo nei
confronti degli Stafilococchi resistenti alle normali Tetracicline
(Aureus, Streptococco ed E. Coli). Viene assorbito efficacemente a
livello intestinale e mantiene a lungo livelli ematici piuttosto elevati per
cui si possono ridurre considerevolmente le dosi di somministrazione
rispetto alle altre Tetracicline.
Al 2° gruppo appartengono le Tetracicline ottenute per reazione tra
Tetraciclina, formaldeide e una ammina secondaria (reazione di
Mannich). Si ha la formazione di una base di Mannich in quanto
reagisce l’azoto del gruppo carbossammidico.
OH
OH
O
C
..
NH2 + H
C
H + HN
R -H O
2
R'
O
R
C
O
Tetraciclina
NHCH2N
R'
I prodotti ottenuti sono più idrosolubili e meglio tollerati. Hanno una
attività simile ai composti originari che sono rimessi in libertà per
Antibiotici
68
idrolisi enzimatica; sono forme latenti più stabili ed adatte, per
l’idrosolubilità, alla somministrazione parenterale.
Rolitetraciclina
H3C
H3C
OH
N
CH3
OH
CONHCH2
OH
OH
O
OH
N
O
Si ottiene per reazione con pirrolidina. Presenta caratteristiche
particolarmente
vantaggiose
per
somministrazione orale.
Antibiotici
69
quello
che
riguarda
la
ANTIBIOTICI ANTIFUNGINI
Griseofulvina
OCH3 O
OCH3
O
O
H3CO
CH3
Cl
Questo Antibiotico, derivato benzofuranico a sistema triciclico
(grisano) con legame spiranico, si ottiene da vari ceppi di Penicillium
(griseofulvum, urticae, patulum); è attivo a basse concentrazioni nei
confronti dei funghi che provocano le più comuni malattie fungine
cutanee (dermatofiti). Si usa per il trattamento delle infezioni fungine
delle parti cheratiniche della pelle, delle unghie e dei capelli. A causa
della completa insolubilità in acqua, non può essere somministrata per
via parenterale. Viene facilmente assorbita dopo somministrazione
orale e si deposita negli strati cutanei profondi dove c’è la cheratina,
impedendo in tal modo l’invasione fungina nelle cellule neoformate. La
Griseofulvina può anche manifestare una certa azione antiflogistica.
Per quanto riguarda il suo meccanismo di azione, la Griseofulvina ha
una azione fungistatica a causa della sua affinità strutturale con i
nucleosidi purinici, perciò viene “erroneamente” incorporata nell’RNA
di cui blocca la sintesi (inibizione delle pareti cellulari delle ife).
Antibiotici
70
ANTIBIOTICI POLIENICI
Sono una serie di composti altamente insaturi, sensibili alla luce ed
insolubili in acqua, prodotti da alcune specie di actinomiceti. Sono
caratterizzati dal numero di doppi legami coniugati (4-7) presenti nel
sistema ciclico contenente una funzione lattonica (macrolide) a cui è
legata l’attività; molti di essi contengono un amminozucchero
(micosammina) legato per mezzo di una funzione glucosidica. La
struttura di questi Antibiotici comprende una parte lipofila con la quale
si legano agli steroidi contenuti nella membrana cellulare dei funghi
(ergosterolo). Il legame dà origine a pori attraverso cui fuoriesce il
materiale nutritivo (K+ e metaboliti). Tali sostanze si legano un po’
anche con il colesterolo presente nelle cellule animali: di qui gli effetti
collaterali (crisi emolitiche, danno epatico e renale).
Nistatina
OH
H3C
HO
O
OH
O
OH
OH
OH
CH3
OH
O
HO
COOH
H3C
O
O
OH
CH3
OH
NH2
Viene prodotta dallo Streptomyces noursei. E’ un Antibiotico
fungistatico e fungicida ma privo di attività antibatterica a causa del
Antibiotici
71
suo meccanismo di azione. La Nistatina è in grado di interagire con le
strutture steroidee della membrana cellulare dei funghi, provocando
alterazione della sua permeabilità, con conseguente morte. Non è
invece attiva sulle pareti batteriche che non contengono steroidi. Viene
assorbita pochissimo dopo la somministrazione orale per cui è usata nel
trattamento delle infezioni intestinali, anche nel trattamento della
infezione da Candida albicans.
Amfotericina B
OH
OH
H3C
HO
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
O
COOH
CH3
H3C
O
O
OH
CH3
OH
NH2
Si ottiene dallo Streptomyces nodosus ed è formato da due componenti
A e B. In terapia si usa solo l’ Amfotericina B che è molto più attiva
della A. E’ il più importante Antibiotico antimicotico ad ampio spettro,
purtroppo dotato di una tossicità molto elevata; si usa solo in caso di
micosi gravi che non rispondono al trattamento con altri antifungini. Va
somministrato per via endovenosa in ospedale. Il suo meccanismo di
azione è analogo a quello della Nistatina.
Antibiotici
72
Antibiotici
73
ANTIBIOTICI MACROLIDICI
Il termine macrolide deriva dal grande anello lattonico (estere ciclico) a
14-16 atomi, caratteristico del gruppo. I composti significativi dal
punto di vista Antibiotico hanno uno o più zuccheri caratteristici legati
all’anello. Uno di questi zuccheri generalmente porta un gruppo
amminico sostituito, che conferisce debole carattere basico alla
molecola. Il ciclo macrolattonico si origina per via biogenetica da unità
CoA-acetile e CoA-propionile.
MECCANISMO DI AZIONE
Il punto di attacco degli Antibiotici macrolidici si trova nelle unità
ribosomiche 50S della sintesi proteica.
Eritromicina
H3C
HO
O
CH3
H3C
CH3
HO
CH3
Desosammina
CH3
HO
O
O
HO
O
CH3
CH3 H3C
OCH3
OH
Cladinosio
O
H2C
O
CH3
CH3
O
Zuccheri
Eritronolide
Antibiotici
N
74
CH3
E’ un complesso Antibiotico formato da tre elementi A, B e C, prodotti
dallo stesso Streptomyces erythraeus. I tre Antibiotici presentano uno
spettro di attività simile, ma l’ Eritromicina A è più attiva di quelle B e
C. Essa è formata da tre strutture fondamentali:
1)
un nucleo lattonico macrociclico (Eritronolide);
2)
un ammino zucchero (6-Desosammina);
3)
uno zucchero neutro (Cladinosio).
L’Eritromicina possiede una attività batteriostatica o battericida a
seconda
della
allungamento
concentrazione
della
usata.
proteina
Agisce
in
sul
formazione,
processo
di
impedendo
all’amminoacetil-tRNA di legarsi alla subunità 50S del ribosoma
batterico (similmente al cloramfenicolo). Ha uno spettro di azione
simile a quello della Penicillina per cui agisce contro la maggior parte
dei Batteri G (+), contro alcuni G (-) ed altri Germi patogeni. Si usa nel
trattamento di infezioni provocate da Batteri penicillino-resistenti e su
pazienti allergici sensibilizzati alla Penicillina. Si somministra per varie
vie ma soprattutto per via orale. Poiché sono molto amari, si utilizzano
come sali stearici e succinici.
ANTIBIOTICI AD ANSA
(ANSAMICINE)
Nel 1959 con l’isolamento delle Rifamicine dallo Streptomyces
mediterranei da parte di Sensi è venuta alla luce questa nuova classe di
Antibiotici. La loro struttura è caratterizzata da una parte di molecola
Antibiotici
75
piana costituita da due cicli aromatici e da un lungo ponte alifatico che
unisce due posizioni non contigue del cromoforo. Gli Antibiotici più
importanti di questo gruppo sono le Rifamicine, nelle quali la parte
piana della molecola è costituita da un residuo di naftalene o di
naftochinone. Il complesso Antibiotico naturale delle Rifamicine è
composto da 5 sostanze, A, B, C, D ed E, delle quali la più importante è
la Rifamicina B che è praticamente inattiva in senso antibiotico, ma è
importante in quanto da essa si ottiene la Rifamicina SV, cioè la forma
attiva. Questo processo di attivazione consiste nell’ossidazione della
Rifamicina B a Rifamicina O, la quale viene idrolizzata a Rifamicina S,
che può essere ridotta con acido ascorbico (Vitamina C) a Rifamicina
SV.
CH3
HO
CH3
21
23
H3CCOO
OH
CH3
O
H3CO
NH
8
1
H3C
A
4
O
O
CH3
O
Rifamicine
Antibiotici
CH3
CH3
OH
76
2
Rifamicine B,O,S,SV
Anello A
OH
O
O
NH
NH
O2
NH
idrolisi
OCH2COOH
O
O
Rifamicina B
O
O
Rifamicina O
OH
NH
Rid
H2
OH
Antibiotici
Rifamicina SV
77
Rifamicina S
La Rifamicina SV si usa per via parenterale, ha la capacità di inibire i
Batteri G (+), mentre si dimostra meno attiva nei confronti dei Batteri
G (-). Presenta una azione antitubercolare analoga a quella
dell’Isoniazide, nettamente superiore a quella della Streptomicina. Per
quello che riguarda il meccanismo di azione, la Rifamicina agisce come
inibitore della RNA polimerasi DNA dipendente batterica, un enzima
capace di trascrivere il messaggio genetico contenuto nel DNA, tramite
la sintesi di molecole di RNA. Il legame tra Rifamicina e questo
enzima (un complesso 1:1 molto stabile), provoca una modificazione
dell’enzima stesso rendendolo incapace di promuovere la sintesi di
nuove molecole di RNA, bloccando quindi la sintesi proteica del
batterio. Poiché l’RNA polimerasi del batterio è diverso da quello della
cellula eucariota, il farmaco non agisce su quest’ultima.
Antibiotici
78
Rifampicina
CH3
HO
CH3
21
23
H3CCOO
OH
CH3
O
CH3
OH
H3CO
CH3
OH
NH
8
H3C
CH
O
O
CH3
O
OH
N
N
N
CH3
E’ un derivato della Rifamicina SV, dalla quale differisce per la
presenza di una catena laterale idrazonica. Rispetto alla Rifamicina SV
ha il vantaggio di essere assunta per via orale. Agisce come battericida
nei confronti dei Germi G (-) e del Micobatterio tubercolare. Nella
tubercolosi rappresenta il farmaco di elezione nei confronti dei soggetti
che abbiano bisogno di un ritrattamento. Viene somministrata in
associazione con uno o due altri chemioterapici, mai da sola perché può
Antibiotici
79
facilmente dar luogo a fenomeni di chemioresistenza. E’ stata
dimostrata anche una certa azione nei confronti di alcuni virus come
Poxivirus e Adenovirus, ma non si usa in terapia antivirale perché la
concentrazione necessaria per ottenere attività in vivo è tale da
raggiungere i livelli tossici della sostanza. La Rifampicina è anch’essa
un inibitore della RNA polimerasi DNA dipendente. Si ottiene per
introduzione di un gruppo aldeidico nell’anello A della molecola della
Rifamicina SV e trattamento con derivati dell’idrazina.
Antibiotici
80
Antibiotici
81
Fosfomicina
H
H
OH
H3C
P
O
OH
O
E’ un Antibiotico isolato da colture di diversi Streptomiceti,
prodotto esclusivamente per sintesi; è caratterizzato dalla
presenza
di
un
residuo
fosfonico
nella
molecola
e
corrispondente all’acido (-)-cis-1,2-epossipropilfosfonico, di
configurazione assoluta (1R, 2S). E’ un Antibiotico ad ampio
spettro, ad azione battericida, attivo sia per via orale (come sale
di calcio) che parenterale (come sale bisodico). E’ attivo contro
Stafilococchi e nelle infezioni urinarie e respiratorie.
Antibiotici
82