AGENTI TERAPEUTICI EZIOTROPI
Origine
da piante
Alcaloidi
Terpenoidi
Altri
Naturale
da microrganismi: Antibiotici
Sintetica
Semisintetica
Antisettici (uso locale/topico) - selettivi
Chemioterapici (uso sistemico) + selettivi
AGENTI TERAPEUTICI EZIOTROPI
Caratteristiche farmacocinetiche
selettività
Topici
(uso esterno: cute e mucose)
Intestinali
(uso orale: non assorbiti)
Urinari
(uso orale o parenterale: raggiungono
concentrazioni attive solo nell’urina)
Sistemici
(uso orale o parenterale: raggiungono
concentrazioni attive al sito di azione)
Virus
Batteri
Micobatteri
Miceti
Protozoi
Elminti
Tumori
Patogeni
Selettività di chemio/antibiotici
PROTISTI
PROCARIOTI
EUCARIOTI
MICRORGANISMI PATOGENI
Malattia
Localizzazioni
Elmintiasi
Intest.e sistem.
ELMINTI
(vermi)
Nematodi
Cestodi
Trematodi
PROTOZOI
Plasmodi
Malaria
Sistemiche
Tripanosomi Malattia del sonno Sistemiche
Amebe
Dissent. amebica
Intest. e sistem.
MICETI
(Funghi)
Micosi
Localiz. , sistem.
SCHIZOMICETI
Spirochete
Micobatteri
Eubatteri
Sifilide
TBC, lebbra
Infez. batteriche
Sistemiche
Sistemiche
Varie
VIRUS
Virus DNA
Virus RNA
Infezioni
virali
Sistemiche
SCHIZOMICETI PATOGENI
Classi
Spirochete
Generi (e sp.)
Treponema
Malattie
Sifilide
Micobatteri
M. tuberculosis
M. leprae
TBC
Lebbra
Micrococcus (Stafilococco)
Diplococcus (Pneumococco)
Streptococcus
Corynebacterium
Bacillus (B.anthracis)
Clostridium
Infez. stafilococciche
Polmonite
Scarlattina, Malat. reum.
Difterite
Carbonchio
Tetano, cangrena, botul.
Neisseria
Vibrio
Escherichia
Proteus
Salmonella
Shigella
Pasteurella
Brucella
Haemophylus
Pseudomonas
Gonorrea, Meningite b.
Colera
Coliti
Diarree, cistiti
Tifo, paratifo
Dissenteria
Peste
F. maltese
Pertosse
Setticemie, Meningite
Gram +
Eubatteri
Gram -
Differenze cellulari fondamentali tra eucarioti e procarioti
Eucarioti
Procarioti
Nucleo
Nucleo vero e proprio limitato da
una membrana
Assenza di membrana nucleare
Cromosomi
Diversi cromosomi costituiti da
DNA e proteine (in preval. istoni)
Cromosoma unico, costituito da
DNA
Apparato mitotico
Presenza di centrioli e fuso
Assenza di app. mitotico; il suo
ruolo è assolto dalla mem. plasm.
Membrana
citoplasmatica
Presenza di steroli
Assenza di steroli
Parete cellulare
Assente negli animali. In vegetali, e
funghi, se presente, è composta in
prevalenza da polisaccaridi semplici
Tipica struttura complessa con
presenza di peptidoglicani e
amminoacidi “atipici”
Ribosomi
80S, ad esclusione di quelli dei
mitocondri e dei cloroplasti (70S)
Unicamente 70S
Sistemi respiratori
Localizzati in organuli specializzati:
i mitocondri
Localizzati sulla memb. plasm.:
assenti i mitocondri
Altri organuli
citoplasmatici
Presenti (ad es. i cloroplasti)
Assenti
Press. osm. cell.
Simile a quella dell’ambiente
Sup. a quella dell’ambiente
Citoplasma
Ribosoma
Nucleoide
Membrana plasmatica
Peptidoglicano
Membrana esterna
Capsula
RISPOSTE E MECCANISMI IMMUNITARI
Difesa contro le
infezioni da
Risposta
immunitaria
Anticorpale
Umorale
(AU)
Cellulomediata
(CM)
Protozoi
Miceti
Micobatteri
Batteri
Virus
AU
CM
CM
AU
CM
Difesa contro i tumori
Immunizzazione
Attiva (vaccini)
Passiva
Ipersensibilità
(reaz. allergiche)
ad antigeni estranei
a farmaci o tossici
Tolleranza (self-non self)
Rigetto di
trapianti (non self)
HVGR
GVHD
Malattie autoimmuni (-> self)
RESISTENZA BATTERICA
ORIGINE:
Inattività metabolica
Non genetica
Perdita della struttura bersaglio
CROMOSOMICA
Genetica
PLASMIDICA
Trasduzione (virale)
Meccanismi di trasferimento
Trasformazione (DNA ricombinante)
Coniugazione (pili sessuali)
RESISTENZA BATTERICA
CAUSE (meccanismi):
1. Produzione di enzimi inattivanti
2. Modifiche di permeabilità
3. Alterazione del recettore o dell’enzima
bersaglio
4. Attivazione di vie metaboliche alternative
(by-pass)
5. Sovraproduzione (over-expression)
dell’enzima o recettore bersaglio
6. Multi-drug resistance (efflux pumps)
Inattivazione degli antibiotici: Risposte Enzimatiche
Reazione
Tipologia
b-lattami-Macrolidi
Idrolisi
Trasferimento
di gruppi
Acile
Fosforile
tiolo
Nucleotidile
ADP-ribosile
glicosile
Altro
Antibiotici sensibili
Redox
Liasi
Aminoglicosidi
Cloramfenicolo
Streptogramina A
Aminoglicosidi
Macrolidi
Rifamicina
Peptidici
Fosfomicina
Aminoglicosidi
Lincosamina
Rifamicina
Macrolidi
Rifamicina
Tetracicline
Rifamicine
Streptogramina A
Streptogramina B
•6000 batteri resistenti agli antibiotici
(progetto “Patologie Gravi e
Farmacoresistenza” ISS;
• 1/4 batteri responsabili di polmoniti,
endocarditi,ascessi, infez. Chirurgiche
sono resistenti ad uno o più antib.
•Resistenza penicilline ~80% (osp.
90%);
•1/3 enterobacter (sepsi osp.) è
resitente a cefalosporine e
fluorochinolonici;
•Stenotrophomonas, Acinobacter
resistenti a pencilline,
fluorochinolonici, imipenem >90%.
STORIA DELLA SCOPERTA DEI FARMACI ETIOTROPI
Antielmintici
Antic Droghe varie
1860
1870 Pelletierina
1880
1890
1900
1905 Tart. emet.
1910
1915
1920 CCl4-C2Cl4
1925 Stibofene
1930 Esilresorcina
1935
1940 Dietilcarbam.
1945 Piperazina
1950 Lucantone
1955 Ditiazanina
1960 Befenio
1965 Tetramisolo
1970
Antiprotozoi
China
Chinina
Antimicotici
Antisettici
Antibatt.
Antibiot.
Antivirus
Anticancro
Fenolo
Bleu metil.
HgCl2
Metenam.
Arsenicali
Emetina
Suramina
Idrossichin.
Pamachina
Mep., cloroch.
Diammidine
Glicobiarsolo
Proguanil
Pirimetamina
Fenantridina
Antibatt.
chemiot.
Hg
Viol. genz. Proflavina
Merbrom.
Cloro e d.
Ac. grassi
Griseofulv.
Nistatina
Amfoteric.
Esaclorof.
Quatern.
Antag. batt.
Antibiosi
Au
Solfanilam.
Arsfenam.
Bi
SOlfamidici
Dapsone
Nitrofurani
PAS-TB1
INI
Pirazinamide
Ac. nalidix.
Etambutolo
Penicillina
Azotiprite
Tirotricina
Streptom.
CAF-CTC
Eritr. Tetrac.
Pen. semisint.
Lincomicina
Rifamicine
Orm. sess.
8-Azaguanina
Aminopterina
Mercaptop.
Alcal. vinca
Metisazone
Interferone
Idossuridina
Amantadina
Le tappe più importanti della terapia antinfettiva
1877
1889
1889
1896
1900~
1910
1929
1935
1940
1942
1943
Concetto di inibizione batterica (Pasteur)
Sinbiosi e antibiosi (Uuillemin)
Piocianasi (Bouchard)
Ac. micofenolico (Gosio)
Chemioterapia (Ehrlich)
Salvarsan = arsfenamina (Ehrlich)
Scoperta penicillina (Fleming)
Prontosil -> sulfamidici (Domagk)
Antimetaboliti (Woods-Fildes)
Concetto di antibiotico (Waksman)
Isolamento penicillina (Chain)
1877
Pasteur
1904
Elrich
1928
Fleming
Scoperta delle prime
colonie batteriche
Nascita della
chemioterapia
Scoperta della
penicillina
1935 Prontosil: primo agente antibatterico
1940 Isolamento della penicillina
1944 Streptomicina
1945 Bacitracina, Cloramfenicolo
1948Tetracicline
1952 Eritromicina
1955 Cicloserina, Cefalosporina C
1962 Acido nalidissico
1987 Ciprofloxacina ……………
……….
CRITERI DI CLASSIFICAZIONE
DEGLI ANTIBIOTICI
• Microorganismo produttore
• Origine biogenetica
( da AA, Glicidi, Unità ac e prop.)
• Struttura chimica
• Spettro antimicrobico
• Uso terapeutico
• Meccanismo di azione
CLASSIFICAZIONE
Biogenesi
A
gruppi
da aminoacidi
Da 1 a.a.
•Cicloserina
•CAF e analoghi
Da 2-3 a.a.: blattamici
•Penicilline
•Cefalosporine, ……
Da molti a.a.:
polipeptidici
•Bacitracina, Tirotricina,
Polimixina ecc.
•Lincomicina
•DALBH (vanco, teicopl.)
A+B
B
da glicidi
antibiotici
Amminoeterosidi di
amminociclitoli:
amminooligosaccaridici
•Streptomicine
•Kanamicina, Gentamicina
•Neomicina, Paromomicina
CLASSIFICAZIONE
Biogenesi
B
+
C
gruppi
antibiotici
Macrolidi
•Eritromicina
•Oleandomicina
•Altri macrolidi
•Macrolidi polienici
Cumarine
•Novobiocina
Amminoeterosidi di :
Antracicline
•Daunomicina, Adriamicina
C
Naftacenici
•Tetracicline
da unità acetiche
e propioniche
Ansamicine
•Rifamicine
Spiranici
•Griseofulvina
Spettro antimicrobico dei principali antibiotici
Cicloserina
+
Cloramfenicolo
Penicilline
+
+
Cefalosporine
+
(+)
+
+
(-)
+
+
+
Bacitracine
+
Polimixine
Lincomicina
+
+
+
Streptomicina
+
+
Kanamicina/Gentamicina
+
+
(+)
Neomicina/Paromomicina
+
+
+
(+)
+
Eritromicina
+
Macrolidi polienici
+
+
Novobiocina
+
Rifamicine
Tetracicline
Griseofulvina
+
+
+
+
+
+
+
+
(+)*
+
+
+
* Attive su DNA-virus
Siti bersaglio degli antimicrobici
Modello semplificato della parete cellulare batterica (cell wall)
Gram +
Gram -
(Stafilococcus aureus)
(Proteus vulgaris)
esterno
esterno
Acido teicoico
(polifosfogliceroribitolo)
Strato lipoproteico e
lipopolisaccaridico
Peptidoglicano
Peptidoglicano
Membrana plasmatica
citoplasma
Membrana plasmatica
citoplasma
ACIDO TEICOICO
Polifosfogliceroribitolo
H
C
O
O
H
P
H
O
O
C
CH
H
Unità di
fosfoglicerolo
OR
n
H
C
H
O
O
P
O
H
O
H
H
C
CH
C
C
H
O
O
O
Unità di
fosforibitolo
R2 R3 R4
n
R = COCH(CH3)NH2 (Ala)
CH2OH
O
R = NAG
OH
OH
NHAc
R2, R3, R4 = H o, almeno uno
uguale ad R
ACIDO TEICOICO
Polifosfogliceroribitolo
H
C
O
O
H
P
H
O
C
O
CH
H
OR
n
Unità di fosfoglicerolo
H
C
H
O
O
P
H
O
O
C
H
H
H
CH
C
C
O
O
O
R2 R3 R4
n
Unità di fosoforibitolo
R = COCH(CH3)NH2 (Ala)
R = NAG
R2, R3, R 4 = H ,
almeno uno uguale ad R
Acido
colanico
Parete cellulare dell’ Escherichia Coli (gram-)
Parete batterica
BIOSINTESI DELLA PARETE
CELLULARE (e INIBITORI della)
Stadio Processo
Sito
Inibitori
1
Sintesi dei
precursori
Citoplasma
Fosfomicina
Novobiocina
Cicloserina
2
Sintesi e
trasporto del
peptidoglicano
lineare
Membrana
cellulare
3
Formazione dei Parete cellulare
legami
esterna
trasversali del
peptidoglicano
Bacitracina
Vancomicina
Penicillina
Cefalosporina
COSTITUENTI DEL PEPTIDOGLICANO
Altre denominazioni: glicopeptide, mucopeptide, mureina
H3C
CH2OH
OH
CH
O
OH
OH
CH2OH
O
O
OH
HOOC
OH
NHCOCH3
N-acetil-D-glucosamina
(NAG)
NHCOCH3
Acido N-acetilmuramico
(NAMA)
Altri aminoacidi naturali (L) o loro enantiomeri (D)
COOH
(D) H
NH2
H
H
Acido a,e-diamminopimelico (config. meso):
H
H
D-DAP-L o DL-DAP o m-DAP (2R,6S)
(L) H
NH2
COOH
CH2 OH
CH2 OH
O
HO
O
O
NAG
NAM
O
OH
O
NH
COCH3
HCCH3
COOH
HOOC CH NH2
acido
diaminopimelico
(CH2 )3
HOOC CH NH2
(gram-; E. coli)
O
Disaccaride del
Peptidoglycan
disaccharide
Peptidoglicano:
NAG-NAMA
Legame 1,4-beta glucosidico
NH
COCH3
amino acid side chain attached here
H CH NH2
(CH2 )3
lisina
HOOC CH NH2
( gram +; *Staphylococcus)
BIOSINTESI DEI PRECURSORI
(N-ACETIL-D-GLUCOSAMMINA)
(Phosphoenolpyruvate)
Piruvil transferasi
3
UDP-NAMA
BIOSINTESI DEI PRECURSORI II
DAP-Peptidoglicani
Lisin-Peptidoglicani
FORMAZIONE DEL PEPTIDOGLICANO LINEARE
P
Lys
Peptidoglican sintetasi
FORMAZIONE DEI LEGAMI TRASVERSALI DEL PEPTIDOGLICANO
Polimero glicopeptidico
Polimero glicopeptidico
-NAMA-NAG - polimero glicopeptidico
Polimero glicopeptidico - NAMA-NAG
PEPTIDOGLICANO (MUCOPEPTIDE, MUREINA)
CITOPLASM
INIBITORI DELLA SINTESI DELLA
PARETE CELLULARE
(inibitori della biosintesi del peptidoglicano)
• Fosfomicina ( Acidi fosfonici)
• Novobiocina
• Cicloserina
• Bacitracina
• Penicilline
• Cefalosporine
• Altri antibiotici b-lattamici
• Dalbaeptidi (AB Glicopeptidici)
A. Biogenesi da amminoacidi
(da un solo amminoacido)
H
H2N
O
H
O
H2N
OH
NH
D-Cicloserina
O
OH
L-Serina
CH2
H
4-Amino-isoxazolidin-3-one
HO
NH2
COOH
L-Fenilalanina
H
CH
N COCHCl2
H
CH2OH
D-(treo)-Cloramfenicolo
(CAF)
CICLOSERINA
• Prodotta da Streptomyces lavendulae, garyphalus, orchidaceus)
• Meccanismo di azione: inibisce la Ala racemasi e la D-Ala-DAla sintetasi
•Attiva su alcuni Gram +, diversi Gram- e su micobatteri (mdr-tTbc, xdrTb)
•Tossicità: convulsioni, Jap: aumento della tendenza al suicidio (?)
Blumberg, P. M., and Strominger, J. L. (1974) Bacteriol Reu. 38
Vitamina B6
Alanina racemasi
(PLP dipendente)
Lys39, Tyr265
+H+
Addiz.-stereospec
transaminazione
L-AA
P-piridossale (forma
aldimminica cofattore
enzimatico)
Base di Schiff
(interemedio,
aldimminico)
Intermedio chinoide
P-piridossammina
racemizzazione
vitamina B6
D-AA
Intermedio chinoide
carbanione
Intermedio
chinoide
Base di Schiff
(interemedio,
aldimminico)
Intermedio
chinoide
decarbossilazione
P-piridossale (forma
aldimminica cofattore
enzimatico rigenerato)
P-piridossale (forma
aldimminica cofattore
enzimatico rigenerato)
C. Geoffrey F. Stamper et al. Biochemistry 1998, 37, 10438-10445
+H2O
Timothy D. Fenn et al. Biochemistry 2003, 42, 5775-5783
FOSFOMICINA
Acido(-)-cis-1,2-epossi-propil-1-fosfonico
H
H
OH
H3C
Sale disodico (i.m.), Sale di calcio (os).
Sale di trometamina (os, > assorbimento)
Trometamina: NH2-C(CH2OH)3
Monuril; Fosfocin
P
O
O
HO
• Prodotto dalla fermentazione di Streptomyces fradiae
• Biogenesi glicidica (da Piruvato)
• Analogo strutturale di Ac. Lattico e Ac. Piruvico
• Meccanismo di azione : inibisce la piruvato-UDP-NAG tranferasi ( reattività alchilante
del ciclo epossido: formazione di un legame covalente con un gruppo SH dell’ enzima)
• Spettro antibatterico ampio (battericida), molto attivo verso Prot., Pseudom. Salmon.
• Config. assoluta 1R, 2S
• Altamente polare: utilizza il sistema di trasporto dell’ L-a-glicerofosfato per attraversare
la membrana cellulare
Analogie strutturali tra fosofomicina e
fosfoenol-piruvato (PEP)
H
H
OH
H3C
P
O
O
HO
riduz
MurA
Biochemistry 2001, 40, 1550-1559
Eur. J. Biochem. 271, 2682–2690 (2004) FEBS 2004
UDP-NAMA
Acidi fosfonici
ALAFOSFALINA
CH3
H
N
H2N
*
S
Acido S-alanil-R-1-aminoetilfosfonico
O
R
*
P
OH
OH
O
Ampio spettro, in particolare vs. Gram ( Inibitori della Ala racemasi e DAla-DAla sintetasi)
CH3
Metab.
Biochemistry 1998, 37, 10438-10445
O
OH
N
O
P OH
OH
Acido 3-(N-formil-N-idrossiamino)propilfosfonico
FOSMIDOMICINA (Sale sodico; ampio spettro, in
particolare vs. Gram -;Malaria)
Lancet 2002; 360: 1941–42
DIAPOSITIVE ADDIZIONALI
C. Geoffrey F. Stamper et al. Biochemistry 1998, 37, 10438-10445
1-Deoxy-d-Xylulose 5-Phosphate Reductoisomerase (IspC) from Mycobacterium tuberculosis: towards Understanding
Mycobacterial Resistance to Fosmidomycin J Bacteriol. 2005 December; 187(24): 8395–8402
Regione
periplasmatica
Peptidoglicano
3° stadio
transpeptidasi
transglicosilasi
1° stadio
lipide I
2° stadio
lipide II
Regione
citoplasmatica
MurA UDP-N-acetylglucosamine 1carboxyvinyltransferase
NAMA
MurB UDP-N-acetylmuramate
dehydrogenase
MurC UDP-N-acetylmuramate—
L-alanine ligase
P O
O
NAG
O
MurD UDP-Nacetylmuramoyl-L-alanine—Dglutamate ligase
MurE UDP-Nacetylmuramoyl-L-alanyl-Dglutamate—L-lysine ligase
Nucleotide
pentapeptidico
EC 6.3.2.13 UDP-Nacetylmuramoyl-L-alanyl-Dglutamate—2,6diaminopimelate ligase
MurF UDP-Nacetylmuramoyl-tripeptide—
D-alanyl-D-alanine ligase
DAP=
HO
O
NH2
NH2
(S)
(R)
O
OH
Lys=
NH2
H2 N
(R)
O
OH
Metabolismo della D-Alanina
EC 5.1.1.1
alanina racemasi;
Seleno
aminoacidi
(L-alanina racemasi)
Classe Isomerasi
Racemasi e epimerasi
Agiscono su AA e deriv.
Substrato L-alanina
Prodotto D-alanina
Cofattore Piridossale
fosfate
Inibitore 3-Fluoro-Dalanina
Alanina –
Aspartato
L-Alanina
Ciano
aminoacidi
D-Arginina–
D-Ornitina
Glicolisi
D-Alanina
Piruvato
D-Alanil-D-alanina
Peptidoglicano
Biosintesi del Peptidoglicano
(Parte
Peptidoglycan
Biosynthesis (Part
2) 2)
MurY
phospho-Nacetylmuramoylpentapeptide-transferase
MurG undecaprenyldiphosphomuramoylpentapeptide b-Nacetylglucosaminyltransferase
Lipide I
Gram +
Lipide II
Biosintesi del Peptidoglicano
(Parte
Peptidoglycan
Biosynthesis (Part
3) 3)
EC 2.4.1.129
peptidoglycan
glycosyltransferase
EC 3.6.1.27
undecaprenyldiphosphatase
