aula antibioticos

22
QUÍMICA FARMACÊUTICA II (FFI-424) 1º BLOCO: QUIMIOTERÁPICOS AULA-ANTIBIÓTICOS b-LACTÂMICOS Professora Dra Lídia Moreira Lima ([email protected]) LIMA, LM

Upload: fabiana-gomes

Post on 08-Aug-2015

50 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Aula Antibioticos

QUÍMICA FARMACÊUTICA II

(FFI-424)

1º BLOCO: QUIMIOTERÁPICOS

AULA-ANTIBIÓTICOS b-LACTÂMICOS

Professora Dra Lídia Moreira Lima

([email protected])

LIMA, LM

Page 2: Aula Antibioticos

Antibióticos Bactericidas

b-Lactâmicos (Penicilinas e Cefalosporinas)

Glicopeptídeos (Vancomicina)

Aminoglicosídeos (Estreptomicina)

Quinolonas (Norfloxacino)

Polimixinas

Antibióticos Bacteriostáticos

Macrolidos (Eritromicina)

Tertaciclinas

Cloranfenicol

Lincomicina

Sulfamidas

Alvo Molecular dos Antibióticos b-Lactâmicos

Proteínas Ligadoras de Penicilina (PLP)

3-6 PLP, algumas são enzimas de Transpeptidação

Comprometimento da rigidez da parede celular bacteriana

Bloqueio da síntese do glicanopeptídio

Penicilinas

Cefalosporinas

Carbapenos

Monobactamas

Toxicidade

Seletiva

LIMA, LM

Page 3: Aula Antibioticos

CarbapenemPenem

6 5

7

4 3

2

1

NO

NO

S1

2

34

7

56

8N

O

S

núcleo Cephem

1

2

3

4

7

5

66 5

7

4 3

2

1

núcleo Penam

NO

S

NO R

monobactams

1

23

4

Figura 1: Estruturas gerais dos núcleos Penan (penicilinas), Cephem (cefalosporinas), monobactams (e.g.

aztreonam), penems (e.g. ritapenem) e carbapenem (e.g. imipenem)

LIMA, LM

Page 4: Aula Antibioticos

1928 Sir Alexander Fleming (observação fortuita da inibição do crescimento de estafilococos)

1932 Identificação da Penicilina: Metabólitos do fungo Penicillum notatum (A. Fleming)

1936-Era Moderna da Quimioterapia Antimicrobiana (Uso clínico do Prontosil)

1938-Prêmio Nobel de Medicina (Domagk-Patente alemã do Prontosil)

1940- Isolamento da Penicilina (Sir Ernst Chain & Loord Howard Florey-Oxford)

1941-Purificação Cromatográfica & demonstração da atividade antimicrobiana em ratos (Edward Abraham)

“the Golden age” dos antibióticos.

1943-Elucidação Estrutural ( Sir Robert Robinson-Oxford)

1945-Prêmio Nobel de Medicina (Fleming, A.; Chain, E.; Florey, H. W.)

1974-Elucidação do mecanismo molecular de ação (Blumberg & Strominger)

N

S

OCH3

CH3

HHN

O

H

OOH

Penicilina G

Anel tiazolidínico

Anel b-lactâmico

b-lactamases

amidases

LIMA, LM

Page 5: Aula Antibioticos

Ação antibacteriana seletiva e potente sobre extensa gama de microorganismos

Bactericidas

Não prejudicar as defesas do organismo

Índice terapêutico adequado

Inibição da Síntese da Parede celular Bacteriana

Inibição da Atividade da Membrana Celular

Inibição da Síntese Proteíca (i.e.inibição tradução e transcrição do material genético)

Inibição Síntese de Ácidos Nucléicos

Penicilinas e Cefalosporinas

Ativos na presença de líquidos ou exudatos corporais. Não degradáveis por enzimas

corporais

Não induzir fenômenos de sensibilização alérgica

Não induzir aparecimento de germes resistentes

Propriedades farmacocinéticas adequadas

Eficaz por administração oral e parenteral

Custo razoável

LIMA, LM

Page 6: Aula Antibioticos

Parede Celular Bacteriana

Bactérias Gram positivas (Parede celular constituída de glicanopeptídio e ácidos tecóicos)

Bactérias Gram negativas (Parede celular constituída de glicanopeptídio, lipoproteína e

lipopolissacarídeos)

Funções

Proteção osmótica; determinante antigênico; essencial na divisão celular; funciona como matriz

para sua própria biossíntese

Constituição:

Camada de glicanopeptídio: polímero complexo formado por a) Arcabouço composto por

Ácido N-acetilmurânico e N-acetilglicosamina alternados; b) Grupo de cadeias laterais idênticas

De tetrapeptídios ligados ao ácido N-acetilmurânico; c) Grupo de ligações cruzadas idênticas de

peptídios

Gram-positivas: Contém concentrações consideráveis de ácidos teicóico e teicurônico

Gram-negativas: Contém 3 componentes que se situam fora da camada de glicanopeptídio:

Lipoproteínas, membrana externa e lipopolissacarídio

(-)

LIMA, LM

Page 7: Aula Antibioticos

Proposto por Blumberg & Strominger em 1974

N

S

OCH3

CH3

HHN

O

H

OOH

Penicilina GNO

S

CO2H

CH3

CH3

Palavras-Chaves

O NH

CH3O

NH

O OH

CH3

cadeia peptídica

O NH

N

O

S

O OH

CH3

CH3

Penicilina G

Similaridade estrutural O NH

CH3O

NH

O OH

CH3

O NH

N

O

S

O OH

CH3

CH3

D-Ala-D-Ala

Inibição da D-alanina Carboxipeptidase do microorganismo

prevenindo a iserção da unidade dipeptídica acil- D-Alanil-D-

Alanina-etapa final da construção de sua membrana celular

externa

Inibidor da Síntese da Parede

Celular Bacteriana

Palavra-Chave: Toxicidade seletiva

Tensão angular

Eletrofilicidade

-

+

LIMA, LM

Page 8: Aula Antibioticos

Penicilina G e Penicilina V Bactérias Gram+; sensíveis a beta-lactamases

Penicilinas Resistentes a beta-lactamases, eg. Meticilina, nafcilina, oxacilina,

cloxacilina e dicloxacilina

AminopenicilinasGram+ e Gram -; sensíveis a beta-lactamases, eg. Ampicilina,

amoxilina, ciclacilina, bacampicilina

Penicilinas anti-pseudomonas, eg. Carbenicilina, ticarcilina, azlocilina

Penicilina G

Anel tiazolidínico

Anel b-lactâmico

N

S

OCH3

CH3

HHN

O

H

OOH

N

S

O

CH3

CH3

HHNH

O

O

O

OHPenicilina V

(+ estável em meio ácido)

oxahomologação

1/3 é absorvido pelo trato GI, após adm. oral

Uso parenteral

t1/2= 30 min

Instável pH ácido

Sensível a b-lactamases (penicilinase)

> Biodisponibilidade oral

Uso parenteral

t1/2= ca. 30 min

Sensível a b-lactamases (penicilinase)

Penicilina G e Penicilina V

LIMA, LM

Page 9: Aula Antibioticos

-CO2

N

S

O

CH3

CH3

HHNH

O

R

O

OHH+

"H

+

"

NH

SCH3

CH3

O

OH

NO

O

RH

N

S

O

CH3

CH3

HHNH

O

R

O

OH

N

SCH3

CH3

O

OH

N

H2OC

R

Ácido Penílico

NH

SCH3

CH3

O

OH

H

CO2H

ROCNH

H

Ácido Penicilóico

NH

SCH3

CH3

O

OH

HROCNH

Ácido Penilóico(alergênico)

Penicilina G

Anel tiazolidínico

Anel b-lactâmico

N

S

OCH3

CH3

HHN

O

H

OOH

N

S

O

CH3

CH3

HHNH

O

O

O

OHPenicilina V

Instabilidade em meio ácido

-OH

b-lactamases

amidases

N

S

O

CH3

CH3

HHH2N

O

OH

Ácido 6-aminopenicilânico (6APA)

P. chrysogenum fermentation

(+ estável em meio ácido)

LIMA, LM

Page 10: Aula Antibioticos

penicilinas

NO

S

HN

H H

O

OH

O

R

H+

HN

S

O

OH

NO

O

RH

H

H

OH ou

b -lactamases ou

Nu

HN

S

O

OH

NHO

O

O

R H

H

H

ácido penicilóico

N

S

O

OH

N

O

OH

R

HH

ácido penílico

Figura : Demonstração esquemática dos principais produtos de degradação das

penicilinas catalisada pó ácidos, bases, b-lactamases e nucleófilos.

LIMA, LM

Page 11: Aula Antibioticos

Aminopenicilinas

Protótipo

Amoxicilina

(estável em pH ácido)

(sensível à b-lactamases)

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

NH2

HO

H

Ampicilina

(estável em pH ácido)

(sensível à b-lactamases)

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

NH2 H

t1/2= 80 min; boa biodisponibilidade oral; uso oral, parenteral

t1/2= 80 min; boa biodisponibilidade oral; uso oral, parenteral

bacampicilina

(estável em pH ácido)

(sensível à b-lactamases)

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

O

NH2 H

O

H3C

O CH3

Pro-Fármaco ampicilina

LIMA, LM

Page 12: Aula Antibioticos

Penicilinas Resistentes a b-lactamases

Meticilina

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

OCH3

OCH3

H

homologação N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

HOCH3

OCH3

sensível a b-lactamaseresistente a b-lactamase

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

OCH3

H

sensível a b-lactamase

resistente a b-lactamase

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

HO

N

CH3

Cl

Cl

dicloxacilina

resistente a b-lactamase

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

HO

N

CH3

Cl

cloxacilinaresistente a b-lactamase

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

HO

N

CH3

oxacilina

resistente a b-lactamase

nafcilina

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

H

O

CH3

uso parenteral

Todas são Penicilinas

Semi-Sintéticas

(via 6-APA)

t1/2= 30 a 60 min.

Baixa biodisponibilidade oral

uso parenteral e oral uso parenteral e oral

uso parenteral e oral

uso parenteral e oral

LIMA, LM

Page 13: Aula Antibioticos

Penicilinas Anti-pseudomonas

Ampicilina

(estável em pH ácido)

(sensível à b-lactamases)

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

NH2 H

Azlocilina

(instável em pH ácido)

(resistente à b-lactamases)

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

N HH

O

N

NH

O

Ticarcilina

(instável em pH ácido)

(sensível à b-lactamases)

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

HOHO

S

uso oral e parenteral

uso parenteral uso parenteral

Mezlocilina

(instável em pH ácido)

(resistente à b-lactamases)

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

N HH

O

N

N

O

SCH3

O O

Piperacilina

(instável em pH ácido)

(resistente à b-lactamases)

N

S

O

CH3

CH3

HHN

O

O

OH

N HH

O

N

N

O

O

CH3

uso parenteral uso parenteral LIMA, LM

Page 14: Aula Antibioticos

N

S

O

CH3

CH3

HHNH

O

R

O

OH

16

4 3

52

7

CO2CH3-----Inativo

SO ou SO2-----Inativo

CH2OH-----Inativo

CO2NH2-----25% ativo

N

S

O

O

OH

CH3

CH3RHN 56

7

4

3

21

Substituição gera inatividadeSAR

Estereoquímica

N

S

O

O

OH

CH3

CH3RHN 56

7

4

3

21

* *

*

3S, 5R, 6R

N

S

O

O

OH

CH3

CH3RHN

HH

56

7

4

3

21

* *

*

configuração absoluta x configuração relativa

LIMA, LM

Page 15: Aula Antibioticos

Cefalosporinas

Cefalosporina C

Anel diidrotiazina

Anel b-lactâmico

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

H2OC

NH2

H H

12

3

4567

Penicilina G

Anel tiazolidínico

Anel b-lactâmico

N

S

OCH3

CH3

HHN

O

H

OOHResistência à b-lactamases:

dependente da natureza dos

substituintes em C-7 e C-3

> Resistência a pH ácido

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

H2OC

NH2

H H

12

3

4567

N

S

CH2

HO

CO2H

H

O

NHR

base

Nu

Esterases

séricas

N

S

O

NH

O OH

OHO

H2OC

NH2

H H

(Menos ativo)

-H2O

espontânea

N

S

O

NH

O

RH H

OO

(Inativo)

SAR

Ausência de atividade Antimicrobiana

7 6 54

3

21

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

H2OC

NH2

H H

Estereoquímica 7 6

5

4

3

21

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

R

* *8

6R, 7R

7 6 5 4

3

21

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

RH H

* *8

ác. D-a-aminoadípico

LIMA, LM

Page 16: Aula Antibioticos

Cefalosporinas

Anel diidrotiazina

Anel b-lactâmico

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

H2OC

NH2

H H

12

3

4567

Atividade antimicrobiana

dependente da natureza do

substituinte em C-3

7 6

5

4

3

21

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

RH H

8

Nu

7 6

5

4

3

21

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

RH H

8

Nu

N

S

O OH

CH2

H

NH

O

R

O Nu

6

1

7

85

4

3

2

+

O

O

CH3

7 6

5

4

3

21

N

S

O

NH

O OH

OHO

H2OC

NH2

H H

8

<<<<ativo

Cefalosporina C

Metabolismo

7 6

5

4

3

21

N

S

O

NH

O OH

O

O

CH3O

RH H

8

7 6

5

4

3

21

N

S

O

NH

O OH

OHO

RH H

8

esterases

séricas 7 6

5

4

3

21

N

S

O

NH

O

RH H

OO

8

metabólito inativo

LIMA, LM

Page 17: Aula Antibioticos

Cefalosporina de primeira Geração (Uso Oral)

Cefalosporina de segunda Geração (Uso Parenteral)

Cefalosporina de primeira Geração (Uso Parenteral)

N

S

O

NH

O OH

OO

H HS

O

CH3

Cefalotina Cefapirina

N

S

O

NH

O OH

OO

S

H HN

O

CH3

CefadroxilCefalexina

N

S

O

NH

O OH

OO

H HNH2

HO

O

CH3N

S

O

NH

O OH

OO

H HNH2

O

CH3

N

S

O

NH

O OH

OO

H HNOCH3

O

NH2

O

CefuroximeCefonicid

N

S

O

NH

O OH

SO

H H

N N

N

N

SO3H

OH

Cefamandole nafate

N

S

O

NH

O OH

SO

H H

NN

N

N

OCHO

H3C

LIMA, LM

Page 18: Aula Antibioticos

Cefalosporina de segunda Geração (Uso Oral)

Cefaclor

N

S

O

NH

O OH

ClO

H HNH2

Lavocarbef

N

CH2

O

NH

O OH

ClO

H HNH2

Cefprozil

N

S

O

NH

O OH

O

H HNH2

HOCH3

Cefalosporina de terceira Geração (Uso Oral)

Cefixime

N

S

O

NH

O OH

O

H HN

CH2

OH2OC

N

S

H2N

Cefalosporina de terceira Geração (UsoParenteral)

Cefotaxime

N

S

O

NH

O OH

O

H HN

OH3C

N

S

H2NO

O

CH3

Cefalosporina de quarta Geração (Uso Oral)

Cefepime

N

S

O

NH

O OH

O

H HN

OH3C

N

S

H2NN

CH3

LIMA, LM

Page 19: Aula Antibioticos

Antibióticos Carbapenêmicos (resistentes ab-lactamases)

N

O

HH

O

OH

S

NH2

CH3

HHO

Tienamicina

(Streptomyces cattleya )

Bioisosterismo natural

Olefina endocíclica

Propriedades:

Antimicrobiana + Inibição deb-lactamases N

O

HH

O

OH

S

NH

CH3

HHO

NH

Imipenen

(adm. parenteral)

Antibióticos Monobactâmicos

(adm. Oral)

Otimização das Penicilinas

Capaz de inibir algumas beta-lactamases

substituinte b

sintético

Natural: Chromobacterium violaceum, 1981

aztreonam

Resistente à beta-lactamases

uso parenteral

N

O

H

NH

O

S

OO

OH

CH3

N

S

NO

CH3

H3C

H2OC

H2N

N

O

H3CO

NH

O

H3CS

OO

OH

Ativo via oral

Resistente à beta-lactamases

LIMA, LM

Page 20: Aula Antibioticos

N

O

O

OH

O

OH

Ácido Clavulânico

(Streptomycis clavuligerus, 1975)

Inibidor irreversível de b-lactamase

(Inibidor suícida)

Mecanismo Molecular de Bioinativação

Inibidores sintéticos

sulbactama

N

S

O

CH3

CH3

O O

OH

O

tazobactama

N

S

O

O

OH

CH3

O O

NN

N

(sulbactama + ampicilina=Unasyn®)

(tazobactama + piperacilina=Zocyn®)

(ácido clavulânico + amoxicilina=Augmetin®)

b-Lactamases são agrupadas em quatro classes (A-D), a saber:

classes A (penicilinases),

classe C (cefalosporinases)

classe D (oxacilinases), utilizam serina do sítio ativo no

mecanismo hidrolítico de ação.

classe B (b-lactamases de amplo espectro de ação, e.g.

carbapenemases) requer cátion metálico divalente, Zn+2, para

catalisar a hidrólise do anel b-lactâmico, são comumente

referidas como metalo b-lactamases

LIMA, LM

Page 21: Aula Antibioticos

Inibição Irreversível

O-Ser130

Ser70 O

O

H+

O-Ser130

HN

O

CO2H

OH

HH

Ser70 O

O

HO-Ser130

Ib

HN

O

CO2H

O

OSer

70

OH

H H

Inibição Transiente

Ie

O

OSer

70

H HN

O

OH

-CO2

cis-enaminatrans-enamina

O

OSer

70

H HN

CO2H

O

OH

Id Ic

IbIaI

O

OSer

70

H

OH

CO2H

O

HN

HN

O

CO2H

O

OSer

70

OH

H H

H+

Arg244

HN

O

CO2H

OHO

OSer

70

HO-Ser70

N

O

OCO2

OH

If

Ig

Figura : Proposta mecanística para inibição de b-lactamases pelo ácido clavulânico [adaptado de Buynak, JD (2006)

Understanding the longevity of the b-lactam antibiotics and antibiotic/b-lactamase inhibitor combination Biochemical

Pharmacology 71: 930-940]. LIMA, LM

Page 22: Aula Antibioticos

Bibliografia

Gringauz, A (1997) Introduction to medicinal chemistry: how drugs act and why,Wiley-VCH, New

York, p.191-263

Foye, WO; Lemke, TL; Williams, DA (1995) Principles of medicinal chemistry, Willians & Wilkins,

USA, p.770-788

Grayson, M (1982) Antibiotics, chemotherapeutics and antibacterial agents for disease control, John

Wiley & Sons, New York, p. 90-138

Goodman-Gilman, A; Rall, TW; Nies, AS; Taylor, P. (1990), Guanabara Koogan, Rio de Janeiro,

p.706-727

Barreiro, EJ; Fraga, CAM (2001) Química medicinal: as bases moleculares da ação dos fármacos,

ArtMed, São paulo, p. 66-68 e 125-126

Kotra, LP; Mobashery, S (1998) Beta-lactam antibiotics, beta-lactamases and bacterial

resistance Bull. Inst. Pasteur 96: 139-150

Leitura Suplementar

Bounaim, L; Smeyers, NJ; Gonzalez-Jonte, RH; Alvarez-Idaboy, JR; Ezzamarty, A;. Smeyers; YG

(2001) A study of the nucleophilic attack of the beta-lactamic bond of antibiotics in water solution

Theochem 539: 233-243

LIMA, LM