Penicilinas: Análogos semissintéticos e REA

e aí pessoal beleza aqui quem faz a professora martelli não de hoje nós vamos continuar estudando sobre as penicilinas no entanto nossa enfoque se dará no processo de obtenção de derivados sempre sintéticos essa causa de falam assim como no estudo de relação estrutura-atividade desta classe de antibióticos que fazer um pouco mais sobre isso bora lá podem fazer então pessoal existem cerca de uma dezena de penicilinas disponíveis no mercado nós vamos lá aula passada que elas se diferenciam pelas cadeias laterais e que dependendo das características ester eletrônicas as propriedades farmacocinética e farmacodinâmica das penicilinas podem ser

alteradas nesse sentido várias modificações estruturais foram realizadas na estrutura da substância líder benzilpenicilina também conhecida como penicilina g aquela a coberta por ceni visando aprimorar alguma das limitações apresentadas por esse fármaco e quais seriam essas limitações a primeira seria que a benzilpenicilina é inativada por hidrólise em meio ácido e consequentemente precisa ser administrada por via intravenosa ou intramuscular o que pode causar desconforto e dor no momento da aplicação o segundo ponto é que a partir da sua descoberta houve uma rápida disseminação de resistência esse fármaco principalmente devido a produção de enzimas beta-lactamases pelas bactérias o

que promove a hidrólise do fármaco levando a perda de sua ação o último ponto limitante seria o estreito o espectro de ação da benzilpenicilina que é inativa frente algumas bactérias gram-negativas e naquelas produtoras de beta-lactamases então essas limitações revelaram a necessidade de se produzir análogos a partir de modificações na estrutura da substância líder de moda utilizá-la em relação a essas desvantagens e foi assim que surgiram os derivados semi-sintéticos de penicilinas e aqui antes de falarmos sobre as penicilinas semi-sintéticas vale ressaltar que a síntese total da penicilina só foi realizada em 1957 uchiha quase trinta anos

após o seu isolamento do meio de cultura ainda assim a síntese apresentou um baixo rendimento para uso comercial e isso gerou grande dificuldade na produção de análogos de penicilina no entanto em 1959 o grupo bitten's atual gessica fez uma descoberta muito importante para superar essas limitações de síntese que foi a descoberta do percurso sintético as nos 6-aminopenicilânico conhecido como 6-apa a observar mas a estrutura do 6-apa veremos que ele possui estrutura básica essencial das penicilinas bastava agora acrescentar a cadeia lateral no grupo amino heterocíclico em vermelho o meio de um processo sintético assim foram produzidas

e aí nós semi-sintéticas com amoxicilina ampicilina meticilina dentre outros vale ressaltar que o processo de semi-síntese nada mais é do que uma modificação estrutural realizada por meio de síntese orgânica em uma substância que foi previamente obtida a partir de uma fonte natural nesse caso o metabólito de um micro-organismo e antes de falar mais sobre a metodologia semi-sintética vamos ver como ocorre a metodologia clássica para obtenção da benzilpenicilina e phenoxymethylpenicillin ina que são as penicilinas g&v essas penicilinas podem ser obtidas através de um processo fermentativo portanto em um fermentador são acrescentadas o fungo do gênero penicillium

os aminoácidos valina e cisteína e também o ácido carboxílico correspondente a cadeia lateral desejada após o término do processo fermentativo o fungo é capaz de produzir por uma via biossintética as penicilinas desejadas com as cadeias laterais adequadas no entanto esse processo além de ser bastante lento não é compatível com qualquer ácido carboxílico sendo necessária a presença desse metileno em azul entre o grupo r&a carbone lá para o sucesso do processo já metodologia semi-sintético e na obtenção do precursor biossintético 6-apa a partir de um processo fermentativo semelhante ao anterior onde estão presentes o fungo penicillium chrysogenum

no e os aminoácidos essenciais no entanto a diferença aqui é a ausência do ácido carboxílico nessas condições os 6-apa é então obtido e pode sofrer reações com cloretos de acila apropriados gerando as amigas correspondentes que são as penicilinas semi-sintéticas outra alternativa mais moderna para obtenção de 6-apa consiste na hidrólise enzimática da benzilpenicilina pela enzima penicilina acylase declive a ligação peptídica liberando os 6-apa e o ácido fenil acético em azul posteriormente então o 6-apa reagir via síntese orgânica com cloreto de acila para gerar as penicilinas semi-sintéticas desejadas a obtenção de diferente derivados penicilinicos propiciou a realização

de um estudo de relação estrutura-atividade dessa classe de substâncias onde foi observado que poucas modificações estruturais são toleráveis sendo permitidas apenas variações na cadeia lateral a se uma mina assim podemos destacar como por exemplo a presença do ácido carboxílico em azul livre é essencial geralmente ele está ionizado e as penicilinas são administradas como sais sódicos ou potássicos como já vimos o íon carboxilato se liga ao nitrogênio carregado do resíduo de lisina presente no sítio ativo por meio de uma interação iônica além disso o anel tensionado beta-lactamico em roxo também é essencial para a atividade assim

como o sistema bicíclico como um todo marcado em verde pois confere uma maior tem o anel beta-lactâmico aumentando assim a sua reatividade isso também gera algumas instabilidades na molécula como veremos mais tarde o enxofre em amarelo geralmente está presente mas não é essencial com relação à estereoquímica do anel biciclico os hidrogênios precisam estar na configuração simples como indicado em vermelho por fim a porção a se o amido em laranja é essencial para a atividade ea capaz de modular propriedades farmacocinéticas e dinâmicas e agora podemos voltar a nossa atenção para como os derivados penicilinicos são importantes

para superar as limitações da benzilpenicilina então a primeira alimentação trabalhada aqui será a sensibilidade meio ácido primeiramente vamos observar quais são os motivos que explicam esta sensibilidade para depois compreendemos que modificações estruturais foram realizadas para superar essa alimentação são três motivos que explicam a sensibilidade o primeiro deles é atenção anelar que existe no sistema beta-lactamico fundido ao anel tiazolidinico como a gente pode observar nessa representação em três dimensões essa tensão angular e torcional é aliviada por meio do processo de abertura de anel o que favorece a sua hidrólise o segundo motivo é a alta reatividade

da carbonila beta-lactamico que por ser um anel de quatro membros tensionado desfavorece a estabilização por ressonância o que aconteceria em uma amida terciária cíclica alta reatividade da carbonila favorece o ataque da água gerando o produto hidrolizado em azul que é inativo por último temos a influência da cadeia lateral que propicia a participação do grupo vizinho ou grupamentos acila como o nucleófilo assim ele participa ativamente do mecanismo de abertura do anel beta-lactâmico gerando os produtos em azul que também são inativos logo a penicilina tem um mecanismo de autodestruição já embutido na sua própria estrutura e para

solucionar esse problema e visando tornar as penicilinas passíveis de serem administradas por via oral basta incluir na estrutura um grupo retirador de elétrons esse grupo deve estar ligado ao carbono alça carbonílico da cadeia lateral como destacado em laranja assim essa alteração promove a diminuição da não pro felicidade da carbonila médica diminuindo assim a participação do grupo vizinho o que promove um aumento na estabilidade do anel beta-lactâmico frente a hidrólise em meio ácido e ainda com o objetivo de melhorar a absorção desses fármacos por via oral pode transformá-los em propharmacos aumentando assim a sua lipofilicidade e

consequentemente facilitando a sua absorção pelo trato gastrointestinal como mostrado nesse exemplo a benzilpenicilina possui log p = 1,0 8 enquanto que os propharmacos vivo ampicilina e ampicilina possuem log p maior passando para 2,07 e 2,09 respectivamente mostrando o portanto um aumento de sua lipofilicidade esses pro fármacos são ésteres conforme destacado em laranja que sofrem hidrólise enzimática procuração de esterases liberando a senha porção ativa correspondente a penicilina em questão representada em preto é a segunda alimentação da benzilpenicilina seria a resistência bacteriana o que acontece principalmente pela ação de enzimas beta-lactamases essas enzimas são resultantes de mutações

nas transpeptidases que são os alvos das penicilinas se vocês se lembrarem na nossa última aula lembraram que as transpeptidases são serina proteases que são capazes de formar um adulto covalente com a penicilina impedindo a sua hidrólise e o ataque do pentapeptideo de glicina como mostrado nesta figura do passo a para o passo b no caso das beta-lactamases a mutação a corrida permite que as enzimas sejam capazes de hidrolisar o adulto covalente formado entre a penicilina ea serina nucleofílica presente no sítio catalítico assim essas enzimas passam a ser capazes de hidrolisar o adulto covalente formado entre

a penicilina ea e liberando assim a penicilina em sua forma aberta ou seja inativa como representado em c é a solução encontrada para superar o problema da resistência pelas beta-lactamases foi a inclusão de um grupo volumoso na cadeia das penicilinas como esses representados em azul nas estruturas dessas penicilinas que estão aqui esses grupos fornecem um bloqueio estérico impedindo o acesso ao sítio ativo da beta-lactamases no entanto esse volume histérico deve ser controlado cautelosamente pois ele não pode ser muito grande pois deve permitir com que a penicilina se liga transpeptidase que ao seu alvo molecular vale

ressaltar que as oxítonas essas é direita são também ácido resistente pois além de volumoso o anel ligado ao carbono alfa carbonílico é um grupamento retirador de elétrons e é uma outra situação encontrada é a administração conjunta de um substrato suicida ou seja uma substância sem atividade antibacteriana mas que é capaz de inativar as enzimas beta-lactamases um exemplo dessas substâncias seria o ácido clavulânico cuja estrutura está representada em laranja observa em que o ácido clavulânico possuem um anel beta-lactâmico fundido a um anel de cinco membros análogo ao anel presente nas penicilinas qual a diferença de que

o enxofre foi substituído por um oxigênio ou seja um anel oxazolidine o mecanismo molecular de ação tem início de forma análoga ao das penicilinas onde a carbonila do anel beta-lactâmico do ácido clavulânico sofre um ataque nucleofílico da serina presente no sítio catalítico que irá promover a quebra da ligação carbono-nitrogênio formando um adulto covalente que já está representado aqui em um no entanto em o momento esse adulto covalente sofre um outro ataque nucleofílico por um grupamento amino presente no sítio catalítico liberando a porção aminoácido como demonstrado em dois então por meio de uma reação de eliminação

o produto protonado formado em três forma o adulto covalente final representado em quatro que se liga de maneira irreversível sítio catalítico impedindo assim que a penicilina seja privada pela beta-lactamase e a terceira e última alimentação de respeito ao espectro de ação da benzilpenicilina que apresenta pouca eficácia frente a bactérias gram-negativas isso pode ser explicado pela característica da parede celular das bactérias pois as bactérias gram-negativas existe uma membrana externa que impõe mais uma barreira física e lipofílica para transporte de substâncias sendo assim substâncias polares como a penicilina apresentam dificuldades em atravessá-la de modo passivo o transporte

das penicilinas é realizada então por meio de purinas que são proteínas transmembranas localizadas no exterior essa membrana externa que atuam como poros através dos quais a água e nutrientes essenciais conseguem alcançar o interior da célula bacteriana assim pequenas substâncias como as penicilinas podem passar por essa via mas se vão ou não passar depende tanto das estruturas da purina e como das características da penicilina como por exemplo seu tamanho e sua carga em geral fármacos com menos chances de passar por essas purinas são aqueles grandes com carga negativa hidrofóbicos é em contraste pequenas moléculas hidrofílicas de

fármacos que podem existir na forma seu interior única se movem rapidamente pelas purinas então as purinas apresenta um papel crucial no controle da quantidade de penicilina que é capaz de alcançar o espaço periplasmático existente entre a membrana externa e a membrana celular se o acesso a esse espaço é lento a concentração de penicilina pode não ser suficiente para inibir a enzima transpeptidase de forma eficiente e além disso das bactérias gram-positivas às beta-lactamases são secretados para o meio extra-celular e são menos ativas do que as enzimas beta-lactamases produzidas pelas bactérias gram-negativas nessas às beta-lactamases se encontram

estrategicamente situadas no espaço periplasmático podendo alcançar maiores concentrações e agir de modo mais eficaz sobre os beta-lactâmicos que através em para esse espaço antes mesmo que ele chega no interior da célula além disso em algumas bactérias gram-negativas as três peptidases são produzidas em excesso o que faz com que seja necessário uma quantidade muito grande de penicilina para inativar todas essas enzimas por fim um outro mecanismo que também aumenta a resistência das bactérias gram-negativas é a existência de transportadores de fluxo na membrana externa o que são capazes de carrear a penicilina de volta para o meio

extra-celular e portanto visando aumentar o espectro de ação da benzilpenicilina centenas de análogos foram produzidos e por meio de um estudo de relação estrutura-atividade foi provado que a presença de grupos hidrofóbicos na cadeia lateral favorece a ação e bactérias gram-positivas e reduzem a atividade sobre bactérias gram-negativas além disso a presença de grupos hidrofílicos como o amino hidroxila carboxila pouco afetam ou reduzem atividades sobre bactérias gram-positivas no entanto a presença deles aumenta atividades sobre bactérias gram-negativas e como exemplo dessa estratégia temos a classe das aminas penicilinas que estão representados aqui pela ampicilina e pela amoxicilina ambas

possuem um grupamento amino em verde ligado ao carbono alfa carbonílico o que eles fornecem características interessantes como por exemplo podem ser administradas por via oral possuem amplo espectro de ação são resistentes ao meio ácido mais no entanto são sensíveis a beta lactamases e possuem baixa absorção intestinal o que fez com que elas fossem desenvolvidas como propharmacos como já mencionado anteriormente e sendo assim pessoal na aula de hoje vimos algumas limitações das substâncias benzilpenicilina que incentivaram a busca e descoberta por fármacos aprimoradas tanto no quesito farmacocinética quando forma com dinâmica além disso nós vimos também como

são produzidos os análogos semi-sintéticos da benzilpenicilina que são produzidos a partir do precursor biossintético 6-apa além disso nós vimos também como foi realizado o estudo de relação estrutura-atividade dessa classe de antibióticos e por fim quais foram as soluções implementadas para superar as principais limitações da penicilina g no que diz respeito a sua sensibilidade meio ácido frente a resistência as enzimas beta-lactamases e também com relação ao seu estreito espectro de ação é bem pessoal vamos ficando por aqui espero que vocês tenham gostado e até a próxima