Selektivna toksičnost

Penicilinski antibiotiki Inhibitorji -laktamaz Izr. prof. dr. Marko Anderluh 3. januar 2013

Selektivna toksičnost elične komponente Jedro Ekstrakromosomska DA rganeli v citoplazmi PRKARITI i membrane, cirkularni kromosom, ni proteinov Plasmidi ČLVEŠKE ELIE mbrana, kromosomi, stabilizirani z bazičnimi proteini (spermini) V organelih (mitohondriji) j) / Mitohondriji, kloroplasti ER,... itoplazemska Sinteza & Selektivna membrana Dihanje absorpcija/sekrecija elična stena bstaja / Biosinteza Steroli Sinteza esencialnih vitaminov /, izjema: Mycoplasma / Prisotni Ribosomi 70S (50S/30S) 80S (60S/40S)

G+ bakterije Do 100 plasti peptidoglikana

G- bakterije Enojna ali dvojna plast peptidoglikana

Peptidoglikan = murein d seboj povezani aminosladkorji: -acetilmuraminska kislina (AMA) -acetilglukozamin (AG) a AMA pripet tetrapeptid: L-Ala-D-Glu-DAPA(L- Lys)-D-Ala Tetrapeptidi prečno premreženi s pentaglicinom. Peptidoglikan je ena sama velikanska molekula.

Zgradba Z db b bakterijske k ij k celice li celična stena Semi-permeabilna bariera Trdnost bakterije osmotski tlak (hipotonično okolje) blika bakterije Preprečuje razgradnjo celice z encimi gostitelja

Sinteza peptidoglikana tarča Evkariontske celice nimajo (enake) celične stene oz. peptidoglikana: pri izgradnji sodelujejo encimi, ki jih ne srečamo pri evkariontih Učinkovine, ki zavirajo sintezo peptidoglikana: odlična selektivna toksičnost http://www.youtube.com/watch?v=qbdynrhdwcq http://www.wellesley.edu/hemistry/chem227/sugars/polysa chtm c.htm

Transpeptidaza - tarča AM AG L-Ala D-Glu AM AG L-Ala D-Glu SAARID GRDJE L-Lys Gly Gly Gly Gly Gly L-Lys Gly Gly Gly Gly Gly D-Ala D-Ala D-Ala D-Ala PEIILI D-Alanin TRASPEPTIDAZA AM AG L-Ala D-Glu AM AG L-Ala D-Glu SAARID GRDJE L-Lys Gly Gly Gly Gly Gly L-Lys Gly Gly Gly Gly Gly D-Ala Premreženje D-Ala

Transpeptidaza - tarča Sodi med PBP proteini, i ki vežejo peniciline ili PBP (E. oli) ) Funkcija Baktericidnost? 1A Podaljševanje PG Da 1B Podaljševanje PG Da 2 Vzdrževanje oblike Da 3 Tvorba septumov e 4 Prečna povezava e 5 Prečna povezava e 6 Prečna povezava e http://www.youtube.com/watch?v com/watch?v=4uliyqx4j6 M

Penicilini Penicillium chrysogenum (notatum)

Penicilini - struktura R = Benzil penicilin (Pen G) R = 2 S R Acilna stranska veriga 2 2 Fenoksimetil penicilin (Pen V) -Laktamski obroč 6-Aminopenicilanska kislina (6-APA) Tiazolidinski obroč Stranska a veriga odvisna od kisline v fermentacijski brozgi 2 2 Penicilin G 2 2 Penicilin V (prvi Per os uporabni penicilin)

Penicilini inhibicija transpeptidaze Inhibicija transpeptidaze -laktamski antibiotiki kovalentna vezava v aktivno mesto in ireverzibilna ibil inhibicija ij transpeptidazetid ormalni mehanizem peptidna veriga peptidna veriga peptidna veriga peptidna veriga D-Ala peptidna veriga Gly D-Ala D-Ala 2 D-Ala Gly

Penicilini inhibicija transpeptidaze hanizem inhibicije s penicilini R S 2 R Blokirano S 2 peptidna veriga Gly R Blokirano S 2 2 Blocked Irreversibly blocked

Penicilini Mimetiki acil D-Ala-D-Ala R Penicilin S 2 R 2 Acil-D-Ala Ala-D-Ala 3

Penicilini Mimetiki acil D-Ala-D-Ala

d kod reaktivnost penicilinov? apetost obroča 2 83 88 105 S 92 89 93 115 101 106

Penicilin G labilnost v kislem idroliza v kislem; mehanizem s pomočjo sosednjega amida

Penicilin G labilnost v kislem Strategija novih analogov SAR možne menjave samo R Dodajanje elektron-privlačnih skupin zmanjša nukleofilnost karbonilnega kisika E.W.G. S Zmanjšanje nukleofilnosti

Polsintezni i penicilini ili i Fermentacija 2 R 2 6-APA R S 2 Penicilin G Penicilin acila laza ali kemijska hidroliza S l S 2 2 Polsintezni penicilini

Penicilini uporabni per os Primeri X Ph 2 S R S Elektronprivlačen kisik Penicilin V kisik X = 2, l, Ph, eterocikli, 2 Boljša stabilnost v kislem bčutljiv na -laktamaze Manj močan učinek kot penicilin G Polsintezni os penicilini

Acidorezistentnost R R S τ 0,5 = 3,5 minute Benzilpenicilin τ 0,5 = 160 minut Fenoksimetilpenicilin min Ampicilin 2 τ = 600 minut τ 0,5 = 600 minut

Širokospektralni penicilini R= hidrofobna skupina povzroči močan učinek zoper G+, obratno velja za G- bakterije Dodatno povečanje hidrofobnosti nima velikega vpliva na G+, zmanjša učinek na G- Povečanje hidrofilnosti manj vpliva na G+, bistveno močnejši učinek zoper G- idrofilne skupine na -položaju (- 2, -, -) povečajo učinkovitost zoper G-

Širokospektralni penicilini Aminopenicilini 2 2 Ampicilin Amoksicilin ili Povečana polarnost zaradi 2 Učinkoviti zoper G+ in G- bakterije, ki ne proizvajajo -laktamaz eučinkoviti zoper seve Pseudomonas Acidorezistentni peroralno uporabni Slaba absorpcija (ampicilin)

Fiz-kem. lastnosti penicilinov Ampicilin: pka 1 = 2,55, pka 2 = 7,14 Amoksicilin: pka 1 = 260 2,60, pka 2 = 731 7,31, pka 3 = 9,53

Širokospektralni penicilini Predzdravila ampicilina 2 S R = 2 3 PIVAMPIILI R = 2 2 R BAKAMPIILI

Širokospektralni penicilini Karboksipenicilini 2 R S R = KARBEIILI R = Ph KARFEILI 2 Povečana polarnost zaradi Učinkoviti zoper G+ in G- bakterije, bolj širokospektralni od ampicilina Učinkoviti zoper seve Pseudomonas dporni na številne -laktamaze Acidolabilni

Širokospektralni penicilini Ureidopenicilini Azlocilin zlocilin 2 S R 2 S Acidolabilni Piperacilin Et 2 Spekter delovanja razširjen zoper G-

Primarni SAR penicilinov Amid nujen is stereokemija nujna R S Laktam ključen 2 Karboksilna kislina nujna Zaključki Biciklični sistem nujen Aktivnost pripisana napetosti -laktamskega obroča Biciklični sistem poveča napetost Modifikacije: variacija ac stranske s verige (R)

SAR pri penicilinih ili ih - 1 --, vmesni obroč R - -R 1 2,, -, itd. - 3 v α legi S Bioizosterna zamenjava obroča Fenil tiofen Substitucije na obroču: 4-hidroksi skupina Antibiotična aktivnost SLI ESTERIFIKAIJE

SAR pri penicilinih ili ih - 2 Acidorezistetnost, spekter delovanja R Sterično oviranje hidrolize beta laktama S Polarnost, Patentibilnost Kemična reaktivnost Lipofilnost idrofilnost Topnost

Rezistenca na peniciline G+ bakterije Debela celična stena i zunanje membrane eodporne na -laktame Debela porozna celična stena mbrana itosol

Rezistenca na peniciline G- bakterije Tanka celična stena idrofobna zunanja membrana Bolj rezistentne na -laktame Zunanja membrana idrofobna bariera Porin Periplazmatski prostor L -Laktamaze! L Tanka celična stena L L elična membrana itosol

Rezistenca na peniciline G- porini prehajanje majhnih polarnih molekul konc. -laktamaz l v periplazemskem prostoru izjemno visoka efluks črpalke črpajo peniciline iz periplazemskega prostora G+ in G- visoke konc. transpeptidaze transpeptidaze imajo lahko nizko afiniteto do penicilinov (PBP 2a za S. aureus) mutacije transfer genov za -laktamaze med bakterijami/vrstami

-laktamaze Encimi, i hidrolizirajo i -laktamski l ki obroč č Infekcije s Staphylococcus aureus 80% Staph. Infekcij rezistentnih na peniciline do 1960 hanizem delovanja -laktamaz je podoben transpeptidazi, na koncu hidrolizira acilna skupina R S R S 2 -Laktamaza 2 2

Rešitev cepitve z -laktamazami? orto skupine pomembne! Primer - meticilin S 2 toksi skupini - sterična ovira za laktamaze,, ne za transpeptidazo zoper seve rezistentne na penicilin G (Staphylococcus) Acidolabilen - IV aplikacija žji spekter delovanja: neučinkovit zoper G- Per os učinkoviti: oksacilin, kloksacilin, dikloksacilin Tudi meticilin kdaj odpove MRSA!!!

ticilin

Rešitev cepitve z -laktamazami? R R' Sterično e- privlačno Primer oksacilin & o. S 2 oksacilin R = R' = kloksacilin R = l, R' = dikloksacilin R = R' = l flukloksacilin R = l, R' = F Učinkovit zoper seve rezistentne na penicilin G (Staphylococcus) iso acidolabilni - učinkoviti per os žji spekter delovanja: neučinkoviti zoper G- R, R skupini odgovorni za vezavo na plazemske proteine in t 1/2

Inhibitorji laktamaz Klavulanska kislina (Beechams 1976) iz Streptomyces clavuligerus i stranske verige 6 7 -Laktam 5 1 Žveplo zamenjano s kisikom 9 4 3 2 2 ksazolidinski obroč Šibko protibakterijsko delovanje Močan ireverzibilni inhibitor -laktamaz samomorilski substrat Souporaba z amoksicilinom

Klavulanska kislina - mehanizem 1 2 2 2 2 2 2 2 Base 3 4 5 2 2 2 2 2 Irreversibly blocked

Inhibitorji laktamaz Sulbaktam Širok spekter, šibkejše delovanje od klavulanske kisline + ampicilin S Tazobaktam Širok spekter, ekvipotentno delovanje klavulanski kislini + piperacilin pp S

Literatura predavanj G. L. Patrick: An introduction ti to medicinal i chemistry, xford University press, 4. izdaja: 19. poglavje Foye s Principles of dicinal hemistry, 6 izdaja: 39. poglavje