Struttura e Classificazione delle Penicilline
Mappa concettuale
Le penicilline sono antibiotici β-lattamici che combattono infezioni agendo sulla parete cellulare dei batteri. Esistono diverse classi, come le penicilline naturali, le aminopenicilline e le carbossipenicilline, ognuna con specifiche indicazioni terapeutiche e meccanismi per contrastare la resistenza batterica, come l'uso combinato con inibitori delle β-lattamasi.
Riassunto
Schema
Struttura e Classificazione delle Penicilline
Le penicilline rappresentano una classe di antibiotici β-lattamici caratterizzati dalla presenza di un nucleo strutturale chiamato anello β-lattamico, essenziale per la loro attività antibatterica. Questo anello è parte di una struttura più complessa denominata penam, che include anche un anello tiazolidinico a cinque membri. La diversificazione delle penicilline è ottenuta modificando la catena laterale ammidica attaccata alla posizione 6 del nucleo penam, conferendo a ciascun derivato specifiche proprietà farmacologiche e uno spettro d'azione particolare. Gli enzimi β-lattamasi possono idrolizzare l'anello β-lattamico, neutralizzando l'effetto antibiotico delle penicilline. Inoltre, le amidasi possono rimuovere la catena laterale, generando l'acido 6-aminopenicillanico (6-APA), un intermedio chiave per la sintesi di nuove penicilline semisintetiche.Meccanismo d'Azione delle Penicilline
Le penicilline esercitano la loro azione battericida interferendo con la sintesi del peptidoglicano, un componente essenziale della parete cellulare dei batteri. Agiscono legandosi alle proteine leganti le penicilline (PBP), che sono enzimi chiave nella formazione dei legami crociati tra le catene di peptidoglicano. La struttura delle penicilline è simile a quella del substrato naturale delle PBP, il dimer D-alanil-D-alanina, e ciò permette loro di legarsi in modo covalente alle PBP, inibendo la loro attività transpeptidasica e impedendo così la corretta formazione della parete cellulare. Questo meccanismo porta alla lisi e alla morte del batterio, con un'efficacia che dipende dalla concentrazione dell'antibiotico e dalla fase di crescita del microrganismo.Resistenza e Effetti Collaterali delle Penicilline
La resistenza alle penicilline può manifestarsi attraverso diversi meccanismi, tra cui la produzione di β-lattamasi, che idrolizzano l'anello β-lattamico, alterazioni strutturali delle PBP che riducono la loro affinità per l'antibiotico, e modifiche nelle porine che limitano il passaggio delle penicilline attraverso la membrana batterica. Gli effetti collaterali delle penicilline possono variare da lievi a gravi e includono reazioni allergiche (come l'anafilassi), disturbi gastrointestinali, alterazioni della flora batterica intestinale, epatotossicità, neurotossicità e alterazioni della coagulazione. La somministrazione deve essere attentamente monitorata per prevenire e gestire questi effetti avversi.Penicillina G e Penicillina V: Penicilline Naturali
La penicillina G, nota anche come benzilpenicillina, è un antibiotico naturale ottenuto dalla fermentazione di ceppi di Penicillium. È instabile in ambiente acido e pertanto viene somministrata per via parenterale. Ha un'emivita breve e un volume di distribuzione che suggerisce una prevalente distribuzione extracellulare. Per estendere la durata d'azione, sono state sviluppate formulazioni depot come la penicillina G procaina e la penicillina G benzatina. La penicillina V, o fenossimetilpenicillina, è strutturalmente simile alla penicillina G ma presenta una maggiore stabilità in ambiente acido, il che la rende adatta alla somministrazione orale per il trattamento di infezioni lievi o moderate.Penicilline Attive su Staphylococcus aureus
Per combattere la resistenza di Staphylococcus aureus, che produce β-lattamasi, sono state sviluppate penicilline semisintetiche con gruppi sostituenti ingombranti in posizione 6 che proteggono l'anello β-lattamico. La meticillina, uno dei primi agenti di questa classe, è stata superata da altri composti a causa della sua scarsa biodisponibilità e necessità di somministrazione intramuscolare. Le isossazolil-penicilline, come l'oxacillina e la cloxacillina, offrono una maggiore praticità di somministrazione orale e sono efficaci contro infezioni causate da ceppi di stafilococco produttori di penicillinasi.Penicilline ad Ampio Spettro: Aminopenicilline
Le aminopenicilline, quali amoxicillina e ampicillina, presentano uno spettro d'azione più ampio rispetto alle penicilline naturali, essendo efficaci contro un'ampia varietà di batteri Gram-positivi e Gram-negativi, inclusi patogeni come Haemophilus influenzae. Questi antibiotici hanno una farmacocinetica caratterizzata da una clearance dose-dipendente negativa, e sono indicati per il trattamento di infezioni delle vie urinarie, meningiti, endocarditi e infezioni respiratorie. Tuttavia, la loro efficacia può essere compromessa dalla presenza di β-lattamasi, per cui spesso vengono co-somministrate con inibitori delle β-lattamasi per contrastare questo meccanismo di resistenza.Carbossipenicilline e Ureidopenicilline: Penicilline per Infezioni Gravi
Le carbossipenicilline, come la carbenicillina e la ticarcillina, e le ureidopenicilline, come la piperacillina, sono classi di penicilline utilizzate per il trattamento di infezioni gravi causate da batteri difficili da eradicare, come Pseudomonas aeruginosa. Questi antibiotici hanno una farmacocinetica lineare o dose-dipendente positiva e sono somministrati per via endovenosa. Sono indicati per il trattamento di setticemie, meningiti, infezioni urinarie complicate e infezioni polimicrobiche. Per migliorare l'efficacia e prevenire lo sviluppo di resistenze, vengono spesso utilizzati in combinazione con aminoglicosidi o inibitori delle β-lattamasi.
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Struttura delle Penicilline
Anello β-lattamico
L'anello β-lattamico è una parte essenziale della struttura delle penicilline e conferisce loro attività antibatterica
Penam
Anello tiazolidinico
L'anello tiazolidinico è un componente della struttura delle penicilline, insieme all'anello β-lattamico, che conferisce loro specifiche proprietà farmacologiche
Catena laterale ammidica
La catena laterale ammidica, attaccata alla posizione 6 del nucleo penam, è responsabile della diversificazione delle penicilline e delle loro specifiche proprietà farmacologiche e spettro d'azione
Meccanismo d'Azione delle Penicilline
Inibizione della sintesi del peptidoglicano
Le penicilline esercitano la loro azione battericida legandosi alle proteine leganti le penicilline (PBP), inibendo la loro attività transpeptidasica e impedendo la corretta formazione della parete cellulare dei batteri
Similitudine strutturale con il dimer D-alanil-D-alanina
La struttura delle penicilline è simile a quella del substrato naturale delle PBP, il dimer D-alanil-D-alanina, e ciò permette loro di legarsi in modo covalente alle PBP, inibendo la loro attività e portando alla lisi e alla morte del batterio
Dipendenza dalla concentrazione dell'antibiotico e dalla fase di crescita del microrganismo
L'efficacia delle penicilline dipende dalla concentrazione dell'antibiotico e dalla fase di crescita del microrganismo, poiché il meccanismo d'azione è basato sulla inibizione della sintesi del peptidoglicano
Resistenza e Effetti Collaterali delle Penicilline
Meccanismi di resistenza
La resistenza alle penicilline può manifestarsi attraverso diversi meccanismi, tra cui la produzione di β-lattamasi, alterazioni strutturali delle PBP e modifiche nelle porine che limitano il passaggio delle penicilline attraverso la membrana batterica
Effetti collaterali
Gli effetti collaterali delle penicilline possono variare da lievi a gravi e includono reazioni allergiche, disturbi gastrointestinali, alterazioni della flora batterica intestinale, epatotossicità, neurotossicità e alterazioni della coagulazione
Monitoraggio della somministrazione
La somministrazione delle penicilline deve essere attentamente monitorata per prevenire e gestire gli effetti collaterali
Penicilline Naturali e Penicilline Attive su Staphylococcus aureus
Penicillina G e Penicillina V
La penicillina G e la penicillina V sono penicilline naturali, ottenute dalla fermentazione di ceppi di Penicillium, e sono efficaci contro una vasta gamma di batteri Gram-positivi
Penicilline attive su Staphylococcus aureus
Per combattere la resistenza di Staphylococcus aureus, sono state sviluppate penicilline semisintetiche con gruppi sostituenti ingombranti in posizione 6 che proteggono l'anello β-lattamico
Inibitori delle β-lattamasi
Per contrastare la resistenza di Staphylococcus aureus, le penicilline attive su questo batterio vengono spesso co-somministrate con inibitori delle β-lattamasi
Penicilline ad Ampio Spettro
Aminopenicilline
Le aminopenicilline, come amoxicillina e ampicillina, sono efficaci contro un'ampia varietà di batteri Gram-positivi e Gram-negativi e sono indicati per il trattamento di infezioni delle vie urinarie, meningiti, endocarditi e infezioni respiratorie
Farmacocinetica
Le aminopenicilline hanno una farmacocinetica caratterizzata da una clearance dose-dipendente negativa, il che significa che la loro efficacia dipende dalla concentrazione dell'antibiotico nel sangue
Resistenza e co-somministrazione con inibitori delle β-lattamasi
La loro efficacia può essere compromessa dalla presenza di β-lattamasi, per cui spesso vengono co-somministrate con inibitori delle β-lattamasi per contrastare questo meccanismo di resistenza
Penicilline per Infezioni Gravi
Carbossipenicilline e Ureidopenicilline
Le carbossipenicilline, come la carbenicillina e la ticarcillina, e le ureidopenicilline, come la piperacillina, sono utilizzate per il trattamento di infezioni gravi causate da batteri difficili da eradicare, come Pseudomonas aeruginosa
Farmacocinetica
Queste penicilline hanno una farmacocinetica lineare o dose-dipendente positiva e sono somministrate per via endovenosa
Combinazione con altri antibiotici
Per migliorare l'efficacia e prevenire lo sviluppo di resistenze, le carbossipenicilline e le ureidopenicilline vengono spesso utilizzate in combinazione con aminoglicosidi o inibitori delle β-lattamasi
Struttura e Classificazione delle Penicilline
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Anello β-lattamico: funzione
Essenziale per attività antibatterica delle penicilline, attaccato al nucleo penam.
01
Enzimi β-lattamasi: ruolo
Idrolizzano anello β-lattamico, neutralizzando effetto antibiotico delle penicilline.
02
Acido 6-aminopenicillanico (6-APA): importanza
Intermedio chiave per sintesi penicilline semisintetiche, ottenuto rimuovendo catena laterale.
