Agenti chimioterapeutici activi prin inhibitie competitiva

Agenti chimioterapeutici activi prin inhibitie competitiva

Sulfonamidele sunt agenti chimioterapeutici foarte importanti din punct de vedere practic. Nu sunt antibiotice, deoarece termenul de antibiotic este rezervat substantelor sintetizate de organisme, de cele mai multe ori, bacterii sau fungi, care in concentratii foarte mici inhiba sau omoara microorganismele. Descoperirea lor are caracter empiric si pragmatic (tabel nr. 3). Domagk (cercetator si medic german) a descoperit ca prontosilul (un colorant rosu), desi in vitro nu are efecte inhibitorii, in vivo este foarte eficient fata de S. aureus. Explicatia este urmatoarea: in organism, molecula de colorant a fost scindata enzimatic si s-a eliberat o molecula mica - sulfanilamida - foarte activa fata de S. aureus, dar inactiva in forma legata de colorant.

Sulfonamidele reprezinta primul grup de substante microbiostatice introduse cu succes in clinica, avand ca prototip sulfanilamida (para-amino-benzen-sulfonamida).

Mecanismul actiunii sulfonamidelor a fost clarificat cand Woods    a demonstrat ca acidul para-aminobenzoic (APAB) are o actiune antagonista fata de aceste substante, in sensul ca anihileaza efectul lor antimicrobian: dublarea concentratiei de inhibitor adaugat in mediu necesita dublarea concentratiei de APAB, pentru a relua cresterea.

Toxicitatea selectiva a sulfonamidelor deriva din faptul ca organismul uman preia acidul folic din surse externe, dar multe bacterii isi sintetizeaza propriul acid folic.

Acidul para-aminobenzoic (APAB).

Tabel nr.3: Agenti chimioterapeutici care actioneaza prin inhibitie competitiva (adaptare dupa Topley si Wilson's, 1998).

Actiunea antagonista a APAB nu este directa, ci se exercita prin intermediul metabolismului bacterian. APAB este un nutrient esential, fiind precursorul acidului folic, un factor de crestere pentru bacterii. Acidul folic si formele sale reduse - acidul dihidrofolic si tetrahidrofolic - transfera fragmente cu 1C derivate din serina, pentru sinteza metioninei, purinelor, timinei, tiaminei, pantotenatului.

Datorita marii asemanari a structurii chimice a celor doua substante(APAB si sulfanilamida), intre ele are loc un fenomen de competitie pentru intrarea in calea sintezei acidului folic (Fig. 5).

Acidul folic

Enzima bacteriana implicata in conversia APAB la acid foli c (pteridin-sintetaza), adeseori "greseste" si se combina cu sulfanilamida, in loc de APAB. Astfel, sinteza acidului folic si toata calea metabolica dependenta de acidul folic este blocata. Sulfanilamida intra in competitie cu APAB pentru situsul activ al enzimei (fig. 76).

Acest tip de inhibitie este reversibil: daca sulfanilamida este indepartata, enzima functioneaza normal. Cu cat raportul moleculelor de sulfanilamida/APAB este mai mare, cu atat inhibitia metabolismului bacterian este mai ampla.

Fig. 76. Ilustrarea schematica a competitiei dintre molecula de sulfonamida si acidul para-aminobenzoic (APAB) pentru substrat, datorita omologiei structurale.

Sulfonamidele au afinitate mai mare decat APAB pentru pteridin-sintetaza. Trimetoprimul (un analog al acidului dihidrofolic) are afinitate foarte mare (de 10000-100000 de ori) pentru dihidrofolat-reductaza (DHFR) bacteriana decat pentru cea mamaliana, enzima care catalizeaza conversia dihidrofolatului la acidul tetrahidrofolic (Fig. 77). Astfel sunt blocate caile metabolice dependente de acidul folic. Acidul folic actioneaza ca purtator al gruparilor C1 si este necesar pentru sinteza ADN, ARN, etc. Spre deosebire de mamifere, bacteriile si protozoarele parazite nu au sistem de transport care sa preia acidul folic preformat din mediul extern. Majoritatea acestor organisme trebuie sa sintetizeze acidul folic, desi unele pot sa foloseasca timidina exogena, acoperind necesarul metabolic de acid folic.

Fig. 77. Ilustrarea mecanismului actiunii agentilor terapeutici prin inhibitie competitiva: sulfonamidele blocheaza competitiv conversia pteridinei si APAB in acidul dihidrofolic, pe calea sintezei acidului folic.

Deoarece, in privinta trasaturilor sale esentiale, metabolismul este acelasi la toate bacteriile, rezulta ca toate speciile utilizeaza acidul folic, chiar daca nu toate il pot sintetiza.

Sulfamidele sunt toxice pentru bacteriile capabile sa sintetizeze acidul folic, pornind de la molecule mai simple. Bacteriile care nu sintetizeaza acidul folic, ci necesita aportul exogen al moleculelelor preformate, nu sunt sensibile la sulfonamide.

Efectul sulfonamidelor este antagonizat necompetitiv de un amestec de intermediari ai caii acidului folic, adica efectul lor antagonic nu poate fi depasit prin cresterea concentratiei de sulfonamida.

Sulfanilamida inhiba sinteza acidului folic prin inhibitie competitiva cu sintetaza acidului dihidropteroic.

Enzima catalizeaza condensarea dihidropteridinei cu acidul para-aminobenzoic, in stadiul timpuriu al sintezei acidului folic. Deoarece acidul folic isi pastreaza activitatea in celulele bacteriene, efectul inhibitor al sulfonamidelor devine evident dupa cateva generatii de celule, cand cantitatea de acid folic s-a diminuat sub un nivel critic, prin distributie in celulele fiice. Toxicitatea selectiva deriva din faptul ca bacteriile sensibile sintetizeaza acidul folic de novo, iar omul absoarbe cofactorul preformat.

Cele mai cunoscute sulfonamide sunt sulfadiazina si sulfametoxazol (cotrimoxazol), bine absorbite dupa administrare orala si excretate in urina.

Sulfametoxazol (Cotrimoxazol)

Actiunea derivatilor sulfanilamidei este bacteriostatica fata de bacteriile Gram pozitive si Gram negative. Se folosesc in tratamentul infectiilor vezicii urinare, cauzate in marea lor majoritate de E. coli. Circa 5% dintre pacienti sufera efecte secundare, mai ales reactii alergice, cu febra si eritem tegumentar.

Ca si sulfamidele, acidul para-aminosalicilic (APAS) si dapsone, obtinuti prin sinteza chimica sunt inhibitori competitivi ai metabolismului APAB si inhiba sinteza acidului folic.

Dapsone    APAS (Acid para-aminosalicilic)

Rezistenta bacteriana la sulfonamide este mediata de plasmide, dar si de gene cromosomale, prin hiperproductia de acid p-aminobenzoic.

Familia derivatilor diaminopirimidinici cuprinde trimetoprimul si tetroxoprimul.

Trimetoprim este un analog al acidului dihidrofolic, component esential al sintezei aminoacizilor si nucleotidelor. Agentul chimic blocheaza metabolismul dependent de acidul folic, dar la alt nivel decat sulfonamidele, a caror eficienta o ridica foarte mult. Agentul inhiba competitiv dihidrofolat-reductaza, enzima care converteste dihidrofolatul la cofactorul activ - acidul tetrahidrofolic. Trimetoprim blocheaza regenerarea acidului tetrahidrofolic, precursorul acidului folinic si ulterior al purinelor si al sintezei ADN, fiind un inhibitor al cresterii bacteriilor mai eficient decat sulfonamida.

Acidul tetrahidrofolic

Blocajul secvential al aceleiasi cai de biosinteza, sub actiunea sulfonamidelor si trimetoprim, determina un grad inalt de activitate sinergica fata de un spectru larg de microorganisme.

Omul nu sintetizeaza acidul folic, dar necesita aportul exogen si sinteza purinelor in celula umana nu este influentata semnificativ de trimetoprim. Are actiune selectiva deoarece este de 50 000 - 100 000 de ori mai activ fata de dihidrofolat-reductaza bacteriana, comparativ cu cea umana.

Trimetoprim are spectru larg de actiune: coci Gram pozitivi si majoritatea bacililor Gram negativi, cu exceptia Ps. aeruginosa si Bacteroides.

Rezistenta la trimetoprim poate fi mediata de gene cromosomale ori plasmidiale, mobile prin intermediul Tn7, este consecinta dobandirii unei gene a dihidrofolat-reductazei (DHFR), mult mai putin sensibila la trimetoprim.

Rezistenta poate fi datorata altor mecanisme: supraproductia DHFR, mutatii ale genei structurale a DHFR sau dobandirea unei gene care codifica o enzima rezistenta la DHFR. Genele ce codifica enzimele modificate se gasesc frecvent pe plasmide autotransferabile. Enzimele modificate sunt produse in celule care produc concomitent si o dihidrofolat reductaza de tip salbatic, dar cantitatea enzimei alterate depaseste blocajul sintezei acidului folic mediat de efectul trimetoprimului asupra enzimei de tip salbatic. Rezistenta la sulfonamide se produce printr-un mecanism asemanator.

Datorita rezistentei la sulfonamide, trimetoprim a fost introdus ca un potentiator al sulfonamidelor, in asociatie cu care s-a administrat mult timp, considerandu-se ca are proprietati antibacteriene slabe. Acum se administreaza pe scara larga, ca agent terapeutic unic.