Substante care actioneaza prin interferenta cu gruparile active ale proteinelor-enzime

Substante care actioneaza prin interferenta cu gruparile active ale proteinelor-enzime

Unele substante actioneaza direct asupra unor grupari reactive (amino, carboxil, sulfhidril, amido, indol) din structura enzimelor, combinandu-se cu ele si blocand astfel sau modificand activitatea enzimatica. In functie de stabilitatea legaturii formate intre aceste substante si gruparile reactive ale enzimelor, efectul este microbiostatic sau microbicid, iar reactia este reversibila sau ireversibila.

Formaldehida (HCHO) si glutaraldehida (OCH(CH₂)₃CHO) omoara celulele prin denaturarea nespecifica a proteinelor si acizilor nucleici si au spectru larg de actiune antimicrobiana.

Formaldehida (CH₂O) este o monoaldehida, foarte reactiva, care interactioneaza cu proteinele, cu ADN si cu ARN. Concentratiile de 25 mg/ml pot fi bactericide. Ele inlocuie atomii labili de H din gruparile -NH₂, -OH, -COOH, -SH ale proteinelor si formeaza punti metilenice (R-CH₂-R), care leaga, in general ireversibil, moleculele proteice si le inactiveza. Reactiile formaldehidei sunt, partial, ireversibile. Se foloseste in solutie apoasa (34 - 38%) sau 20% in alcool metilic 65-70% (pentru a intarzia polimerizarea) sau prin vaporizare la cald, pentru dezinfectarea si sterilizarea suprafetelor uscate. Este bactericida, fungicida, sporicida si inactiveaza virusurile. In concentratie de 4%_o este folosita ca prezervant pentru vaccinuri si preparate de diagnostic. Solutiile de formaldehida, apoase sau alcoolice sunt netoxice si neiritante. Ele omoara celulele vegetative in 5 minute, M. tuberculosis - in l0 minute, sporii in 3-l2 ore si inactiveaza virusurile in l0 minute.

O-ftalaldehida are actiune bactericida si sporicida. Este un compus aromatic cu doua grupari aldehidice.

Glutaraldehida are spectru larg de activitate fata de bacterii, spori, fungi si inactiveaza virusurile. Se leaga de structurile de suprafata ale celulei, inhiba transportul membranar si enzimele periplasmice, inhiba sinteza macromoleculelor. Glutaraldehida interactioneaza puternic cu lizina, dar si cu alti aminoacizi. Este mai activa la pH alcalin. Pe masura ce pH extracelular se modifica la valori alcaline, suprafata celulei expune mai multe situsuri reactive si efectul bactericid este mai rapid. Are efect letal asupra micobacteriilor. La concentratii mici inhiba germinarea sporului, iar la concentratii mari (2%) este sporicida.

Datorita efectului denaturant asupra proteinelor, glutaraldehida se foloseste ca fixator in tehnica de preparare a materialului biologic pentru examinarea la microscopul electronic.

Etilen-oxidul (CH₂-O-CH₂) este cel mai folosit gaz sterilizant. Molecula de etilen-oxid inlocuie H din proteine, din acizii nucleici si probabil din alte molecule. Legarea etilen-oxidului se numeste alkilare si efectul este blocarea gruparilor reactive ale macromoleculelor. Este solubil in apa si foarte exploziv. Este folosit pentru sterilizarea gazoasa a obiectelor termosensibile: echipamente chirurgicale, lenjerie de spital. Are actiune toxica remanenta (este vezicant).

Ionii unor metale grele (Hg, Ag, Cu, Zn, Fe) sunt toxici pentru microorganisme datorita actiunii lor oligodinamice, adica sunt activi la concentratii foarte mici. Cu, Zn, Fe intra in componenta unor enzime si au rolul fiziologic de microelemente, dar la concentratii supraoptimale, in compozitia substantelor antimicrobiene, ionii metalelor grele actioneaza prin precipitarea enzimelor sau a altor proteine esentiale ale celulei. Ionii metalici pot fi asezati in serii cu activitate antimicrobiana descrescatoare: Hg, Ag, Zn, Cu. Sunt activi la concentratii foarte mici (o parte la un milion), datorita afinitatii lor pentru gruparile SH.

Hg este utilizat sub forma sarurilor anorganice (HgCl₂, sublimat coroziv, cu CF = 827 si oxicianura de Hg) sau sub forma organica (mertiolat, mercurocrom). Actiunea sarurilor de Hg se datoreaza formarii de mercaptide cu gruparile -SH ale proteinelor. Initial, reactia este reversibila si efectul este microbiostatic. Efectul HgCl₂ este neutralizat prin adaugarea in exces a compusilor cu grupari -SH (glutation, tioglicolat). Din aceasta cauza, utilizarea ei este considerata a fi perimata. Dupa contactul prelungit sau prin utilizarea unor concentratii mari de HgCl₂, reactia devine ireversibila si efectul este microbicid. HgCl₂ este folosita curent in laborator, la concentratii de 1/l000 pana la 1/l0 000, care omoara toate microorganismele. La dilutii mari (1/20 000 sau mai mari), efectul este bacteriostatic.

Compusii organici cu Hg se folosesc pentru dezinfectarea ranilor superficiale si pentru conservarea serurilor si vaccinurilor.

Argintul si compusii sai au fost folositi mult timp ca agenti antimicrobieni.

Ionii de Ag au efect microbiostatic, la concentratii foarte mici si microbicid, la concentratii mai mari. Se pare ca unele proteine au afinitate mare pentru ionii de Ag si ii fixeaza chiar la concentratii mici. Bacteriile omorate sub actiunea ionilor de Ag contin in medie l0⁶ ioni/celula, ceea ce corespunde aproximativ numarului de molecule de proteine-enzime dintr-o celula. Cel mai important compus este Ag-sulfadiazina (AgSD), dar se folosesc si alti compusi: acetatul si nitratul de Ag.

AgNO₃, in solutie de 1% (Argyrol) se foloseste pentru a inhiba posibilele infectii gonococice ale ochiului la noul nascut. Se instileaza in ochi imediat dupa nastere, deoarece infectia nosocomiala poate determina orbirea. In locul AgNO₃ s-a folosit penicilina, dar odata cu preponderenta bacteriilor rezistente la penicilina, AgNO₃ a fost reintrodus in uz.

Ionii de Ag interactioneaza cu gruparile thiol (-SH), dar probabil si cu alte tinte, iar la nivel membranar produce eliberarea ionilor de K⁺. Aminoacizii, ca cisteina si alti compusi (tioglicolatul de Na) care contin grupari tiol, neutralizeaza activitatea AgNO₃ fata de Ps. aeruginosa. Aminoacizii care contin legatura S-S (disulfid), aminoacizii fara S si compusii cu S ca acidul cisteic, L-metionina, taurina, tiosulfatul de Na, nu neutralizeaza activitatea Ag⁺. Faptul sugereaza ca interactiunea Ag⁺ cu gruparea tiol a enzimelor si proteinelor. Joaca rol esential in inactivarea bacteriilor, dar pot fi implicate si alte componente celulare.

Sarurile de Ag si ale altor metale grele (Cu) actioneaza prin legarea de gruparile functionale ale enzimelor fungice. Ag⁺ produce eliberarea ionilor de K⁺ din celula microorganismelor. Membrana citoplasmatica - sediul activitatii multor enzime - este o tinta importanta pentru activitatea Ag.

Ag⁺ este activ nu numai asupra enzimelor: produce inhibitia marcata a cresterii la Cryptococcus neoformans si este depozitat in perete si in vacuola citoplasmatica. Ag⁺ inhiba diviziunea celulara si lezeaza membrana externa la Ps. aeruginosa. Volumul celulei creste semnificativ, iar componentele sale exprima anomalii structurale. Ag⁺ interactioneaza cu acizii nucleici, cel mai probabil cu bazele.

Sulfadiazina este o combinatie a doi agenti antibacterieni: Ag⁺ si sulfadiazina (SD). Efectul antibacterian este rezultatul unui singur compus sau este rezultatul interactiunii sinergice. AgSD are un spectru larg de activitate, dar spre deosebire de AgNO₃ induce formarea protuberantelor membranare la bacteriile sensibile (dar nu si la cele rezistente).

AgSD se leaga de macromoleculele celulare, inclusiv de acizii nucleici.

Zincul se foloseste sub forma unui amestec al sarii (ZnCl₂), cu acizi grasi cu lant lung. Se foloseste ca pulbere antifungica sau ca unguent. ZnCl₂ este astringenta si se utilizeaza in tratamentul leziunilor superficiale. Pasta de ZnO se foloseste pentru tratamentul infectiilor fungice si bacteriene.

Actiunea substantelor dezinfectante asupra microorganismelor se desfasoara ca un proces treptat, in cursul caruia, numarul bacteriilor viabile scade progresiv: in fiecare unitate de timp va fi distrus un procent constant din numarul celulelor viabile. Efectul antimicrobian este dependent de sensibilitatea microorganismului, de faza sa de crestere, de forma de existenta (vegetativa sau spor), de natura si concentratia substantei bactericide, de durata actiunii ei, de compozitia chimica a mediului si de pH. Prezenta unor substante organice supraadaugate, alcalinitatea si temperaturile scazute diminua efectele toxice ale substantelor chimice.

Halogenii si compusii lor. Halogenii - clorul si iodul - se folosesc ca dezinfectanti sub forma organica si anorganica. Majoritatea compusilor organici ai halogenilor au efect letal asupra celulelor, prin oxidarea proteinelor, ruperea membranelor si inactivarea enzimelor.

Iodul se combina ireversibil cu proteinele, prin iodurarea tirozinei si este un agent oxidant. Tinctura de iod (2-7%), adica iodul metalic (I₂), dizolvat in solutie alcoolica concentrata de KI, este antiseptic si se aplica pe suprafata pielii, inainte de procedeul chirurgical si pe ranile mici. Solutiile apoase sunt instabile: in solutie cel putin 7 specii molecule de iod se gasesc in echilibru cu I₂. Cel mai activ este iodul diatomic (I₂), avand efect microbicid rapid fata de bacterii, levuri, microfungi, spori.

Folosirea iodului este limitata de toxicitate si de culoare. Este iritant si poate determina chiar reactii alergice. De aceea se utilizeaza iodofori - complexe formate din iod si un agent soloubilizant (purtator), care actioneaza ca rezervor de iod activ, liber. Iodul este solubilizat de agenti tensioactivi: detergenti neionici cu proprietati dezinfectante si polivinil pirolidona, cu proprietati antiseptice. Iodul se leaga usor cu acesti compusi organici, de unde este eliberat lent, fapt ce conditioneaza o dezinfectie eficienta. Iodoforii sunt microbicizi la variatii mari de pH si isi pastreaza activitatea in prezenta materiei organice.

Iodul se fixeaza de un grup important de proteine (in special cele care nu contin aminoacizi cu S), de nucleotide si acizi grasi, producand moartea celulei.

Clorul liber are culoare caracteristica (verde) si miros patrunzator. In oricare din variatele sale forme, clorul este deodorant si dezinfectant.

Clorul este un agent bactericid foarte puternic (CF = 200). Adaugat in apa, clorul formeaza acidul hipocloros, produs instabil care degaja O₂ in stare nascanda, un oxidant foarte puternic, dupa reactiile:

In solutie apoasa (apa de clor), clorul este bactericid la concentratia de 0,02%, dupa maxim 5 minute. Se foloseste pentru tratarea apei potabile (clorinare), la concentratia de 1-3 mg/l.

Clorul si compusii sai sunt inactivati in prezenta materiei organice si a catalizatorilor metalici.

Solutiile de hipoclorit sunt folosite pentru dezinfectare si ca deodorante. Sunt inofensive pentru tesuturile umane, usor de manevrat, incolore, dar decolorante. Se folosesc in spitale pentru dezinfectarea camerelor, a suprafetelor, a instrumentelor nechirurgicale.   

Agentii care elibereaza clorul sunt cloraminele (derivati clorurati ai aminelor (R-NHCl), din care face parte cloramina-T), hipocloritul de Na, dioxidul de clor. Sunt compusi mult mai stabili decat hipocloritii, cristalini, solubili in apa, cu care dau prin hidroliza, hipoclorit de sodiu si anionul hipocloros. Sunt active la concentratii de 0,5-l,5%, exprimate in clor activ.

Hipocloritul de Na se foloseste ca inalbitor al tesaturilor. In apa, ionizeaza si elibereaza Na⁺ si ionul hipoclorit (OCl^-), care stabileste un echilibru cu acidul hipocloros (HOCl). La pH 4-7, clorul exista predominant ca HClO, iar la pH peste 9, predomina OCl^-. Se foloseste pentru dezinfectia obiectelor contaminate cu sange infectat cu HIV sa cu virusul hepatitei B (VHB).

Agentii care elibereaza Cl sunt oxidanti foarte activi si denatureaza proteinele celulare. La pH scazut, activitatea compusilor care elibereaza Cl este maxima. {n concentratii mari, agentii care elibereaza Cl sunt sporicizi.

Acidul hipocloros perturba fosforilarea oxidativa.

Cativa compusi organici clorurati se folosesc pentru dezinfectarea apei. Cel mai utilizat este compusul halazon sau acidul parasulfon-dicloraminobenzoic. La concentratia de 4-8 mg/l dezinfecteaza, in 30 de minute, apa ce contine bacili tifici.

Succin-clorimidul - o clorura organica stabila in forma de tableta, devine activa in contact cu apa. Este ineficienta fata de chistii de Entamoeba hystolitica.

Halazon Succin-clorimidul

(Acid parasulfon-

diclor-aminobenzoic

Iodul este mai putin reactiv decat clorul, dar are efecte bactericide, fungicide, sporicide, tuberculocide si inactiveaza virusurile. Tincturile (solutiile) apoase si alcoolice se folosesc de peste 150 de ani ca antiseptice, sunt iritante si colorante. {n solutie se gasesc mai multe variante de iod, in echilibru cantitativ, dar activitatea antimicrobiana principala este produsa de iodul molecular.

Iodoforii sunt complexe alcatuite din iod si un agent de solubilizare, cu rol de purtator al iodului, pe care-l elibereaza sub forma sa activa. Iodoforii sunt mai putin activi fata de fungi si spori, comparativ cu tincturile. Iodul patrunde rapid in celula si reactioneaza cu gruparile esentiale ale macromoleculelor: cu aminoacizii cu S (cisteina si metionina), cu nucleotidele, cu acizii grasi. Efectul este letal. Virusurile nude sunt cele mai sensibile, iar cele invelite sunt mai rezistente. Ca si in cazul bacteriilor, iodul denatureaza proteinele capsidei sau ale invelisului.

Alti agenti oxidanti. Permanganatul de potasiu (KMnO₄), in concentratie de 1:l0 000 este un antiseptic puternic, dar actiunea sa este neutralizata de prezenta substantelor organice.

Peroxizii. Peroxidul de H, perhidrolul sau apa oxigenata (H₂O₂) este un antiseptic eficient si netoxic. Se foloseste pentru dezinfectie, sterilizare si antisepsie. Este un lichid incolor, disponibil intr-o varietate de concentratii, de la 3 la 90%. Molecula este instabila si se descompune repede in H₂O si O₂, dupa reactia:

Desi solutiile pure sunt in general stabile, cele mai multe contin stabilizatori care impiedica descompunerea.

H₂O₂ are un spectru larg de eficacitate fata de bacterii, spori bacterieni, levuri si inactiveaza virusurile. Este mai activ fata de bacteriile Gram pozitive, dar prezenta catalazei sau altor peroxidaze poate sa le faca tolerante la concentratiile mici de H₂O₂. Pentru efectul sporicid sunt necesare concentratii de 10-30% si timp mai indelungat de contact.

H₂O₂ actioneaza ca oxidant, producand radicalul OH^. liber, reactiv fata de gruparile cu S si fata de dublele legaturi ale macromoleculelor. In timpul generarii O₂ se formeaza O₂^- (radicalul superoxid), in prezenta ionilor de metal din citoplasma. Radicalul O₂^- reactioneaza cu gruparile incarcate negativ ale proteinelor si inactiveaza enzimele.

Concentratia de 6-25% H₂O₂ se foloseste pentru sterilizarea unor materiale (implante chirurgicale, lentile de contact). Nu are toxicitate remanenta. Concentratia de 0,1% H₂O₂ in lapte, la temperatura de 54^o, diminua numarul total de bacterii cu 99,99%. La concentratia de l0%, distruge sporii si inactiveaza virusurile. Solutia comerciala de 3% se foloseste pentru dezinfectia ranilor, deoarece bacteriile anaerobe sunt foarte sensibile la prezenta O₂.

Peroxidul de sodiu (Na₂O₂), ca pasta, se foloseste pentru tratamentul acneii.

Peroxidul de zinc (ZnO₂) se foloseste in suspensie cu ZnO si Zn(OH)₂ pentru tratamentul infectiilor tegumentare cu bacterii microaerofile si anaerobe.

Benzoil-peroxidul se foloseste pentru tratamentul acneii si se adauga in solutiile de curatire a pielii.

Acidul peracetic (CH₃ - CO - O - OH) este un agent oxidant puternic si se foloseste sub forma gazoasa pentru sterilizarea la temperatura scazuta, a camerelor destinate cresterii animalelor germ-free, a aparaturii medicale pentru hemodializa si ca sterilizant al suprafetelor. Este bactericid, fungicid si inactivator al virusurilor la concentratii mai mici de 0,3%. Se descompune la acid acetic si O₂, dar nu este sensibil la actiunea peroxidazei si ramane activ in prezenta materiei organice. Acidul peracetic denatureaza proteinele si enzimele, rupand legaturile SH si S-S.