Antibakteriální chemoterapeutika 2 1.β-laktamová antibiotika 1.1Peniciliny 1.2 Cefalosporiny 2. Makrolidová antibiotika 3. Aminoglykosidová antibiotika 4. Polypeptidová antibiotika Autor: doc. PharmDr. Oldřich Farsa, Ph.D., ÚChL FaF VFU Brno 2014 Kurz: Farmaceutická chemie Předmět: Farmaceutická chemie II (F1FB2) 3. rok studia β-laktamová antibiotika Laktamy = vnitřní amidy aminokyselin OH O NH2 N H O N H O NH ON H O t + H2O αβ α α β β β α γ γ γ δ δ ε ε α β γ δ 6-aminohexanová kys. ε-aminokapronová kys. azepan-2-on ε-kaprolaktam piperidin-2-on δ-valerolaktam pyrrolidin-2-on γ-butyrolaktam azetidin-2-on β-propiolaktam β-laktamová antibiotika N S O N H CH3 CH3 OH O H H H R O N S O N H O OH HH O CH3 O R O Peniciliny N-acyl-6-aminopenicilanové kys. Cefalosporiny N-acyl-7-aminocefalosporanové kys. Mechanismus účinku •inhibice syntézy buněčné stěny vazbou na specifické bílkoviny Peniciliny Historie Svět 1928– Alexander Fleming – koncentrát 1939- Fleming, Florey, Chain, Johnson - izolace a konstituce pencilinů 1945-Nobelova cena Flemingovi, Floreyovi a Chainovi České země 1943 – Málek, Fragner, Herold, Hais aj. – Mykoin BF 510 Peniciliny Původní „amorfní penicilin“ N S O N H CH3 CH3 OH O R O H H H CH3 C H2 C H2 C H C H C H2 C H2 OH CH3 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 CH3 C H2 C H2 C H2 C H2 R Penicilin pentenyl- F benzyl- G p-hydroxybenzyl- X heptyl- K amyl- dihydro-F Peniciliny Benzylpenicilin a jeho problémy N S O N H CH3 CH3 OH O O H H H benzylpenicilin syn. penilcilin G • produkce benzylpenicilinu ↑ přidáním fenyloctové kys. do živné půdy Problémy: • slabá vazba na bílkoviny ⇒ rychlé vylučování ⇒ nutné časté podání • nestálost v kyselém prostředí – viz reakční schéma ⇒ nempžnost p.o. aplikace N S O N H CH3 CH3 OH O O H H H H + NH S CH3 CH3 OH O H H N OO S CH3 CH3 OH O H H N N OOH benzylpenicilin kys. penilová Peniciliny Benzylpenicilin a jeho problémy 3. Citlivost vůči penicilinasám (β-laktamasám) – viz schéma N S O N H CH3 CH3 OH O O H H H NH S O N H CH3 CH3 OH O O H H H OH β − laktamasa H2O kys. benzylpenicilinová 4. Rel. úzké spektrum – jen G+ (Streptococcus, Staphylococcus, Clostridium, Neisseria, Corynebacteriun, Bacilus anthracis …) 5. Vyvolává alergie – anafylaktický šok – způsoben příměsí 6-aminopenicilanové kys. Peniciliny Řešení problémů benzylpenicilinu Ad 1. – špatně rozpustné soli s org. bazemi N S O N H CH3 CH3 O OO H H H N S O N H CH3 CH3 O OO H H H NH2 + NH2 + N S O N H CH3 CH3 O OO H H H CH3 N + CH3 O NH2 O benzathin-benzylpenicilin Pendepon® inj. sic. prokain-benzylpenicilin Prokain Penicilin G® Biotika inj. sic. •depotní formy pro i.m. injekce Peniciliny Řešení problémů benzylpenicilinu Ad 2. – ↑ stálosti v kyselém prostředí N S O N H CH3 CH3 OH O O O H H H fenoxymethylpenicilin syn. penicilin V • získán přidávánín fenoxyoctové kys. do živné půdy • vhodný pro p.o. aplikaci V-Penicilin® , Ospen® Peniciliny Řešení problémů benzylpenicilinu – polosyntetické peniciliny •penicilinamidasa (penicilinacylasa) – štěpí acyklickou amidickou vazbu, nikoliv βlaktamový kruh •používám mikrob, který ji produkuje (např. E. coli) N S O N H CH3 CH3 OH O O H H H N S O NH2 CH3 CH3 OH O H H H O OH N S O NH2 CH3 CH3 OH O H H H R Cl O R O R O O N S O N H CH3 CH3 OH O H H H R O penicilinamidasa (H2O) + 6-aminopenicilanová kys. fenyloctová kys. polosyntetický penicilin Peniciliny Převážně polosyntetické peniciliny stálé v kyselém prostředí •stabilitu vůči kyselinám ↑ elektrondonorové substituenty v N-acylovém postranním řetězci (I+ anebo M+ efekt) N S O N H CH3 CH3 OH O O H H H NH2 N S O N H CH3 CH3 OH O O O H H HR ampicilin Ampicilin ® cps., inj sic. R = -H fenoxymethylpenicilin V-Penicilin® tbl., Ospen tbl. obd. R = -CH3 fenethicilin R = -CH2CH3 propicilin Peniciliny Polosyntetické peniciliny odolné vůči β-laktamasám •vznik acylací aminoskupiny 6-aminopenicilanové kys. objemným acylovým zbytkem; laktamový kruh je pak stericky bráněn O CH3 O CH3 N S O N H CH3 CH3 OH O O H H H N S O N H CH3 CH3 OH O O H H H O N CH3 R 1R 2 meticilin R1 = R2 = -H oxacilin Prostaphlin® cps., inj. sic.; Oxacilin® cps., inj. sic. R1 = -Cl, R2 = -H kloxacilin R1 = R2 = -Cl dikloxacilin R1 = -Cl, R2 = -F flukloxacilin •odolné též vůči kys. prostředí; odolnost stoupá oxacilin < kloxacilin < dikloxacilin = flukloxacilin Peniciliny Jiný přístup ke ↑ odolnosti vůči β-laktamasám – inhibitory β-laktamas •látky s β-laktamovým kruhem, vážou se na akt. místo enzymu s větší afinitou než antibiotikum a blokují ho •používány v kombinaci s peniciliny N O O OH O OH H N S O O O CH3 CH3 OH O H N S O O O CH3 OH O H N N N klavulanová kyselina •izolována ze Streptomyces clavuligerus + amoxicilin (Amoxiklav® , Augmentin® ) + tikarcilin (Timentin® inj. sic.) 4,4-dioxopenicilanová kys. sulbaktam Betrion® + ampicilin (Ampisucillin® inj. plv. sol.) tazobaktam + piperaciliin (Tazocin® inj. sic.) Peniciliny Kombinace penicilinu s inhibitorem β-laktamasy v jedné molekule N S O NH CH3 CH3 O O O O NH2 O N S CH3 CH3 O O O smíšený ester ampicilinu a sulbaktamu s methandiolem •proléčivo obou složek sultamicilin Bitamon® inj. sic., Unasyn® tbl. obd. Peniciliny Peniciliny s rozšířeným spektrem Ad 4. – zavedení hydrofilního substituentu do ∝-polohy acylu na aminoskupině 6aminopenicilanové kys. ⇒ rozšíření spektra penicilinů i na GLátky s volnou primární aminoskupinou N S O N H CH3 CH3 OH O O H H HNH2 R N S O N H CH3 CH3 OH O O H H HNH2 R = -H ampicilin R= -OH amoxycilin Amoclen® , Amopen® epicilin Peniciliny s rozšířeným spektrem- ureidopeniciliny Látky, u nichž je aminoskupina v α-poloze acylu součástí močovinového seskupení = ureidopeniciliny = „antipseudomonádové“ peniciliny •spektrum zahrnuje Pseudomonas aeruginosa N S N H O CH3 CH3 OH O O N H N O O N O CH3 HH N S N H O CH3 CH3 OH O O N H N O N O HH R piperacilin Pipril® inj. sic., Tazocin ® inj. plv. sol.(+ tazobaktam) R = H- azlocilin R= CH3SO2- mezlocilin •závažné infekce včetně otitis media, CNS … Peniciliny s rozšířeným spektremlátky s dalším karboxylem v acylu na aminoskupině v poloze 6 N S O N H CH3 CH3 OH O O H H HO OH N S O N H CH3 CH3 OH O O H H HO OH S karbenicilin tikarcilin Timentin® inj. sic. (+ kys. klavulanová) •kostní a kloubní infekce (Staphylococcus aureus ), gyn. a břišní infekce … •analogie kruhů (benzen – thiofen) (Karba)penemy N O CH3 OH O OH S NH NH HH CH3 O N S N H O N CH3 CH3 OOH CH3 OH HH H H imipenem Tienam ® plv. inf. sol. (+ cilastatin) meropenem Inhibitory dehydropeptidasy 1 •β-laktamový kruh penemů hydrolyzován dehydropeptidasou 1 z kartáčového lemu ledvinných buněk ➢syn. membránová nebo mikrozomální dipeptidasa, EC 3.4.13.19 ➢ jediná savčí β-laktamasa; hydrolyzuje kruh v trans-konfiguraci (penemy + thienamycin) CH3 CH3 O NH S O OH NH2 O OH H cilastatin •inhibuje též leukotrien D4 dipeptidasu Cefalosporiny houby Cephalosporium spp. (1948) H CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 O OH OHOH O O CH3 O O CH3 CH3 H H S N N H O OH O H O NH2 OH O H O CH3 O N S O OHO CH3 CH3 HH N H O OH ONH2 cefalosporin P1 cefalosporin C cefalosporin N … a další struktury Cefalosporiny Obecná struktura S N N H O OH O H O NH2 OH O H O CH3 O N SN H O O O O O NH2 OH CH3 O NH2 OH O S N N H R 3 OH O R 8 O H O R 7 1 2 3 45 6 7 8 cefalosporin C cefamycin C •izolován z Streptomyces lactadurans S N N H R 3 OH O R 8 O H O R 7 S N N H R 3 OH O R 8 O H O R 7 Cefalosporiny Vlastnosti •elektonový pár na N5 zapojen do konjugace s dvojnou vabou ⇒ ↓ elektronové hustoty na N5 ⇒ ↓ nukleofility N5 ⇒ stálost v kyselém prostředí •též ↑ odolnost vůči β-laktamasám (cefalosporinasám) Cefalosporiny Látky odvozené od cefalosporinu C, tj. N-acylderiváty 7-aminocefalosporanové kys. S N N H O OH O H O NH2 OH O H O CH3 O S N NH2 O OH O H H O CH3 O S N NH2 O OH O H H O CH3 O R Cl O S N N H O OH O H H O CH3 O R O NOCl nebo enzymy* cefalosporin C 7-aminocefalosporanová kys. polosyntetický cefalosporin, popř. meziprodukt * glutarylacylasa + oxidasa D-aminokyselin Cefalosporiny Látky odvozené od cefalosporinu C, tj. N-acylderiváty 7-aminocefalosporanové kys. 1. generace – pro parenterální podání (nevsřebávají se z GITu) S S N OH O CH3 O O HH O N H O N S O N H O O N + OS HH cefalotin Cefalotin® Biotika inj. sic. cefaloridin Cefalosporiny Látky odvozené od cefalosporinu C, tj. N-acylderiváty 7-aminocefalosporanové kys. 2. generace – pro perorální podání S N O R 2 O N H OH H O NH2 R 1 R1 = -H, R2 = -CH3 cefalexin Cefaclen® cps. R1 = -OH, R2 = -CH3 cefadroxil Biodroxil® tbl. obd. R1 = -H, R2 =Cl cefaklor Ceclor® cps. Cefalosporiny Látky odvozené od cefalosporinu C, tj. N-acylderiváty 7-aminocefalosporanové kys. 2. generace – pro parenterální podání - ↑ účinnost na G, ↑ rezistence vůči β-laktamasám N S O N H S O N S N N N N N CH3 HH OHO N S O N H O OH N + O HH S O O O NH2 O cefazolin Kefzol® inj. sic. cefsulodin •Pseudomonas Cefalosporiny Látky odvozené od cefalosporinu C, tj. N-acylderiváty 7-aminocefalosporanové kys. 2. generace – pro parenterální i p.o podání – velmi odolné vůči β-laktamase N S O N H OH O S O OH N N N CH3 N HH O S N O O NH2 O O HH O N H O N O CH3 Rcefamandol R = H- cefuroxim Ceroxim® tbl. R = cefuroxim axetil Zinnat® tbl. obd. CH3 CH O CH3 O Cefalosporiny Látky odvozené od cefalosporinu C, tj. N-acylderiváty 7-aminocefalosporanové kys. 3. generace – pro parenterální a p.o podání – velmi odolné vůči β-laktamase cefpodoxim proxetil Orelox® tbl. obd. N S O N H OOH O O N CH3 O N O S CH3 NH2 H H N S O N H OO O O CH3 N N O S CH3 NH2 R OCH3 O O CH3 CH3 cefotaxim Claforan® inj. sic. R = H- cefpodoxim R = Cefalosporiny Látky odvozené od cefamycinu C, tj. N-acylderiváty 7-methoxy-7-aminocefalosporanové kys. „Nová třída“ – pro parenterální i p.o podání –odolné vůči β-laktamase NH O N S O CH3 O OH O O S NH2 O H S N OOH S N N N N O O CH3 NH O H S CH3 NH2 OH O cefoxitin Mefoxin® inj. sic. cefminox Analoga cefalosporinů N H O N O O CH3O OH O OH O S N N OH N CH3 N H moxalaktam •dihydrooxazinový derivát odvozený od 4. generace cefalosporinů •vyvinut speciálně pro léčbu meningitidy (přestupuje HEB) a anaerobních infekcí Makrolidy •makrocyklické laktony s 10 – 40 členným kruhem s 1 aminomonosacharidem a 1 „neutrálním“ monosacharidem, na který může být též vázán aminosacharid •1. skupina (s větším kruhem)- natamycin, nystatin, amfotericin B – viz antimykotika •2. skupina –skupina erythromycinu (erythromycin a analogy, spiramycin, tylosin) O CH3 CH3 O O O CH3 OH R 4 O O O N CH3 CH3 CH3 CH3 O CH3 CH3 OH OH CH3 CH3 R 1 CH3 z R 2 R 3 desosamin kladinosa R1 = -OH, -H Z = 〉C=O, 〉N(CH3),〉C=N-O-CH3, 〉C=NOCH2OCH2CH2OCH3 R2 = -H, -F R3 = -H, -CH3 R4 = -CH3 nebo R2 +R4 = oxiran Obecná struktura užší podskupiny erythromycinu (14členný lakton. kruh - erythromycin a analogy) Makrolidy Místo a mechanismus účinku Makrolidy Místo a mechanismus účinku •inhibice proteosyntézy •působí na ribozómové podjednotce 50S •inhibují translokaci rostoucího peptidu z akceptorového místa na peptidové •účinek bakteriostatický Spektrum: G+ i GNeisseria, Haemophillus, Brahmanella, Legionella … Makrolidy Erythromycin a analogy O CH3 CH3 OH O O CH3 OH CH3 O O O N CH3 O CH3 CH3 CH3 O CH3 CH3 OH OH CH3 CH3 OH CH3 OCH3 CH3 OH O O CH3 OH CH3 O O O N CH3 N CH3 CH3 CH3 O CH3 CH3 CH3 OH CH3 CH3 OH CH3 OH erythromycin •izolován r. 1952 ze Streptomyces erythreus •špatná biol. dostupnost ⇒ lipofilní soli (stearát, ethylsukcinát …) •i zevní formy (lotia …) – acne vulgaris Porphyrocin® tbl. azithromycin ●polosyntetická sloučenina Sumamed® tbl. obd. Makrolidy Azithromycin z erythromycinu CH3 OH CH3 O CH3 OH CH3 OH CH3 OH CH3 N CH3 OH CH3 OH OH CH3 S O O Cl CH3 OH CH3 N CH3 OH CH3 OH O S O O CH3 CH3 OH CH3 OH N H CH3 OH CH3 O S O O CH3 CH3 OH CH3 OH N C + CH3 OH CH3 CH3 S O O O CH3 OH CH3 OH N CH3 OH CH3 O + H H CH3 OH CH3 OH N CH3 OH CH3 OH CH3 S O O Cl O CH3 NCH3 OH OH OH CH3 CH3 OH CH3 OH N H CH3 OH CH3 CH3 OH CH3 OH N CH3 OH CH3 CH3 NH2OH - H2O - H+ - H2O NaBH4 HCOH HCOOH Makrolidy Erythromycin a analogy O O CH3 CH3 CH3 O O CH3 CH3 OH O O O O N CH3 CH3 CH3 CH3OH O CH3 CH3 CH3 OH OH CH3 CH3 O CH3 CH3 O O O O CH3 OH O O CH3 CH3 OH CH3 OH CH3 CH3 OH CH3 N CH3 N OH CH3 CH3 CH3 O O O CH3 6-O-methylerythromycin klarithromycin •i na Mycobacterium avium Klacid® tbl. obd. roxithromycin Rulid® tbl. Makrolidy Erythromycin a analogy O OH O CH3 H O O O CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 F OH OHOH CH3 O O H OH CH3 N CH3 CH3 O CH3 CH3 O NOH CH3 CH3 CH3 O O O OH CH3 CH3 CH3 O O N H O O OH OH CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 O O CH3 CH3 H H H H 8-fluorerythromycim flurithromycin dirithromycin Makrolidy Erythromycin a analogy O O CH3 CH3 O OH CH3 CH3 O O OCH3 CH3 OH O O N CH3 CH3 CH3 O CH3 OH CH3 O CH3 CH3 O O O O CH3 OH O O CH3 CH3 OH CH3 OH CH3 CH3 OH CH3 N CH3 N OH CH3 CH3 CH3 O CH3 oleandomycin •izolován r. 1954 ze Streptomyces antibioticus lexithromycin L-oleandrosa O N N O O O N O N O O O N OHCH3 O CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H telithromycin Ketek® tbl. „Vzdálenější“ analoga erythromycinu – Ketolidy •na kruhu ketoskupiny v pol. 2 a 9 •dobrá biol. dostupnost Makrolidy Látky s 16členným lakton. kruhem nenasyceným v polohách 10 a 12 O H CH3 N CH3 CH3 OCH3 O O O CH3 O O OH N CH3 CH3 CH3 O O H OH CH3 OHCH3 CH3 O O H R O O O CH3 O CH3 O OHO O CH3 O OH N CH3 O CH3 CH3CH3 O CH3 OH CH3 O O CH3 CH3 spiramycin (syn. rovamycin) •izolován r. 1954 ze Streptomyces ambofaciens R = HCO- spiramycin A = spiramycin I CH3CO- spiramycin B = spiramycin II CH3CH2CO- spiramycin C = spiramycin III Rovamycine® tbl. obd. josamycin •též na Mycoplasma Wilprafen® tbl. obd., Alpucine® premix a.u.v. O CH3 O O CH3 O CH3 O CH3 O O O CH3 NOH CH3 CH3 O O OHCH3 O CH3 CH3 OH O O O O CH3 O CH3 O OHO O O O N CH3 CH3 O CH3 CH3 CH3 CH3 O O O CH3 CH3 O CH3 O O CH3 Makrolidy Látky s 16členným lakton. kruhem nenasyceným v polohách 10 a 12 rokitamycin miokamycin Aminoglykosidy 1. glykosidy aminosacharidů produkované rodem Streptomyces • Skupina streptomycinu • Skupina neomycinu • Skupina kanamycinu a gentamycinu Mechanismus účinku • inhibice proteosynézy • narušují přesné čtení genetického kódu a vazbu peptidyl-tRNA na peptidové vazebné místo • účinek bakteriostatický – baktericidní Spektrum G+ < GBacillus anthracis, Bordetella pertussis, Brucella, Corynebacterium diphteriae, E. coli, Enterobacter, Haemophillus, Mycobacterium tuberculosis… Aminoglykosidy 1. Skupina streptomycinu O O O OH O NH N H OH OH CH3 OH OH OH OH N H NH2 NH NH2 NH CH3 R R = -CHO streptomycin •izolován r. 1944 ze Streptomyces fradiae •používán na M. tuberculosis v kombinaci s dalšími tuberkulostatiky •baktericidní Streptomycin „Grünenthal“® inj. sic., Streptowerfft® a.u.v R = -CH2OH dihydrostreptomycin Depomycine® a.u.v. inj. (+ benzylpenicilin) streptidin = aglykon N-methyl-L-glukosamin furanosa (streptosa n. dihydrostreptosa) Aminoglykosidy 2. Skupina neomycinu O OH OHO NH2 NH2 H O OH OH O NH2 OH NH2NH2 H O O H OH R OH R= -NH2 neomycin B •směs neomycinů izolována r. 1949 ze Streptomyces fradiae Framykoin® ung., Pamycon® plv. (+ bacitracin) R = -OH paromomycin •nevstřebává se z GIT •používán na Entamoeba histolytica Humatin® cps. deoxystreptamin = aglykon Aminoglykosidy 3. Skupina kanamycinu a gemtamycinu Podskup.kanamycinu O NH OH O O NH2 OH O NH2 OH OH OH OH OH NH2 R O OH NH2 O OH NH2 O O NH2 OH O NH2 NH2 OH OH OH NH2 H H R = -H kanamycin Kanacol® a.u.v. inj. R= amikacin Amikin® inj. tobramycin Tobi Nebuliser Solution® inh. sol. •léčba chronické pseudomonádové pulmonární infekce u pacientů s cystickou fibrózou Aminoglykosidy 3. Skupina kanamycinu a gemtamycinu Podskup.gentamycinu O OH OH OH NH2 O NH2 NH2 H OO O NH2 OH N H H OH N H CH3 OH CH3 R 2 R 1 O NH2 NH2 H R2 = gentamycin Garasone® gtt. opht. (+betamethason) Diagen® a.u.v. sisomycin R1 = H- H- CH3CH2- netilmycin Netromycine® inj. •těžké infekce, sepse …