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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

DIPLOMADO EN FARMACIA

PRINCIPALES MECANISMOS DE ACCION DE LOS

ANTIBIOTICOS

Elaborado por:

Iván Alberto García Ortiz

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ÍNDICE GENERAL

INDICE……………………………………………………………………………………………………………………………...................... 2

RESUMEN………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………………………………………. 3

CLASIFICACIÓN Y MECANISMOS DE ACCIÓN……………………………………………………………………………………. 5

1.- INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA PARED CELULAR………………………………………………………………… 5

1.1. Antibióticos -lactámicos……………………………………………………………………………………………………… 6 1.2. Vancomicina………………………………………………………………………………………………………………………… 8 1.3. Bacitracina……………………………………………………………………………………………………….…...……............. 9

2.- INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS…………………………………………………………………………… 10

2.1 Aminoglucósidos………………………………………………………………………………………………………………… 10 2.2 Macrólidos………………………………………………………………………………………………………….……………… 11 2.3 Lincosamidas……………………………………………………………………………………………………………………… 13 2.4 Tetraciclinas………………………………………………………………………………………………………….…………… 13 2.5 Glicilciclinas………………………………………………………………………………………………………………..……… 14 2.6 Cloranfenicol…………………………………………………………………………………………………………….……… 14

3.- INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLEICOS………………………………………………………………… 15

3.1 Quinolonas………………………………………………………………………………………………………………….……... 16 3.1 Rifampicina………………………………………………………………………………………………………………………… 17

4.-COMPUESTOS QUE ACTÚAN DE MODO INDIRECTO EN LA MEMBRANA CELULAR……………………… 17

4.1 Polimixina y Colistina………………………………………………………………………………………………..…………. 17

5 BLOQUEO DE LA SÍNTESIS DE FACTORES METABÓLICOS…………………………………….……………………… 18

5.1 Sulfonamidas………………………………………………………………………………………………….…………………… 18 5.2 Trimetoprim……………………………………………………………………………………………………………………… 19

6 OTROS ANTIBIÓTICOS………………………………………………………………………………………………………………... 20

7 CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………………………….. 20

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………………………………………… 21

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RESUMEN

Los mecanismos por los que los compuestos con actividad antibacteriana inhiben el crecimiento o causan la muerte de las bacterias son muy variados, y dependen de las dianas afectadas. La pared celular puede verse afectada en la síntesis, el transporte de sus precursores ó en su organización estructural. La síntesis proteica puede bloquearse por una amplia variedad estructural de compuestos que afectan algunas de las fases de este proceso: iniciación, fijación del complejo aminoácido-tRNA al ribosoma ó elongación. El metabolismo de los ácidos nucleicos puede verse afectado en la ARN polimerasa dependiente de ADN o en el proceso de enrollamiento/desenrollamiento del ADN. Otros antimicrobianos bloquean las vías metabólicas necesarias para la síntesis de ácido fólico en la bacteria.

INTRODUCCIÓN

El descubrimiento de la penicilina en 1929 y su posterior introducción en la clínica supuso una verdadera revolución en el tratamiento de la patología infecciosa. Desde entonces, se han incorporado a la práctica clínica decenas de familias de antibacterianos, con actividad frente a bacterias, hongos, parásitos y virus.

Con excepción de la pared celular, la práctica totalidad del resto de las dianas de los antimicrobianos se encuentran también en células eucariotas. Las diferencias estructurales entre las bacterias y las células superiores hacen que la afinidad de los antimicrobianos de interés clínico por las dianas procariotas sea mucho mayor que por las de sus homólogas eucariotas, disminuyendo así el riesgo de efectos adversos. La principales diferencias entre las células bacterianas y las eucariotas incluyen: a) existencia de un único cromosoma en la bacteria, que no está rodeado de membrana nuclear y se halla en contacto directo con el citoplasma (por tanto, muy accesible a los antibióticos que actúan sobre la síntesis de ADN); b) presencia de ribosomas del tipo 70S, y c) presencia de una pared celular con peptidoglicano (excepto en Mycoplasma spp.), estructura que confiere forma y rigidez a la bacteria.

Para que los antimicrobianos alcancen su diana deben atravesar la cubierta bacteriana, salvo cuando la diana es la propia envoltura externa de los gramnegativos. Las bacterias gramnegativas ofrecen mayor resistencia que las grampositivas a la entrada de antimicrobianos, pues poseen una membrana celular externa, que rodea la capa de peptidoglucano. Esa membrana es una bicapa lipídica que, a diferencia de las membranas eucariotas, contiene

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lipopolisacárido, y desempeña un importante papel de barrera frente a determinados antimicrobianos. En la misma existen un gran número de proteínas, que representan en torno al 40% de su peso total, entre las cuales se encuentran las porinas, proteínas triméricas o monoméricas que forman conductos o poros hidrófilos que permiten el acceso al peptidoglucano. A través de estos poros difunden de forma pasiva pequeñas moléculas hidrofílicas (menores de 600 Da), pero se impide el paso de otras mayores, por ejemplo los glucopéptidos (peso molecular >1.000 Da). Por el contrario, los antibióticos más lipofílicos difunden a través de la bicapa lipídica, y algunos utilizan un mecanismo de transporte con gasto de energía. En las bacterias grampositivas, que carecen de membrana externa, se estima que el límite de exclusión es de 100 kDa, mucho mayor que el tamaño de la mayoría de los antimicrobianos.

Ya en el interior del microorganismo los antimicrobianos deben evitar su hidrólisis o su transformación en un producto inactivo y reconocer de forma efectiva una diana antes de que algún sistema de expulsión lo lance de nuevo fuera de la bacteria.

Desde el punto de vista molecular, los antimicrobianos de uso clínico ejercen su acción en algunas de las siguientes estructuras o funciones bacterianas: inhibiendo la síntesis de la pared bacteriana, alterando la integridad de la membrana citoplásmica, impidiendo la síntesis proteica o bloqueando la síntesis o las funciones de ácidos nucleicos. Hay también otros antimicrobianos cuya función es proteger otros compuestos de las enzimas hidrolíticas bacterianas, como es el caso de los inhibidores de β-lactamasas.

Atendiendo a su efecto antibacteriano, los antimicrobianos se han clasificado tradicionalmente en bactericidas (ejercen una acción letal para la bacteria) o bacteriostáticos (sólo inhiben transitoriamente el crecimiento bacteriano). Cada

grupo de antibióticos actúa preferentemente de una forma u otra, aunque un mismo antibiótico puede comportarse como bactericida o bacteriostático, dependiendo de la concentración que alcance en la diana, o de su afinidad por la diana de un determinado microorganismo. En general, son bactericidas los

antimicrobianos que actúan inhibiendo la síntesis de la pared, alterando la membrana citoplásmica o interfiriendo con algunos aspectos del metabolismo del ADN, y bacteriostáticos los que inhiben la síntesis proteica, excepto los aminoglucósidos. (Calvo, J. 2009)

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CLASIFICACIÓN Y MECANISMO DE ACCIÓN

Se han propuesto algunos esquemas para clasificar y agrupar los antibióticos, y en todos ha habido excepciones y superposiciones. Desde el punto de vista histórico, la clasificación más común se ha basado en la estructura química y mecanismos de acción propuestos, y así se consideran: 1) compuestos que inhiben la síntesis de la pared celular bacteriana; entre ellos están penicilinas y cefalosporinas, que guardan semejanza estructural, y también medicamentos disímbolos como cicloserina, vancomicina, bacitracina y los antimicóticos del tipo de imidazol (miconazol, ketoconazol y clotrimazol): 2) compuestos que actúan de modo indirecto en la membrana celular del microorganismo y que afectan su permeabilidad y permiten la fuga de compuestos intracelulares; entre ellos están los detergentes, polimixina y colistimetato y los antimicóticos poliénicos nistatina y anfotericina B, que se ligan a esteroles de la pared del germen; 3) medicamentos que afectan la función de las subunidad-S ribosómicas 30S y 50S y causan inhibición reversible de la síntesis de proteínas; estos productos bacteriostáticos incluyen cloranfenicol, tetraciclinas, eritromicina y clindamicina; 4) compuestos que se unen a la subunidad ribosómica 30S y alteran la síntesis de proteínas, todo lo cual culmina en la muerte del microorganismo; incluyen a los aminoglucósidos; 5) medicamentos que afectan el metabolismo de ácido nucleico como las rifamicinas (p. ej., rifampicina) que bloquean a la RNA polimerasa dependiente de DNA, y las quinolonas que inhiben a la girasa; 6) antimetabolitos como el trimetroprim y las sulfonamidas que bloquean fases metabólicas especificas que son esenciales para los microorganismos; 7) análogos de ácidos nucleicos, como zidovudina, ganciclovir, vidarabina y aciclovir, que bloquean a las enzimas virales que son esenciales para la síntesis de la DNA y así impiden la replicación viral. (Goodman & Gilman, 2006).

1.- INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA PARED CELULAR

Las bacterias poseen una capa externa rígida, llamada pared celular. La pared celular conserva la forma y el tamaño del microorganismo, cuya presión osmótica interna es elevada. Cuando la pared celular se lesiona (p. ej., por una lisozima) o su formación se inhibe, la célula se lisa. En un ambiente hipertónico, la formación dañada de la pared celular provoca la formación de “protoplastos” bacterianos esféricos en los microorganismos grampositivos o “esferoplastos” en los microorganismos gran negativos; estas variedades están limitadas por una membrana citoplasmática frágil. Si estos protoplastos o esferoplastos se colocan en un ambiente con tonicidad ordinaria, captan líquidos rápidamente, se edematizan y explotan. Las muestras obtenidas de pacientes que reciben tratamiento con antibióticos que actúan sobre la pared celular a menudo exhiben bacterias edematosas o con formas raras. La pared celular contiene un polímero

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complejo y distinto desde el punto de vista químico, que es un “mucopéptido” (“peptidoglucano”) es una macromolécula de estructura tridimensional compuesta de unidades alternantes de 2 amino azucares, la N-acetil glucosamina (NAG) y el ácido N-acetil murámico (NAM), unidas por pequeñas cadenas peptídicas. Los componentes se sintetizan en el citoplasma y son transportados al espacio que existe entre la membrana citoplasmática y la pared celular. La rigidez final de la pared celular depende de los enlaces cruzados de las cadenas peptídicas (es decir, a través de puentes de pentaglicina) como resultado de las reacciones de transpeptidación que llevan a cabo diversas enzimas. La capa de peptidoglucano es mucho más gruesa en la pared celular de microorganismos grampositivos que en la de los gramnegativos. (Jawetz, Melnick y Adelberg. 2010)

1.1 Antibióticos -lactámicos (penicilinas, cefalosporinas y carbapenems)

Los antibióticos -lactámicos son inhibidores selectivos de la síntesis de la pared celular bacteriana y, por lo tanto, son activos contra las bacterias en proliferación. Esta inhibición es únicamente una de las diversas actividades de estos fármacos, pero es la que mejor se conoce. El paso inicial en la acción farmacología consiste en enlazar al fármaco a los receptores (proteínas enlazadoras de penicilina; PBP, penicillin binding proteins) existen de tres a seis PBP (PM 4 a 12 x 10 a l 5), algunas de las cuales son enzimas de transpeptidación. El anillo -lactámico presenta una similitud estructural con la región del pentapéptido al que se unen estas enzimas, por lo que es capaz de unirse a ellas de forma covalente e impedir así la formación de la pared celular. Los diversos receptores tienen distintas afinidades por los fármacos y cada una intermedia un efecto distinto. Por ejemplo, el enlace de la penicilina a una PBP provoca principalmente un alargamiento anormal de la célula, mientras que el enlace a otra PBP provoca un defecto en la periferia de la pared celular que genera lisis celular. Las PBP se encuentran bajo regulación cromosómica y las mutaciones alteran su número o su afinidad por los antibióticos -lactámicos.

Una vez que un lactámico se ha adherido a uno o más receptores, se inhibe la reacción de transpeptidación y se bloquea la síntesis de peptidoglucano. El siguiente paso quizá comprende la eliminación o inactivación de un inhibidor de las enzimas autoliticas en la pared celular. De esta manera, se activa la enzima lítica, con lo que empieza la lisis siempre y cuando el ambiente sea isotónico. En un ambiente muy hipertónico, los microorganismos se transforman en protoplastos o esferoplastos, que se encuentran cubiertos únicamente por la membrana celular frágil. En estas células, la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos persiste durante cierto tiempo.

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Las penicilinas y cefalosporinas inhiben a las enzimas de la transpeptidación quizá por su similitud estructural a la acil-D-alanil-D-alanina. La transpeptidación comprende la perdida de una D-alanina del pentapeptido.

La extraordinaria falta de efectos adversos de los -lactámicos contra las células de mamíferos puede atribuirse a la ausencia, en las células animales, de una pared celular tipo bacteriana, con su peptidoglucano. La diferente sensibilidad de las bacterias grampositivas y gramnegativas a las diversas penicilinas o cefalosporinas quizá depende de una serie de diferencias estructurales en sus paredes celulares (p. ej., cantidad de peptidoglucano, presencia de receptores y lípidos, naturaleza de los enlaces cruzados, actividad de enzimas autolíticas) que establecen la penetración, el enlace y la actividad de los medicamentos.

Algunos ejemplos de fármacos que actúan inhibiendo la síntesis de la pared celular son las penicilinas, cefalosporinas, vancomicina y cicloserina. Muchos otros fármacos, como la bacitracina, teicoplanina, ristocetina y novobiocina inhiben los primeros pasos de la biosíntesis del peptidoglucano. Puesto que las primeras fases en la síntesis se llevan a cabo dentro de la membrana citoplasmática, estos fármacos deben cruzar la membrana para ser efectivos. (Jawetz, Melnick y Adelberg. 2010).

Figura 1. Síntesis del peptidoglicano (acción de transpeptidación de las PBP’s) (Suárez, Francesc; 2008; Antibióticos -lactámicos)

Recuperado de: http://zl.elsevier.es/es/revista/enfermedades-infecciosas-microbiologia-clinica-28/beta-lactam-antibiotics-13133636-formacion-medica-continuada-2009.

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Figura 2. Mecanismo de acción de los -lactámicos (unión covalente entre PBP y anillo (Suárez, Francesc; 2008; Antibióticos -lactámicos)

Recuperado de: http://zl.elsevier.es/es/revista/enfermedades-infecciosas-microbiologia-clinica-28/beta-lactam-antibiotics-13133636-formacion-medica-continuada-2009.

1.2 Vancomicina

El antibiótico inhibe la síntesis de la pared celular bacteriana. Este bloqueo se debe a su capacidad de unión con las terminaciones peptídicas del mucopéptido de la pared, impidiendo a nivel extracelular el proceso de polimerización final del peptidoglicano.

Al ser la vancomicina un glicopéptido actúa como un análogo estructural para la glicopéptido-sintetasa. Se une fuertemente (a través de puentes de H) a los dos residuos terminales D-alanina del pentapéptido, interfiriendo en las reacciones de transglicosilación y transpeptidación, y por lo tanto en el ensamblaje del peptidoglicano.

Este mecanismo de acción de la vancomicina requiere el acceso de la molécula completa, de elevado peso molecular, a la superficie del peptidoglicano en formación, lo cual explica su especificidad sobre bacterias grampositivas. El peptidoglicano de las bacterias gramnegativas está protegido por una membrana

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externa de lipopolisacárido impermeable a moléculas complejas como los glucopéptidos.

Presenta además otro mecanismo de acción complementario que contribuye a la interacción entre el glicopéptido y el terminal peptídico D-Ala-D-Ala, y es la formación de homodímeros entre las moléculas de glicopéptido, confiriendo una rigidez estructural que interfiere estéricamente con la prolongación de la cadena de peptidoglicano.

El antibiótico también altera la permeabilidad de la membrana celular e impide la correcta síntesis del RNA

La vancomicina inhibe la síntesis del peptidoglicano en un paso previo al de los -lactámicos. Evitan el proceso de polimerización necesario para que el complejo disacárido-pentapéptido se separe de fosfolípido de la membrana. Como consecuencia se acumula el intermedio lipídico unido a la membrana citoplasmática de la bacteria. Al parecer, para inhibir la síntesis de la pared bacteriana, la vancomicina forma complejos con las cadenas de péptidos que contienen D-alanil-D-alanina, evitando de esta forma la acción enzimática necesaria para que ocurra la polimerización. Además, la vancomicina altera la permeabilidad de la membrana e inhibe la síntesis de RNA. (Revilla, N. 2009)

Figura 3. Mecanismo de acción de la vancomicina. (Tomada de: Revilla, N; 2009; Análisis Farmacocinetico-Farmacodinamico De Vancomicina En Pacientes De UCI; pag: 24)

1.3 Bacitracina

Las bacitracinas constituyen un grupo de polipéptidos producidos por unas cepas de Bacillus subtilis.

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La bacitracina impide la síntesis de la pared celular mediante la unión al trasportador pirofosfato de C55-isoprenilo, que trasporta precursores de la pared celular en crecimiento. La bacitracina inhibe la desfosforilación de este trasportador, un paso esencial para la capacidad de la molécula portadora a aceptar constituyentes de la pared celular para el transporte. (Smith & Weinberg.

1962)

Este antibiótico es activo contra cocos grampositivos (excepto Estreptococos del grupo B), Neisseria spp. y de forma variable C. difficile. (Goodman & Gilman, 2006).

2.- INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

Las bacterias poseen ribosomas 70S, mientras que las células de mamíferos tienen ribosomas 80S. Las subunidades de cada tipo de ribosoma, su composición química y sus especificidades funcionales son lo suficientemente distintas como para explicar la razón por la que los antibióticos inhiben la síntesis de proteínas en los ribosomas bacterianos sin tener efectos importantes en los ribosomas de mamíferos. (Liébana, J. 1997)

En la síntesis normal de proteínas microbianas, el mensaje de mRNA se lee simultáneamente en diversos ribosomas que se encuentran dispersos en la tira de mRNA. A éstos se denominan polisomas. (Jawetz, Melnick y Adelberg. 2010)

Algunos ejemplos de fármacos que actúan inhibiendo la síntesis de proteínas son las eritromicinas, lincosamidas, tetraciclinas, glicilciclinas, aminoglucósidos y cloranfenicol.

2.1 Aminoglucósidos

Los antibióticos aminoglucósidos son bactericidas rápidos. La destrucción de la bacteria depende de la concentración, y cuanta más alta es ésta mayor es la rapidez con que destruye a los microorganismos. Se han acumulado amplios conocimientos de su capacidad de bloquear la síntesis de proteínas y disminuir la fidelidad de la traducción de mRNA en el ribosoma, pero dichos efectos no aportan una explicación de la acción letal a muy corto plazo de los aminoglucósidos en las bacterias.

Los aminoglucósidos difunden por medio de canales acuosos formados por porinas, proteínas que se encuentran en la membrana externa de bacterias gramnegativas y de este modo penetran en el espacio periplásmico. El transporte ulterior de aminoglucósidos por la membrana citoplasmica (interna) depende de trasporte de electrones, en parte por la necesidad de que haya un potencial de membrana para impulsar el paso de dichos antibióticos al interior de la bacteria;

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esta fase de transporte ha sido llamada fase I que depende de energía. Es cineticolimitante y puede ser bloqueado por cationes divalentes como los de calcio y magnesio, hiperosmolaridad, disminución del pH y anaerobiosis. Los dos últimos factores reducen la capacidad de la bacteria para conservar la fuerza impulsora necesaria para el trasporte. De este modo, por ejemplo, disminuye extraordinariamente la actividad antimicrobiana de los aminoglucósidos en el entorno anaerobio de absceso; en orina ácida hiperosmolar y en otros medios. Los aminoglucósidos después de penetrar por la membrana citoplásmica se unen a la subunidad 30S de los ribosomas. Los sitios de unión de los aminoglucósidos son proteínas que constituyen, a su vez, el sitio de unión del tRNA al ribosoma, esto provoca una alteración en la interacción codón-anti codón, resultando una mala lectura del código genético, existe una correlación importante entre actividad bactericida y la capacidad de inducir lecturas erróneas. Las proteínas aberrantes producidas pueden ser insertadas en la membrana bacteriana, con lo cual se altera su permeabilidad y se estimula el paso de mas aminoglucósidos, llamada fase II que depende de energía, no se conoce a fondo pero se ha sugerido que en alguna forma está vinculada con la perturbación de la estructura de la membrana citoplásmica quizá por proteínas aberrantes. El concepto anterior es congruente con la progresión observada del derrame o fuga de iones pequeños seguida por moléculas de mayor tamaño y, al final, por proteínas desde la bacteria, antes de su muerte, inducida por el aminoglucósido. Esta alteración progresiva de la cubierta celular, así como otros procesos vitales pueden explicar la acción letal de los aminoglucósidos.

Los aminoglucósidos varían en su capacidad para causar lecturas erróneas, y esta propiedad depende presumiblemente de diferencias en su afinidad por las proteínas ribosomales específicas. (Goodman & Gilman, 2006).

2.2 Macrólidos (eritromicina, claritomicina y azitromicina)

Los macrólidos se unen de forma reversible al dominio V del ARN ribosómico 23S. La unión se realiza mediante la formación de puentes de hidrogeno entre diferentes radicales hidroxilo del macrólido (especialmente entre el OH en posición 2´ del azúcar desosamina) y determinadas bases del ARNr (especialmente A2058 y A2059). Tanto los macrólidos como los cetólidos bloquean el orificio de entrada al canal por donde sale la proteína del ribosoma. (Caballero, J. 2007).

Actualmente se acepta que los macrólidos del grupo de la eritromicina bloquean el proceso de traslocación del peptidil-tRNA en el ribosoma, mientras que los del grupo de la espiramicina inhiben la formación del enlace peptídico previo al proceso de traslocación. Estas diferencias en el mecanismo de acción se explican

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por la existencia de diferentes sitios de fijación: la proteína L22, ala que se une la eritromicina, y la proteína L2, que es el lugar de fijación para los macrólidos del grupo de la espiramicina. Ambas proteínas forman parte de la compleja estructura de la subunidad 50 S del risomosma, constituida por dos moléculas de RNA y 33 proteínas diferentes.

El efecto de los macrólidos puede ser bacteriostático o bactericida, dependiendo de la especie bacteriana sobre la que actúen, del tamaño del inoculo, de la fase de crecimiento en que se encuentren las bacterias y de la concentraron que alcance el antibiótico en el lugar de la infección hay que tener en cuenta que los macrólidos se caracterizan por requerir 2-4 veces la concentración mínima inhibitoria (CMI) para conseguir la concentración mínima bactericida (CMB) y que esta concentración debe mantenerse durante el tiempo suficiente, puesto que el efecto bactericida es tiempo-dependiente.

Las bacterias grampositivas acumulan unas 100 veces más eritromicina que los microorganismos gramnegativos. Los gérmenes son mucho más permeables a la forma no ionizada del fármaco y este hecho hace que se explique la mayor acción antimicrobiana que se observa a pH alcalino.

Algunas bacterias que son resistentes a los macrólidos carecen del receptor correspondiente en el ribosoma (a través de la metilación del rRNA). Este fenómeno es regulado por plásmidos o cromosomas. (Flórez. 2008)

Figura 3. Inhibición de la síntesis proteica bacteriana por los macrólidos. (Tomada de: http://dc402.4shared.com/doc/WrFbTgAQ/preview.html)

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2.3 Lincosamidas

Las lincosamidas se unen a la subunidad 50 S de los ribosomas, en los mismos receptores que la eritromicina y el cloranfenicol. Aunque no se conoce con exactitud el mecanismo por el que inhiben la síntesis de proteínas, parece que inhiben la peptidil-transferasa, interfiriendo en principio la unión del sustrato aminoacil-tRNA al sitio A de la subunidad ribosómica 50 S. se ha demostrado, además en algunas especies bacterianas, como el Bacteroides fragilis, que la clindamicina favorece la fagocitosis. (Flórez. 2008)

2.4 Tetraciclinas

Las tetraciclinas se unen a la subunidad 30S de los ribosomas microbianos. Inhiben la síntesis de proteínas al bloquear la unión del aminoacil-tRNA cargado. De esta manera, impiden la introducción de nuevos aminoácidos en la cadena nueva de péptidos. Esta acción suele ser inhibitoria y reversible al retirar el fármaco. (Jawetz, Melnick y Adelberg. 2010)

El sitio de acción de las tetraciclinas es el ribosoma bacteriano, pero dos procesos por lo menos parecen ser necesarios para que estos antibióticos ganen acceso a los ribosomas de las bacterias gramnegativas. El primero es la difusión pasiva a través de los poros hidrófilos de la membrana celular externa. Estas estructuras se han localizado específicamente dentro de la proteína IA, una de las tres proteínas de la envoltura. La minociclina es mas lipofílica que los otros análogos y pasa directamente a través de la capa doble de lípidos. El segundo proceso incluye un sistema de transporte activo dependientemente de la energía que “bombea” todas las tetraciclinas a través de la membrana citoplasmática interna. Este transporte puede incluir un portador proteico periplasmático. Aunque la permeabilización de las bacterias grampositivas por estas drogas se conoce menos, también requiere un sistema dependiente de la energía. Una vez que las tetraciclinas ganan acceso a la célula bacteriana inhiben la síntesis de proteínas y lo mismo que los aminoglucósidos se ligan específicamente a los ribosomas 30 S. Parecen impedir el acceso del aminoacil-tRNA al sitio aceptor del complejo mRNA-ribosoma. Esto evita la adición de aminoácidos a la cadena peptídica en crecimiento. Solo una pequeña parte de la droga se une irreversiblemente, y los efectos inhibidores de las tetraciclinas pueden revertirse con lavaje. Por lo tanto, es probable que el antibiótico reversiblemente unido sea responsable de la acción antibacteriana. Estos compuestos también deterioran la síntesis de proteínas en las células de los mamíferos, en concentraciones altas, pero las células del huésped no poseen el sistema de trasporte activo que se encuentra en las bacterias.

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Las tetraciclinas, incluso en concentraciones subinhibitorias, reducen la capacidad de E. coli para adherirse a las células epiteliales de los mamíferos in vitro. (Goodman

& Gilman, 2006).

Figura 3. Mecanismo de acción de las tetraciclinas. (Tomada de: Griffin, Fricovsky, Ceballos, Villarea; 2010; Tetracyclines: a pleitropic family of compounds with promising therapeutic properties.).

2.5 Glicilciclinas

Las glicilciclinas son análogos sintéticos de las tetraciclinas. El medicamento disponible en E.U.A y Europa es la tigeciclina, derivado de la minociclina. Las glicilciclinas inhiben la síntesis de proteínas de manera similar a las tetraciclinas; sin embargo, son bactericidas probablemente por su unión más ávida con el ribosoma. La tigeciclina es activa contra una gran variedad de bacterias tanto grampositivas como gramnegativas, incluidas cepas que son resistentes a las tetraciclinas típicas. La actividad clínica de este medicamente aún se está investigando, pero en la actualidad su principal aplicación es al parecer el tratamiento de las infecciones de la piel y la estructura cutánea y las infecciones intraabdominales, especialmente las que son causadas por bacterias patógenas resistentes a otros antimicrobianos. (Jawetz, Melnick y Adelberg. 2010)

2.6 Cloranfenicol

El cloranfenicol inhibe la síntesis proteica en bacterias y en menor extensión en células eucarióticas. Penetra fácilmente a las bacterias, tal vez por difusión facilitada, y actúa más bien al unirse de manera reversible a la subunidad ribosómica 50 S (cerca del sitio de acción de los antibióticos macrólidos y la clindamicina, con quienes establece inhibición competitiva). De este modo, no altera la unión de rRNA al sitio de reconocimiento del codón en la subunidad ribosómica 30 S, pero el cloranfenicol al parecer evita la unión del extremo con el aminoácido, del aminoacil tRNA al sitio aceptor en la subunidad ribosómica 50 S.

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de esta manera no se produce la interacción entre la peptidiltransfersa y su aminoácido que actúa como sustrato, y tampoco se forma el enlace peptídico. El cloranfenicol bloquea también la síntesis proteica de mitocondrias en células de mamíferos tal vez porque los ribosomas de las mitocondrias se asemejan a las bacterianas (ambas poseen 70 S) en mayor grado que los citoplasmáticos de 80 S de las células de mamíferos. (Goodman & Gilman, 2006).

Figura 4. Mecanismo de acción del Cloranfenicol. (Tomada de: Characteristics of antimicrobial drugs. clinical pharmacology of antibiotics. fluoroquinolones. antiviral drugs http://intranet.tdmu.edu.ua).

3.- INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLEICOS

El genoma bacteriano contiene información para la síntesis de proteínas que se transmite a través del ARN mensajero producido a partir del molde de ADN (transcripción), y para la síntesis de ARN ribosómico que formará parte de los ribosomas bacterianos. La información del ADN debe duplicarse (replicación) cuando la bacteria se divide, para transmitir esta información a la descendencia. La replicación y la transcripción del ADN se realizan en varias fases con la participación de diferentes enzimas y sustratos, además del ADN molde, que constituyen dianas para la acción de diversos antibióticos.

Dentro de este grupo incluimos las rifamicinas y las quinolonas que actúan en enzimas que participan en los procesos de transcripción y replicación, y los nitroimidazoles y nitrofuranos que actúan directamente sobre el ADN, dañándolo. Por lo general, los antibióticos de este grupo no son particularmente selectivos en su acción y comportan cierta toxicidad para las células eucarióticas. La mayoría de los antibióticos que actúan sobre el ADN son bactericidas rápidos y normalmente independientes del inoculo y de la fase de crecimiento bacteriano. (Calvo, J. 2009)

Dos familias de antibióticos clínicamente relevantes, las quinolonas y las rifamicinas (rifampicina y análogos) tienen como dianas especificas varias

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enzimas involucradas en la síntesis te ácidos nucleicos. Las quinolonas inhiben la actividad de las topoisomerasas de tipo 2 bacterianas después de que éstas se han unido al ADN. La mayoría de las bacterias contieien 2 clases de topoisomerasas de tipo 2, la girasa y la topoisomerasa IV. Ambas son tetrámeros constituidos por 2 tipos de subunidades. El voluminoso ADN bacteriano cabe en el interior de la célula gracias a que se encuentra densamente enrollado sobre sí mismo. Sin embargo, para que el ADN pueda replicarse y transcribirse es preciso contar con la actividad de enzimas que relajen su estructura superhelicoidal y separen las moléculas hijas que, de otra manera, quedarían encadenadas. La girasa se encarga de “desenrollado” y la topoisomerasa IV de la separación de las moléculas hijas. El proceso incluye la ruptura de la doble cadena de ADN y su sellado posterior. (Flórez. 2008)

3.1 Quinolonas

Esencialmente, este grupo de quimioterápicos producen un efecto bactericida. Penetran en la bacteria a través de las porinas, no afectándoles la integridad de la pared celular. Una vez dentro de la céñula actúan inhibiendo una enzima que prepara el DNA para la transcripción, la DNA-girasa (por ello se les denomina “inhibidores de la girasa”). Esta enzima está compuesta de cuatro subunidades (dos subunidades A y dos B) y es la responsable del enrollamiento de las bandas de DNA. Las quinolonas actúan interfiriendo en la síntesis del DNA al bloquear la reacción de superenrollamiento dependiente del ATP y catalizada por la girasa; esta enzima es también responsable de otras actividades necesarias para la integridad del DNA, como son la unión y separación de las bandas que componen y la hidrólisis del ATP, que por lo tanto también serán alteradas.

Las quinolonas, además, a concentraciones mayores que las necesarias para inhibir a la DNA-girasa pueden inhibir la topoisomerasa II, enzima cuya secuencia de aminoácido presenta homología con la girasa y cuyo papel es también de gran importancia en la reacción del superenrollamiento del DNA. (Flórez. 2008)

Figura 5. Modelo de unión cooperativa propuesto por Shen y col. para la inhibición de la DNA girasa.

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3.2 Rifampicina

La rifampicina inhibe a la RNA polimerasa dependiente de DNA de la micobacteria y otros microorganismos para formar un complejo enzima-fármaco estable que suprime el comienzo de la formación catenaria (pero no la elongación de la cadena) en la síntesis de RNA. De manera más específica, el sitio de acción de la rifampicina es la subunidad beta de este complejo enzimático, aunque ella se liga solamente a la holoenzima. La RNA polimerasa nuclear de diversas células eucarioticas no se liga a la rifampicina, y de esta manera no hay alteración de la síntesis de RNA. La rifampicina bloquea la síntesis de RNA en la mitocondria de mamíferos, pero se necesitan cifras muchísimo menores de ella para la inhibición de la enzima bacteriana. Las concentraciones altas de los antibióticos como la rifampicina también inhiben a las RNA polimerasas dependientes de DNA de virus y las inversotrascriptasas. La rifampicina es bactericida en microorganismos intracelulares y extracelulares. (Goodman & Gilman, 2006).

4.- COMPUESTOS QUE ACTÚAN DE MODO INDIRECTO EN LA MEMBRANA CELULAR.

4.1 Polimixina y Colistina

Las acciones antimicrobianas de polimixina B y colistina son semejantes y se limitan a bacterias gramnegativas. Las polimixinas son medicamentos antipáticos tensoactivos que contienen grupos lipófilos y lipófobos dentro de la molécula. Interactúan potentemente con fosfolípidos y penetran en la estructura de membranas de la bacteria y terminan por romperlas. La permeabilidad de la membrana bacteriana cambia inmediatamente al contacto con el fármaco. La sensibilidad a la polimixina B depende del contenido de fosfolípidos del complejo membrana-pared bacteriana.

La unión de la polimixina B a la porción del lípido de A de endotoxina (el lipopolisacárido de la membrana externa de las bacterias gramnegativas) inactiva dicha molécula; la polimixina B también impide gran parte de las consecuencias fisiopatológicas de la liberación de endotoxina en varios sistemas experimentales. (Goodman & Gilman, 2006).

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Figura 6. Mecanismo de acción Polimixina y Colistina.

5.- BLOQUEO DE LA SÍNTESIS DE FACTORES METABÓLICOS

Para obtener determinados elementos esenciales como los aminoácidos o las bases púricas y pirimidínicas de los nucleótidos, se requiere la síntesis de folatos, que algunas bacterias son incapaces de obtener del medio, a diferencia de las células eucariotas. La síntesis de ácido tetrahidrofólico se obtiene a partir de una molécula de pteridina y de ácido paraaminobenzoico (PABA), y mediante la enzima dihidropteroatosintetasa se forma el ácido dihidropteroico. Posteriormente, por adición de ácido glutámico se forma el ácido dihidrofólico (ácido fólico), que reducido por la dihidrofolato reductasa forma el ácido tetrahidrofólico (ácido fólico). (Calvo, J. 2009).

5.1 Sulfonamidas Las sulfonamidas son análogos estructurales y antagonistas competitivos del ácido para-aminobenzoico (PABA) y, por tal razón, impiden que la bacteria utilice de manera normal el PABA en la síntesis de ácido fólico (ácido pteroilglutámico). De modo más especifico, las sulfonamidas son inhibidores competitivos de la dihidropteroatosintetasa, la enzima bacteriana que incorpora PABA en el ácido dihidropteroico, precursor inmediato del ácido fólico. Los microorganismos sensibles sintetizan su propio ácido fólico; no son afectadas las bacterias que usan al ácido fólico preformado. La bacteriostasis inducida por las sulfonamidas es antagonizada en forma competitiva por PABA. Ellas no afectan las células de mamífero por este mecanismo porque necesitan ácido fólico preformado y no lo

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sintetizan; por tal razón, son similares a las bacterias no sensibles a sulfonamidas que utilizan ácido fólico preformado. (Goodman & Gilman, 2006).

5.2 Trimetoprim El trimetoprim evita la reducción del dihidrofolato en tetrahidrofolato. Esta última es la forma de folato esencial para las reacciones de transferencia de un solo carbono, por ejemplo, la síntesis de timidilato a partir de desoxiuridilato. La toxicidad selectiva contra los microorganismos se logra de dos maneras. Las células de mamífero utilizan folatos preformados obtenidos de alimentos y no los sintetizan. Aún más, el trimetoprim es un bloqueador altamente selectivo de la dihidrofolato reductasa de microorganismos inferiores, y se necesita 100 000 veces más fármaco para inhibir la reductasa humana que dicha enzima en bacterias. La situación mencionada tiene vital importancia por que la función enzimática es crucial para todas las especies. (Goodman & Gilman, 2006).

Figura 7. Inhibición competitiva de sulfonamidas y trimetoprim en la síntesis de ácido fólico. (Tomada de: Antimicrobial Therapy. http://quizlet.com/6105273/antimicrobial-therapy-flash-cards/).

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6.- OTROS ANTIBIÓTICOS La nitrofurantoína y la furazolidona son derivados del nitrofurano que parecen actuar en la síntesis proteica como en los mecanismos reparadores del ADN bacteriano. Una vez reducidos en el interior de la bacteria, pueden unirse a proteínas ribosómicas y bloquear la traducción, mientras que su forma no reducida puede dañar el DNA bacteriano. Los nitroimidazoles (metronidazol, ornidazol y tinidazol) son activos únicamente frente a bacterias anaerobias, algunas bacteria microaerofilicas (Helicobacter pylori, Gardenella vaginalis, espiroquetas orales, campylobater fetus) y protozoos desprovistos de mitocondrias (Giardia, Entamoeba, Trichomonas). En condiciones de metabolismo anaerobio, el grupo NO2 de los nitroimidazoles es reducido, y acepta electrones de proteínas transportadoras de bajo potencial de óxido-reducción, como la ferrodoxina. El intermediario reducido es inestable, pero altamente reactivo, y determina la ruptura de ácidos nucleicos y proteínas. Los nitroimidazoles se están investigando como fármacos antituberculosos, aunque el mecanismo de acción causante de su actividad contra M. tuberculosis posiblemente sea distinto. (Martínez

y Sánchez 2007).

7.- CONCLUSIONES. A partir de este trabajo pudimos comprender los distintos mecanismos de acción de los antibióticos, y percatarnos de que si son selectivos y cómo éstos son fundamentales para la destrucción de organismos patógenos. Los mecanismos de acción buscan tener impacto principalmente en moléculas diana de microorganismos, atacando esas pequeñas diferencias que existen entre células procariotas y células eucariotas. El uso indiscriminado de los antibióticos ha logrado modificar genéticamente a las bacterias por medio de mutaciones en su DNA que les confieren resistencia a estos antimicrobianos principalmente por que se cambia la afinidad de las moléculas diana de estas sustancias.

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BIBLIOGRAFIA Caballero, J; 2007; Macrólidos; Actualización en farmacología clínica; Revista paceña de medicina familiar; Bolivia. Calvo, J; 2009; Enfermedades Infecciosas Y Microbiología Clínica; Revista Elsevier; España. Vol 27 Número (1) Flórez; 2008; Farmacología Humana, Editorial: Elsevier Masson; Barcelona España. Goodman & Gilman; 2006; Las Bases Farmacológicas De La Terapéutica; Editorial: Mc Graw Hill; México. Jawetz, Melnick y Adelberg; 2010; Microbiología Médica; Editorial: Mc Graw Hill; México DF. Liébana, J; 1997; “Microbiología Oral” segunda edición; Editorial: McGraw Hill; México. Martínez y Sánchez; 2007; Mecanismo De Acción De Los Antibióticos; servicio de enfermedades infecciosas; Hospital clínic; Barcelona España. Revilla, N; 2009; Análisis Farmacocinetico-Farmacodinamico De Vancomicina En Pacientes De UCI; Tesis Doctoral; España. Smith & Weinberg; 1962; Mechanisms of Antibacterial Action of Bacitracin; Departament Of Bacteriology, Indiana Univeristy; J. gen Microbiol 559-569.