Miércoles 20 de mayoDr. Franklin Binns

Transcrito por: Diana Víquez

Aminoglicósidos y Macrólidos: Inhibidores de la síntesis de proteínas

Ahora vamos a hablar de este tipo de medicamentos que son muy particulares y las estructuras son muy diferentes a las que hemos venido viendo. Ya habíamos visto algunas filminas entonces las voy a pasar rápido para ir repasando algunos detalles nada más.

Estábamos con que estas sustancias son macrólidos, y al igual que el cloranfenicol, trabajan sobre la síntesis de proteínas. Parte de la tarea de ustedes y también mía era hablar un poco sobre la diferencia entre los ribosomas bacterianos (procariotas) y los ribosomas humanos (eucariotas). Recuerden que los ribosomas son los que se encargan de esa síntesis de proteínas.

Ribosoma eucariota Ribosoma procariota

Se conoce como 80 S* Se conoce como 70 S*Tiene un mayor tamaño, es más pesado

Está dividido en 2 partes o subunidades:

5 S 16 S50 S 23 S 30 S 34 proteínas 21 purinas

*Corresponde al índice o velocidad de sedimentación, que es un valor arbitrario que se les da e indica la velocidad con que se sedimentan las proteínas del ribosoma en una ultracentrifugación.

Por técnicas de biología molecular se pueden separar las subunidades. Con esto es suficientemente para entender para fines de este curso y de este examen, el por qué de la especificidad sobre la síntesis de proteínas. La mayoría de estos antibióticos que actúan sobre la síntesis proteica van a unirse e inhibir a esta subunidad 30 S. Si ustedes recuerdan, uno tenía al ARN de transferencia (ARNt) ya formado y este ARNt tenía 3 pares de bases de codificación inicial que codificaban por la metionina.

El ARN mensajero (ARNm) tenía una tríada de iniciación que iniciaba con AUG (adenina-uracilo-guanina) que codifica para la metionina. Cada tríada codificaba para un aminoácido en específico. Esta tríada de iniciación era reconocida por un anticodón de un ARN, en este caso un ARN transferente. Para el caso en específico de la adenina-uracilo-guanina siempre codifica para la metionina. De hecho, la metionina tiene dos tríadas o pares de bases que codifican para ella pero siempre la de iniciación es esta AUG. O sea, todas las cadenas de ARN de mensajería tienen para iniciar su síntesis de proteínas al segmento AUG. Entonces, ¿qué necesitamos para que empiece la síntesis de proteínas? Necesitamos ribosoma, ARNm y ARNt. Esto es un repaso general.

[Las siguientes figuritas el profe las dibujó en pizarra y yo las reproduje a pura herramienta de paint, los 4 gatos que fuimos a esa clase estarán de acuerdo en que a mí me quedaron mejor ja ja…perdón lectores: transcribir es dem aburrido y hay que payasear.]

ARNm

Tríada de iniciación: Metionina

En la síntesis de proteínas bacteriana, la subunidad 30 S es la más crítica y se coloca en la parte de abajo de este ARN y tiene sus sitios P y A. Es una subunidad pequeñita respecto de la 50 S, tenía una parte ribosomal propiamente con la velocidad de sedimentación 16 S y también tiene 21 proteínas que tienen actividad enzimática variable. Muchas cosas hacen esas proteínas como interaccionar con otras proteínas complementarias al ribosoma 30 S hasta la translocación de lo que es el ARNt del sitio A al sitio P. Lo importante es saber que estos aminoglicósidos y algunos otros que vamos a ver, interactúan sobretodo inhibiendo proteínas de la subunidad 30 S del ribosoma. Y esta subunidad 30 S del ribosoma procariótico está siempre presente en el proceso de iniciación de la síntesis de proteínas. ¿Qué se necesita en ese proceso de síntesis? Se necesita ARNm, el codón de iniciación, el ARNt y la parte del ribosoma 30 S. Este sitio P Se acopla al ARNt que trae a la metionina (que era el primer aminoácido en esta síntesis) y el sitio A va a a recibir otro ARNt parecido que va a traer al siguiente aminoácido.

¿Dónde empieza a trabajar aquí la subunidad 50 S? Después del proceso de iniciación. Esta parte que es más grande se coloca arriba, también va a tener sus sitios activos P y A y que van a ser complementarios con los sitios análogos de la subunidad 30 S.

Ya pasó la iniciación. Cuando ponemos la subunidad 50 S ya estamos hablando del proceso de síntesis y elongación de proteínas. ¿Por qué se necesita el 50 S? Porque tiene una subunidad 5 S y 23 S y 34 proteínas que están metidas ahí que tiene la capacidad de sintetizar las proteínas. Sí tenemos que saber que los aminoglicósidos van a actuar sobre esas proteínas. El asunto de interacción ocurre ahí con los aminoglicósidos. Sólo para refrescar: cuando llega el ARNt a interactuar para el sitio P y codifica para metionina, al pegarse ahí y conforme se va moviendo esa hebra y entonces en el sitio A va a caer otra tríada, otro codón que va a codificar para otro aminoácido específico. Este ARNt trae el aminoácido pegado, se une al sitio A y luego simplemente por una reacción nucleofílica del amino terminal de este aminoácido con el

P A30 S

30 S

50 SP

P A

A

ARNm

ARNm

carboxilo terminal de otro aminoácido, la metionina termina pegándose al otro aminoácido y se va elongando la cadena proteica. ¿Qué aminoácido va a pegarse? Depende del codón.

Preguntan: ¿para la síntesis de proteínas sólo se ocupa una subunidad 50 S y una 30 S? No, son varios ribosomas. Una bacteria puede tener millones de ribosomas trabajando.

Vean que el ribosoma 70 S en la bacteria se encuentra como tal cuando haya la síntesis de proteínas. Cuando está haciendo esa síntesis yo puedo ver, de hecho se puede “ver”. Cuando no hay síntesis, esas subunidades están separadas, seguirán siendo los ribosomas subunidad 50 S y 30 S pero para unirse necesitan el ARNm, las proteínas que cada uno tiene y el ARNt.

¿Qué pasa entonces si yo lograra de alguna manera con actividad estérica, con inhibición de las enzimas, de las proteínas que cada uno de ellos tiene? Si yo lograra impedir ese complejo de síntesis, no pueden sintetizar proteínas y eso precisamente es lo que hacen los aminoglicósidos al unirse a las proteínas ya sea del 50 S o del 30 S.

Les dije que los aminoglicósidos y aminociclitoles tienen azúcares aminados característicos. En este caso esta estructura estaba bien, es la 2-desoxiestreptamina. Pero además de esta, existen otros azúcares base para generar aminoglicósidos que son la estreptamina y la espectinamina. Son 3 azúcares aminados que van a ser base para los aminoglicósidos. De hecho los aminoglicósidos vamos a estudiarlos por el azúcar base.

Imagínense una bacteria que tenga un metabolismo altísimo y que esté con 100- 150 ribosomas trabajando y que una sustancia inhiba esa producción de proteínas entonces no hay más enzimas y ya no hay vida para esa bacteria.

Les había dicho que son azúcares y por lo tanto son solubles en agua a cualquier pH. De hecho, no hay problemas biofarmacéuticos de solubilidad. Son básicos como ustedes pueden suponer al ser azúcares aminados y entonces pueden convertirse en sales. No se absorben vía gastrointestinal porque ya veremos que los aminoglicósidos tienen grupos alcohólicos o hidroxilos que los hacen ser estructuras tan grandes que no se absorben. De hecho, la mayoría de ellos se utilizan por vía intramuscular (IM) o intravenosa (IV) cuando es para asuntos sistémicos. Pero si yo quiero una actividad gastrointestinal antibiótica local, puedo utilizarlos porque tengo la seguridad de que no se van a absorber a ningún nivel.

Se excretan en forma activa en la orina. O sea, tal y como yo los di por vía IM o IV de donde pasan a torrente sanguíneo, de ahí a orina y ahí se excretan. Y son altamente tóxicos a nivel renal porque su mecanismo de acción no es tan específico contra los ribosomas bacterianos. También podría actuar en tejidos humanos y como se concentra en orina, es más probable que vaya a actuar sobre la síntesis de proteínas a ese nivel. De hecho puede causar pérdida renal de proteínas y necrosis, causándole a la persona una disfunción renal.

Alguna vez, aunque yo no he visto ese producto, se usó inhalada en tratamiento contra Pseudomonas aeruginosa en pacientes con fibrosis quística. Esto es un dato interesante porque eso casi nunca pasa con los antibióticos, que sean vía inhalada.

La ototoxicidad disminuye la capacidad auditiva y produce vértigo más que todo porque actúa produciendo desniveles de electrolitos en el par craneano número 8. La necrosis tubular renal se relaciona a su concentración ahí. Raramente ocurre un bloqueo neuromuscular que es causado por la inhibición competitiva de la liberación de acetilcolina dependiente de calcio en la unión neuromuscular. Entonces la acetilcolina se une a nivel central a un receptor de tipo nicotínico y está relacionado con liberación de calcio. El aminoglicósido es afín a ese receptor y puede competir por la liberación del calcio y producir una parálisis

que en estos casos es flácida. Hay que tener bastante cuidado con el asunto de la debilidad muscular cuando la persona ha tenido problemas o patologías relacionadas a daños musculares como la Miastenia gravis y en Parkinson. Es raro que ocurra pero sí puede ocurrir entonces precaución en este tipo de pacientes.

Y respecto del asunto renal, hay que hacer una prueba de creatinina para ver si la persona está soportando esa carga de aminoglicósidos para ver si hay que ajustar dosis. De hecho, en países más desarrollados como España o Estados Unidos hay farmacéuticos que se dedican exclusivamente a realizar cálculos y ajustes de dosis para pacientes de la UCI porque hay que monitorizar muchísimo estos aminoglicósidos. Además que la farmacocinética de estos es diferente a la de los demás, creo que es no lineal entonces es interesante ver este tipo de detalles que en la vida real se aplican.

Preguntan: ¿Ese problema renal puede darse en los tratamientos de pocos días o cuánto tiempo? Es cuando el tratamiento es crónico. Por ejemplo si se usan por semana o semana y media, el paciente ya podría estar experimentando problemas renales. Ese daño renal es reversible si el tratamiento es corto. Hay personas en las que uno debe evaluar el riesgo/beneficio.

Preguntan: ¿Entonces si yo lo doy para una infección local en estómago, se excretaría en heces y no tendría ese problema? Exactamente porque al no absorberse no pasa a riñón y más bien se excreta en heces. El problema sería al darlo vía IV o IM.

Vamos a ver el mecanismo de acción que está en las próximas 3-4 filminas porque es bastante interesante. Al tener muchos grupos –OH libres, puede unirse a los lipopolisacáridos (LPS) de los gram negativos. Se unen de manera casi que covalente estos aminoglicósidos por un ataque nucleofílico. Entonces se pegan covalentemente y al hacerlo, es posible que por esas porinas que están en la pared externa de estas gram negativas, pueda entrar. Los aminoglicósidos difunden por esas porinas, que se transportaría junto con el agua porque son canales de agua, hacia el espacio periplásmico. Recuerden además que son súper solubles y al tener –OH pueden formar puentes de hidrógeno y difunden muy bien. Vayan pensando también entonces en los posibles mecanismos de resistencia de las gram negativas hacia estos aminoglicósidos…

Luego penetra la membrana interna que es un paso de potencial negativo, cinético-limitante y dependiente de energía. La energía está relacionada con el transporte de electrones y esas cargas negativas que tiene la membrana interna de la bacteria no está por arte de magia sino por la presencia de electrones. Hay una diferencia de potencial que es negativo que hace que los aminoglicósidos penetren desde el espacio periplásmico pasando por esa membrana interna hasta llegar al citosol de la bacteria. Todo por un potencial de membrana negativo interior que tienen las gram negativas o las gram positivas también. Claro que es cinético-limitante porque conforme entra por la membrana también puede haber saturación de la misma. Entonces vean que tiene 3 características los gram negativos así como los gram positivos: entran los aminoglicósidos porque esa membrana tiene un potencial negativo interno, es cinético-limitante porque

Lipopolisacárido

Espacio periplásmico

Pared externa

Membrana interna

Porina

Citosol

como se va a concentrar en la membrana eso limita ese paso porque llega un momento en que esa membrana se satura o la tasa de transferencia ya no aumenta y permanece constante aunque yo dé más antibiótico ya no pasa y por último, vimos que depende de energía porque los electrones aportan un potencial redox interno.

¿Cómo se puede bloquear ese transporte?- Con iones divalentes como Ca+2 y Mg+2 que estén dentro de la bacteria porque en vez de tener un

potencial de membrana negativo, van a tener más bien un potencial positiva que imposibilita el paso de los antibióticos aminoglicósidos.

- La hiperosmolaridad también sobretodo por el asunto de la cinética de transferencia desde la membrana hacia el citosol de la bacteria, por saturación.

- La disminución del pH porque se está aumentando H+ que interfiere con el asunto del potencial de membrana negativo.

- Y la anaerobiosis porque si no hay oxígeno, no se da la cadena de respiración en la bacteria. No hay un transporte de electrones neto. Si no hay aire no se da la fermentación del aminoglicósido. Por esto los aminoglicósidos generalmente no se usan en anaerobios. Sería como llevarlos a que se concentren en la membrana pero que nunca pasen al citosol.

Entonces en resumen. El aminoglicósido podrá pasar a través de la membrana hacia el citosol si hay un potencial de membrana negativo, si no hay saturación y si hay energía.

Hay que tener vigilancia en los abscesos porque normalmente no hay oxígeno entonces el aminoglicósido no va a trabajar muy bien ahí. Y hay que tener cuidado con una orina ácida e hiperosmolar porque entonces también aumenta la concentración del aminoglicósido en sangre, aumenta su tiempo de vida media y afecta la entrada a la bacteria.

Preguntan: ¿Por qué la hiperosmolaridad afectaba la entrada? Porque la hiperosmolaridad se refiere sobretodo a la acetilación de la membrana de la bacteria. La membrana también puede verse saturada por otras sustancias que no sean los aminoglicósidos en esa transferencia.

Una vez que tenemos al aminoglicósido en ribosoma, se une a la subunidad 30 S específicamente a la porción 16 S y aunque no lo diga ahí, yo le agrego además que también se une a una de las 21 proteínas que tenía ese 30 S. Ya en citosol se pega al ribosoma mediante sus sitios activos P y A que está sintetizando proteínas como ya habíamos visto que impedía el complejo de iniciación.

Eso causa lectura errónea y terminación prematura de la traducción del ARNm. Y también se cree que interfieren en la síntesis como tal aunque lo más importante va a ser en el proceso de iniciación. Esto sería entonces el efecto farmacológico. Vean que ese no es el mecanismo de acción; el mecanismo sería la unión a la subunidad 30 S en la porción 16 S inhibiendo ese complejo de iniciación.

Las proteínas aberrantes que se producen, ¿de dónde se producen? Recuerden que el proceso de síntesis termina allí entonces quedan proteínas anormales o no funcionales. Son proteínas que no tienen ninguna funcionalidad enzimática. Estas proteínas pueden quedar insertas en la membrana, vean que interesante [or not…ja ja]. Y ahí un dato más que es importante es que actúan sobretodo a nivel de síntesis de las proteínas de membrana, o sea, las que son estructurales que irán a formar parte de la membrana. Entonces la funcionalidad de la membrana va a estar afectada. Imagínense que esa proteína podría ser una porina por lo que la permeabilidad podría ser mayor y el aminoglicósido puede pasar más fácilmente por ejemplo y lleva a la muerte de la bacteria.

La siguiente es una figura que permite entender mejor los resultados de una síntesis alterada de proteínas. Lo primero sería el mecanismo de acción: bloquea el comienzo de la síntesis proteica. Al hacer esto, bloquea

la traducción ulterior y ocasiona terminación prematura, produciendo proteínas aberrantes y al hacer eso, además puede incorporar aminoácidos incorrectos.

Esta es del Goodman y Gilman, de hecho en este libro establecen que los aminoglicósidos trabajan en el proceso de iniciación y que podría seguirse sintetizando e incorporar aminoácidos incorrectos. Pero en otro libro dice que bloquea el inicio y ahí termina. Yo, para efectos del examen, les digo que éstos son los 3 efectos farmacológicos aunque acuérdense de esa salvedad que hacen algunos otros autores. Para mí, incorporan aminoácidos incorrectos que al fin y al cabo es interferir con la síntesis de proteínas.

Esta imagen se obtiene por cristalografía (de rayos X). [El profe dice que Parra está tan concentrado que ya lo vio, ja ja].Traigo esto porque a veces es difícil imaginarse las cosas pero así es como se vería, es un 3D de hecho. Es un aminoglicósido que está ahí pegado. Es importante que traten de imaginárselo aunque no se evalúa en el curso porque no es un objetivo pero que traten de imaginar cómo se da esa interacción entre el ribosoma y el aminoglicósido. La subunidad 16 S tiene un montón de bases nitrogenadas porque es ARN de lo que está hecho el ribosoma. Son un montón de bases nitrogenadas enmarañadas. Preguntan: ¿Esas son 2 moléculas? Eso es una cristalografía que muestra 2 pero pueden ser muchas o ser sólo una. Esto me lleva a recordar que a diferencia de las quinolonas que sí forman dímeros y tetrámeros, ellas no forman tetrámeros pero sí pueden meterse un montón en un solo ribosoma [¿¿¿???].

Este mecanismo es propuesto por algunos y de hecho en libros lo recogen. ¿Qué es lo que se ve in vitro? Se ha visto en estas bacterias bajo un microscopio, que hay derrame y fuga de iones pequeños seguido de moléculas de mayor tamaño y finalmente proteínas que determinan la muerte de la bacteria. Esto quiere decir que las proteínas aberrantes erróneas van a insertarse en la membrana de esa bacteria haciendo una membrana disfuncional que pierde fortaleza, el asunto de la osmolaridad empieza a ser malo, puede entrar más aminoglicósido sin tener que interaccionar con el LPS y depender de la porina porque ya hay un campo más abierto para entrar. Ya no va a haber un factor cinético-limitante porque la membrana pierde funcionalidad y ya no habrá concentración máxima en la membrana. Todo esto in vitro se ve así: se escapan iones, se ve cómo las proteínas empiezan a salirse de la membrana y la bacteria muere. La muerte ocurre más que todo por disfuncionalidad de la membrana aunque el efecto farmacológico es sobre la síntesis proteica.

Ahora sí, sobre las resistencias, yo les dije que fueran pensando en mecanismos que podrían afectar la interacción y entrada del aminoglicósido. ¿Qué posibilidades hay? Que no penetre la interior de la bacteria, por ejemplo que la bacteria modifique la expresión de las porinas y diga que ya no va a sintetizar porinas o que sí las sintetiza pero modificadas dejando un chiquitito. Otra posibilidad sería escasa afinidad del

antibiótico por el ribosoma, por ejemplo la subunidad 16 S puede cambiar. Pero la más importante de todas es la inactivación enzimática.

La inactivación enzimática se refiere a que hay enzimas que existen en el espacio periplásmico, son 3 y sus nombres están dados en inglés: ANT (adenila), AAC (acetila) y APH (fosforila). En las aminas primarias o secundarias del amino-azúcar (que era la estructura base) o también en sus residuos –OH van a pegar ya sea fosfatos, adenilan o pegan grupos acetilo. O sea, cuando el aminoglicósido entra y llega el espacio periplásmico, es atacado por estas enzimas que son expresadas por factores de resistencia R. Los genes del ADN que codifican para ellas se llaman factores de resistencias R. Al fin y al cabo ¿qué hacen? Me hacen una molécula menos polar en el caso de adenilación o acetilación. En el caso del fosfato no. Resulta entonces que si yo le pego un fosfato, una adenina o un grupo acetilo a la estructura, el sitio activo sobre el que va a actuar (que era la subunidad 16 S), ya no permite que el aminoglicósido entre ahí porque es una estructura muy grande. Así que por una cuestión de interferencia estérica ya no puede colocarse en la 16 S.

Debido a que ya se sabe cuáles son los grupos amino o hidroxilo susceptibles de cada aminoglicósido que vemos en la figura, biofarmacéuticamente pueden modificarse esos grupos susceptibles para evitar la resistencia. Veamos aquí a la Gentamicina C, Tobramicina, Netilmicina y Amikacina. Todos son aminoglicósidos.

Vean que por ejemplo en la Gentamicina tiene el azúcar base (en verde), tiene otro azúcar pegado que no nos importa ahorita pero vean que es una estructura azucarada, dulce.

En esta Gentamicina el amino puede ser acetilado (en rojo), también se puede adenilar este –OH (en amarillo). La estrategia entonces sería poner ahí grupos grandes de forma que la enzima no pueda actuar.

Para la Tobramicina se puede adenilar en este –OH (en amarillo), puede acetilarse en la misma posición que la Gentamicina (en rojo) o en otros aminos por ahí. Esta era de uso oftálmico, el Tobradex®. La Netilmicina con un azúcar base un poquitito diferente .

Como aclaración estas posiciones no son posibilidades simplemente, son que ya se conoce que ahí en cada caso se va a adenilar, fosforilar o acetilar. Se pone al aminoglicósido en contacto con la bacteria resistente que produce estas enzimas. Luego se analizan las estructuras y se encontró que para la Gentamicina por ejemplo era en esas posiciones que sufría cambios.

Para efectos del examen, yo quiero que vean esto porque por ejemplo yo les puedo preguntar ¿cuáles son las 3 enzimas que lo hacen, qué hace cada enzima? No les voy a decir: haga la estructura de la gentamicina e indique en qué posiciones. Pero yo sí quisiera que ustedes ustedes supieran por lo menos decirme, dándoles yo la estructura de la gentamicina y sin decirles dónde es que se modifica, cómo un aminoácido se puede acetilar o cómo la AAC acetila un aminoácido. Podría pedirles la reacción de acetilación, o sea, cómo se le pega un acetilo a eso. Por ejemplo esto sería un residuo de acetato que puede acetilar a una amina del antibiótico: O*Los electrones del N atacan al carbono del grupo carbonilo…Es un ataquenucleofílico donde al final obtengo un nitrógeno pegado a un grupo acetilo. R1-O-C-CH3 + R2NH2

Se forma una amida. Cuando tengan una amina primaria con un acetato,se forma una amida.

Sobre las aplicaciones terapéuticas, son de amplio espectro y activos contra bacterias aerobias gram + y gram – aunque por su alta toxicidad y resistencia, se limitan la gran mayoría solamente a gram negativas. ¿Cuáles son? La Acinetobacter y las demás pero esto no lo tiene que saber. Si ya se lo saben para farmacología III, perfecto porque matan dos pájaros de un sólo tiro. Pero sepan sobretodo que los aminoglicósidos en gram negativos y no tanto en gram positivos. Se darían vía oral para un efecto local gastrointestinal pero si quiero efecto sistémico, sólo vía IM o IV.

Vamos a ver ahora los agentes específicos con azúcar base de 2-desoxiestreptamina. El primer grupo son las kanamicinas. Primero que todo la kanamicina es una mezcla de kanamicinas A, B y C. Se sintetizan en un hongo que se llama Streptomyces kanamyceticus. Es el más estable químicamente con respecto a todos los otros aminoglicósidos que existen. Los cambios de osmolaridad no les afecta para nada en su estructura, el único problema sería el asunto de la resistencia bacteriana. Se usa IM/IV en gram – aunque en Pseudomona aeruginosa y algunos análogos son resistentes y se ha utilizado recientemente contra tuberculosis. Las kanamicinas en general y la Amikacina como ejemplo del grupo porque son un grupo grande con base de 2-desoxiestreptomicina. Aquí vemos la estructura de la kanamicina A y la B (en rojo). Aparte de la base, tiene otros 2 azúcares. La A en el grupo R tiene un hidroxilo y la B tiene una amina, esa es la única diferencia entre ellas. No es necesario que se sepan la estructura, sólo que es una estructura complejo de azúcares [Gracias prof, entonces sólo tengo que aprenderme 999 estructuras en vez de 1000, qué alivio].

Lo que sí me interesa mucho es cómo se sintetiza ese azúcar base que veremos más adelante. También aquí se ve la Tobramicina que tiene de nuevo a la 2-desoxiestreptamina y al lado derecho el azúcar es un análogo de la kanamicina B pero sin el –OH en 3´ (en verde).

La Amikacina entonces es un derivado acilo (en azul) de la kanamicina A porque la kanamicina A tiene un –NH2 pero la Amikacina incorpora en esa posición este grupo. Preguntan: ¿esto tampoco hay que sabérselo? No, sólo el azúcar base y la síntesis de esa base. Ya lo vamos a ver más adelante. Preguntan: ¿Ese azúcar base es el farmacóforo? Sí, pero es

que en los aminoglicósidos es un poco difícil decir farmacóforo, ¿se acuerdan cuál era la definición de farmacóforo?Es la parte de la estructura que me explica la actividad. En todos esos azúcares, por ejemplo en la Amikacina todos esos grupos –NH2 y los –OH que tiene le permite formar enlaces de puente de hidrógeno estables con la subunidad 16 S del ribosoma bacteriano. Eso es lo que hace. Preguntan: Entonces en realidad ¿no tiene un farmacóforo, como los diterpenos que simplemente por estructura podían abrir y desarmar la membrana? Exactamente, si usted le quita los azúcares ya no funciona. Es más, le quita los –OH y no funciona. Sobretodo los aminoglicósidos lo mas importante es que al ser una estructura tan grande la conformación tridimensional que tenga y su densidad electrónica. Eso es lo clave pero no existe un farmacóforo como tal. Si en un falso-verdadero yo les pongo “Todos los antibióticos tienen farmacóforo que describen su actividad” sería falso porque los aminogliósidos no tienen un farmacóforo como tal, sí tienen una estructura descriptiva base. Por ejemplo las penicilinas tienen tanto farmacóforo como una estructura descriptiva base.

Este residuo de acá se le llama L-hidroxiamino-buterilamida (en azul en la Amikacina) que inhibe la adenilación y fosoforilación en ese punto. La Amikacina no se obtiene de un hongo, del Streptomyces sino que se obtiene sintéticamente. Entonces es un aminoglicósido modificado. Esta introducción de ese grupo hace que disminuya la unión a las enzimas codificadas por el factor R, o sea, por la ANT y por la APH. Tiene una potencia amplia y espectro interesante. Compite con Gentamicina para el tratamiento de Mycobacterium tuberculosis de algunas cepas que todavía son sensibles. Sí me interesa que el espectro para la Kanamicina A lo conozcan: M. tuberculosis, Yersenia tularensis y Pseudomona aeruginosa resistente a otros agentes. Los tratamientos de estos aminoglicósidos son súper específicos, por lo mismo de que son altamente tóxicos e inducen resistencia de una manera fácil, sencilla, rápida.

La Tobramicina (ver figura de arriba) ya vimos que era un análogo d e la Kanamicina B pero se le quita el hidroxilo en la posición 3´. Es otro derivado sintético de las kanamicinas, o sea, es otro aminoglicósido modificado. Se obtiene de la fermentación de la Micromonospora purpurea, con un mayor espectro que la Kanamicina B y no es sensible a la fosforilación por ese cambio en el 3´. Se utiliza IV en infecciones con P. aeruginosa que sea resistente a la Gentamicina. Y en Costa Rica no existe presentación parenteral pero sin embargo, se usa en colirios. Ustedes han visto que casi todos los colirios para tratar conjuntivitis bacteriana traen Tobramicina.

Cambiamos ahora dentro del mismo grupo de desoxiestreptamina a la Gentamicina. Las de antes eran las kanamicinas: kanamicina A, kanamicina B, Amikacina y la Tobramicina. Este es otro subgrupo que es la Gentamicina. La Gentamicina es una mezcla de las gentamicinas A, B y C. Y dentro de las C son: C1A, C1B y C2.

La que uno normalmente encuentra en el mercado es la Gentamicina C1B. Se obtiene por síntesis de la Micromonospora purpurea. No es nada útil contra anaerobios. Lo más importante de ella es que hay menos resistencia inducible contra Gentamicina, o sea, todavía hay cepas que son sensibles a Genta y se puede utilizar. Varios grupos susceptibles al ataque enzimático están ausentes. Sus usos es en infecciones del tracto urinario, quemaduras. Existen cremas o hidrogeles que tienen Gentamicina que se usan en la piel con quemaduras para evitar la sobreinfección bacteriana. También se usan en algunas neumonías, infección de huesos y articulaciones. El uso más común es el oftálmico, tópico y en algunas cirugías pero sobretodo oftálmico y tópico. Para un asunto sistémico se pueden combinar con penicilinas y existe un análogo estructural de uso típico que se llama Netilmicina. Estas son algunas de las Gentamicinas que existen.

Tienen la base 2-desoxiestreptamina. Las flechas indican los puntos que son susceptibles para que haya resistencia.

Existen análogos de la Gentamicina. La Sisomicina es un derivado de la C 1A, o sea, que tiene en el grupo R (en rojo) a una amina primaria y la Netilmicina tiene un grupo etilo pegado ahí. Esta Netilmicina es un derivado de la Sisomicina. ¿Qué diferencia estructural ven ustedes entre la Sisomicina o Netilmicina con la Gentamicina C? Un enlace doble (en verde) en el heterociclo que impide cualquier ataque en esta área de acá. Eso sería como la resistencia del antibiótico a la resistencia de la bacteria.

La modificación estructural es para disminuir es probabilidad de ataque. Yo creo que si yo en el examen les pongo esas dos estructuras y les digo: esta es una Gentamicina C1B y esta es la Sisomicina, ¿cuál es el cambio estructural más importante entre ellas para el tema de la resistencia? Lo señalan e indican que eso disminuye la probabilidad de adenilación, acetilación y fosforilación.

Y llegamos a la parte más bonita de todas: la síntesis de este azúcar Una síntesis más para aprender, bu bu aburrido. La bacteria tiene como sustrato a la D-glucosa-6-fosfato (el fosfato en la posición 6 en rojo), se da una oxidación del 4-hidroxilo (en verde) por una reacción redox con NAD+. Luego ocurre una reacción E2 de eliminación en la posición 5 ¿recuerdan esas eliminaciones? Podía pasar una base que con sus electrones libres ataca al carbono de la posición 5 (en morado) llevándose a ese H, se forma el doble enlace y sale el grupo fosfato (hagan las flechitas). Ya luego ocurre una reducción del carbonilo en la posición 4 (en amarillo) y pasa a un –OH de nuevo. El par de electrones de este carbono (en azul) anomérico se devuelve para formar un carbonilo que en este caso queda un aldehído y se rompe la estructura del hemiacetal que había, el par de electrones que conformaban ese enlace sube y hay resonancia (en rosado) entre el doble enlace y el carbonilo que se había formado en la posición 5. Eso permite una rotación, que se puedan mover rotando sobre su propio eje. A la hora de rotar, el carbonilo de la posición 5 queda donde estaba el otro enlace y viceversa. En esa rotación, ese nucleófilo que son el par de electrones puede atacar al carbonilo de la posición 1 (en café). Después por 2 reacciones que no nos interesan ver acá que son de oxidación y transaminación, se obtiene a la 2-desoxiestreptamina. ¿Dónde se da la oxidación? Aquí porque este carbonilo se convierte en –OH (en celeste) y la transaminación se da ahí mismo en ese nuevo hidroxilo. Esas dos flechitas del último paso no tiene que saber qué es, nada más pondrían las flechitas y escriben que ocurre una oxidación + transaminación. Son pasos súper sencillos, por eso no los ponen. Si quieron hacerlo, lo hacen. En la primer flechita iría un NADH y para la transaminación es un poco más difícil porque necesita coenzimas. Preguntan: ¿Pero al pasar del carbonilo al hidroxilo no sería una reducción? Es que siempre oxidación y reducción, yo creo que a eso se refiere porque uno podría decir que siempre que hay oxidación, hay reducción.

Ahora vamos con otros que comparte a la desoxiestreptamina. Tenemos a la Neomicina. ¿La han escuchado, verdad? Es unamezcla de la Neomicina B y C. Este hongo lo produce, totalmente distinto a los otros: Streptomyces fradies. La diferencia es que aparte del aminoazúcar, van a incorporar un azúcar normal corriente: una D-ribosa. Un asunto importante también es que la Neomicina B se le llama framicetina también pero sobretodo en Estados Unidos o Europa y la Neomicina C es solamente un epímero en este carbono de acá (asterisco de la figura). ¿Qué era un epímero? Es un cambio en el carbono anomérico, cambio estructural.

Su uso es muy sencillo, en sanitización pre-operatoria del intestino. Entonces se le da a la persona vía oral para limpiar el intestino para disminuir la cantidad de bacterias que haya. Importante esa la utilidad en suprimir la flora intestinal en estos casos. Puede eliminar a la E. coli. Es ampliamente utilizado en cremas, ungüentos, colirios para quemaduras y es ototóxico por vía oral. Para las otras vías no porque es muy localizado. Es común que lleguen las mamás a preguntar por una quemadura y además se llevan alguna crema con neomicina. Viene combinada con clostebol que es un factor para crecimiento de la piel

entonces sirve para cicatrizar y previene la sobreinfección. Como es más de uso local, el asunto de resistencia no es tan importante. La Paramomicina o Aminosidina se vende todavía que es el Gabbroral. Se usa para tratamientos crónicos de la amebiasis intestinal y del coma hepático. Y se tiene como uso no aprobado en Cryptosporidium en el SIDA. Son también derivados de la Neomicina.

Pasamos de lo que son derivados de la 2-desoxiestreptamina a los que son a base de estreptamina. El más importante de ellos es la Estreptomicina. En la filmina hablan del farmacóforo, pero eso ya lo pueden ir quitando por lo que comentamos antes. Se obtiene del Streptomyces griseus. Sobretodo importante en el tratamiento contra tuberculosis, también en fiebre bubónica, lepra y tularemia. Cyuando una sustancia o un excipiente ha estado en contacto con Estreptomicina, hay que esterilizarlo con ultrafiltración y no por autoclave porque la Estreptomicina es altamente resistente a los cambios de temperatura. Uno puede tener una sopa de estreptomicina y va atenerla ahí activa siempre. Sopas me refiero a que haya calor. Eso no le hace nada, ni la humedad ni el pH. Por eso es que en el área donde se haya fabricado y todos los materiales tendrían que ser limpiados por autofiltración. Puede darse en sobreinfección por Candida albicans.

Ver la figura abajo: La estreptamina (azúcar base) también se obtiene a partir de la glucosa 6-fosfato y vean que es una reacción más o menos parecida. Hay una oxidación y una apertura del ciclo con el NAD + (en rojo). El asunto de que podía dar vuelta y la formación de un anión enolato (en morado) que reacciona con carbonilo de la posición 1. Como existe un carbono alfa al fosfato (en amarillo), esos hidrógenos son ácidos entonces se pueden perder muy fácil y el anión negativo actúa como nucleófilo sobre ese carbonilo. Sigue una reducción donde se obtiene el –OH reducido en la posición 6 (en rosado) teniendo el inositol 1-fosfato. Después hay una pérdida del fósforo en la posición 1 (en café). ¿Cómo se puede perder ese fósforo? Con una hidrólisis ácida. Ya después por oxidaciones, transaminaciones, por ATP y por la presencia de arginina, obtengo finalmente una estreptadina. Si conocen hasta donde dice inositol, están súper bien. Vean que yo les pido hasta el inositol, porque lo que sigue son 2 pasos para obtener ya la estreptamina. Después del inositol, ponen dos rayas que digan transaminación y ponen la estructura de la estreptamina. Todos empiezan a alegar y el profe como gran cosa dice que de por sí de este tema sólo serían sólo esas 2 síntesis

Por último, esta es la estructura de la Estreptomicina. Vean que a diferencia de los de antes, tiene como azúcar base a la estreptidina. Tiene los azúcares pegados en un sólo carbono porque su ustedes recuerdan las que eran a base de 2-desoxiestraptamina tenían los azúcares pegados en diferentes partes. Entonces esa es una diferencia estructural importante con respecto a las otras.

Otro que es a base de la estreptamina es la Espectinomicina que no es un aminoglicósido estructuralmente hablando porque no son azúcares individuales sino que están fusionados. Es una transdecalina acá. Es producida por este hongo: Streptomyces spectabilis. Es bacteriostático y se usa sólo contra Neisseria gonorrheae, productora de penicilinasa. No está en Costa Rica y es el mismo mecanismo de acción pero no induce errores en la codificación. No tiene que saberse la estructura pero sí saber que no es estructuralmente hablando un aminoglicósido y que sólo contra Neisseria que produce penicilinasa.

Uff, al fin terminé. Que disfruten la estudiada.