Síntesis de proteínas
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| Clase Jueves 16 Abril 2009 Química Medicinal II Dr. Franklin Binns Transcriben: Eduviges Bustos-Adriana Cordero- Sergio Granados Antibióticos β-Lactámicos Introducción Los antibióticos son el único grupo de medicamentos que cura, ya que éstos matan a la bacteria que es la causante de la enfermedad, mientras que los otros fármacos ayudan a paliar o a controlar la enfermedad. Los antivirales como la Amantadina, a diferencia de los antirretrovirales, también curan la patología. Las Penicilinas son el grupo de los antibióticos más importante. Éstas fueron utilizadas durante la primera guerra mundial para curar infecciones de tejidos blandos en los soldados. La primera penicilina que se obtuvo fue la Penicilina G. Bacterias Las bacterias son organismos procariotas y son los seres más fáciles de manipular biotecnológicamente (ya que podemos saber que proteínas sintetiza, cuáles no sintetiza, cómo es su ADN). En la estructura básica vamos a encontrar: 
Todos los antibióticos van a actuar sobre alguna de estas estructuras, por ejemplo los β-Lactámicos como las penicilinas, cefalosporinas y los penems actúan sobre la síntesis de la pared celular. Las Polimixinas actúan sobre la membrana citoplasmática, son ciclos grandes que se meten en la membrana, abren poros y la bacteria muere por presión osmótica Estos son los antibióticos que vamos a ver:  Pared Celular Bacteriana La pared celular bacteriana difiere de las barreras externas de las células mamíferas en cuanto a estructura y función. Nosotros sólo tenemos membrana celular no tenemos pared celular, por lo tanto es un punto potencial de ataque en la quimioterapia bacteriana. Un punto importante es que NO hay homología entre enzimas bacterianas y mamíferas, aunque yo no lo vería como una verdad tan absoluta para efectos del curso sí nos sirve. Esto quiere decir que las enzimas que tienen las bacterias no son nada parecidas a las de nosotros, tienen funcionalidades parecidas, ya que tienen enzimas que sintetizan proteínas pero esas enzimas son diferentes a las humanas. Ésta es la ventaja que tienen los antibióticos (AB), ya que trabajan sobre las enzimas bacterianas y no sobre las humanas. Funciones
La pared tiene una función fisiológica importante y si se quita todo esto se pierde. Composición:
TAREA 1. Síntesis de peptidoglicano (los últimos tres pasos son los que nos interesan) y el mecanismo de acción. PERO para efectos de examen no entra Bacterias Gram Positivas  La pared celular es más sencilla que las de las Gram (–). En cuanto a su composición tienen:
Baterias Gram Negativas  Estas bacterias tienen una estructura más lipófila. En cuanto a su composición tienen:
Comparación de las Membranas de las Bacterias Gram (+) y (-)  Ambas membranas tienen una pared y una membrana, pero tienen una composición distinta. La principal diferencia es la cantidad de Peptidoglicano (las gram positivas tienen más que las gram negativas) Las Gram (-) son más lipófilas y esto se debe a que poseen una membrana externa, mientras que las Gram (+) no tienen esta membrana. Las Gram (+) excretan (tiran fuera) las Beta-Lactamasas, mientras que las Gram (-) las tienen en el espacio periplásmico entre la membrana externa y la membrana plasmática. Las Gram (-) poseen LPS, mientras que las Gram (+) no tienen lipopolisacáridos. Lo que nos va a interesar en el tema de las penicilinas, son las Beta-Lactamasas y las PBP´s, ya que sobre ellas es que se va a dar el mecanismo de acción de estos Antibióticos. Beta Lactámicos Los Beta Lactámicos son aquellas estructuras que tienen una amida cíclica de cuatro miembros que recibe el nombre de azetidinona. Este es el Farmacóforo de las penicilinas, es decir, la parte interna de una estructura que permite explicar un efecto específico, en nuestro caso hablamos de un efecto farmacológico sobre un determinado blanco.  El anillo tiene una tensión muy alta y esto hace que sea tan reactivo y es lo que le da la actividad farmacológica. Penicilinas Dentro de los Beta Lactámicos encontramos a las Penicilinas. Desde el año 1929 hasta el año 1981 se han ido descubriendo y mejorando beta-lactámicos. La mejora ha ido en dos sentidos, uno en disminuir la resistencia bacteriana que se genera y el otro en que las penicilinas sean más tóxicas, es decir que tengan un potencial terapéutico más fuerte. La primer Penicilina se obtuvo a partir del hongo Penicillium chrysogenum. Este hongo se coloca en un caldo de maíz y comienza a sintetizar distintos sustratos pero lo que más sintetiza son penicilinas. Después aparecieron las cefalosporinas, las cuales tienen pegado un anillo de 6 miembros en lugar del de 5, así como un doble enlace que les da más estabilidad. Luego aparecieron las cefamicinas. Posteriormente, aparecieron los Carbapenems y los Imipenems que son incluso estructuras más sencillas pero siempre se mantiene la azetidinona. Es muy importante conocer la estructura de la Penicilina, así como su numeración. Una Penicilina siempre va a tener ese enlace beta-lactámico y ese anillo de cinco miembros con un azufre. Tiene características ácidas porque el carbono 2 tiene un carboxilo  Las Penicilinas tienen un anillo fusionado a la betalactama de tiazolidina 5‐sustituida y tienen quiralidad del anillo betalactámico. La fusión con otro anillo resulta en la forma de “V” de la molécula, lo cual aumenta la posibilidad de hidrólisis porque el anillo betalactámico como tal tiene una tensión interna muy grande y al ponerle otro anillo hace que la conformación estructural-tridimensional de la Penicilina no sea plana sino que tiende a comportarse como una “V”. Qué pasa con el enlace amida? Un enlace amida sencillo es plano, hay una coplanaridad entre el Carbono con el Oxígeno y entre el Nitrógeno con el Hidrógeno. Esto se explica porque hay una resonancia electrónica en ese enlace amida, que hace que este enlace C-N no sea un enlace simple sino que se parezca más en cuanto a tamaño y distancia a un enlace doble. Si el enlace amida no fuera plano no se podría dar esa resonancia. El enlace amida además es fuerte y no es fácilmente hidrolizable  En las Penicilinas el enlace Carbono-Oxígeno-Nitrógeno no es coplanar y por lo tanto no existe esa resonancia, consecuentemente el carbonilo (en la posición 7) de la penicilina está libre y se va a comportar como carbonilo normal que puede ser atacado por un nucléofilo debido a su densidad electrónica. En las Penicilinas, la gran tensión interna que tiene el anillo de betalactama (por ser un ciclo de 4) sumado a la forma de “V” que tienen las penicilinas (generada también por la tensión del anillo) y el no tener un enlace amida plano, hacen que el Carbonilo de la posición 7 ya no vaya a tener características de amida y se comporte como un carbonilo normal y pueda ser atacado por un nucléofilo. El Dr dijo que esto va a ser pregunta de examen En Costa Rica tenemos las siguientes Penicilinas:  Las que se encuentran en la CCSS son la Amoxicilina y la Penicilina G Benzatínica. Ésta última es la que se pone una sola vez y duele mucho. Mecanismo de Síntesis   El hongo Penicillium chrysogenum sintetiza la Penicilina G Benzatínica. Este mecanismo de síntesis lo vamos a dividir en tres partes. Primera Parte La L-Lisina se convierte en un gama semialdehído, en este paso lo que ocurre es que la amina se convierte en carbonilo por medio de una enzima y este paso ocurre en el citoplasma del hongo. Luego, esta amina como tiene dos pares de electrones libres ataca al carbonilo en un ataque nucleofílico y forma un anillo de piperidina con un doble enlace en el Nitrógeno. Después, el cofactor NAD+ abre el anillo y forma el ácido L-α-aminoadípico, y este ácido es tomado por un complejo de enzimas para iniciar la síntesis de la Penicilina. Segunda Parte En esta parte ocurre la síntesis de un tripéptido bastante interesante. Usualmente la síntesis de péptidos de los eucariotas y los procariotas ocurre en los ribosomas pero en este hongo es diferente. La síntesis de proteínas en este hongo es no ribosomal y ocurre en un complejo de enzimas citoplasmáticas. Vean que en este complejo de enzimas hay varios módulos y todos ocurren simultáneamente. En el módulo 1 hay tres enzimas, una de ellas tiene un dominio que adenila? los sustratos, la otra es un PCP (dominio proteico acarreador de péptidos o de peptidil) y la última es un dominio de condensación. Pero esto no importa porque es un complejo proteico y de hecho estas tres A, PCP y C son solamente dominios dentro del complejo proteico y cada uno tiene actividades enzimáticas propias. Vean que la ruta de síntesis de las Penicilinas es esencialmente proteica, ya que inicia con aminoácidos. Lo más importante es que el módulo 1 toma el ácido L-α-aminoadípico y lo pega a su estructura por medio de un de un ataque nucleofílico del grupo tiol (que está en el complejo) al grupo carbonilo del ácido. En el módulo 2 los mismos dominios tienen pegado un residuo de L-Cisteína y en el módulo 3 tienen pegado un residuo de L-Valina. En estos módulos se van pegando los residuos para obtener al fin y al cabo el ácido ACV que es el precursor más importante de la Penicilina G. Esto ocurre por medio de una serie de reacciones nucleofílicas donde el par de electrones de la amina de la L-Valina ataca el Carbonilo de la L-Cisteína, luego este enlace se rompe y queda un azufre libre en el módulo 2 al que probablemente se le pegue un H para formar un grupo tiol. Por último este par de electrones de la amina de la L- Cisteína ataca al carbonilo del ácido L-α-aminoadípico y se obtiene el ácido ACV. Vean que en la figura el ACV aparece cortado, pero lo que falta es sólo un metilo. (Esto fue lo que dijo el Dr. pero creo que lo que le falta a la estructura es esta parte:  Este ACV va a tener todas las estructuras que estaban en los otros módulos. El azufre de la estructura del ácido ACV viene de la Valina, del módulo 3. El ACV no se puede obtener libre en el hongo, no se puede aislar, ya que el hongo no perdona y siempre llega hasta la síntesis de la Penicilina. Tercera Parte Con el ACV se van a dar una serie de reacciones REDOX. En el medio aparece Oxígeno y un grupo Hem, y el Hierro acompleja al Oxígeno. Donde dice Enz significa enzima y esta enzima tiene un hierro pegado que coordina con el oxígeno (Esta parte está un poco enredada lo transcribí como él lo dijo). El hierro se une por un enlace simple al Azufre y entonces vamos a tener dos cosas pegadas el ACV y el grupo Hem. Después el nitrógeno ataca el carbono con doble enlace y le permite al azufre liberar esa tensión del doble enlace, el par de electrones que estaba acá pasa al azufre y se obtiene el anillo betalactámico. Este anillo se obtiene por una reacción de oxidación. Luego de una serie de reacciones complejas a través de radicales libres que no vamos a ver, permiten tener en este punto un radical libre y se va a dar una reacción radicalaria intramolecular. Entonces este radical y un electrón de este enlace se unen para formar este anillo de 5 de tiazolidina y esta reacción también permite que el grupo Hem se vaya. Al final tenemos la Isopenicilina N. Después de aquí pueden pasar varias cosas:
Nosotros también podemos enriquecer el medio del mismo hongo Penicillium con ácido fenoxiacético y se obtiene la Penicilina V, la cual es más estable que la Penicilina G. Para obtener la Penicilina V también se parte del 6-APA. La penicilina V, con sólo este cambio estructural que se le hizo, es más ácido resistente y ahorita vamos a ver por qué  Estas otras son penicilinas totalmente sintéticas porque las que ya vimos se hacían en un cultivo de hongos. Sin embargo, siempre se va a ocupar del hongo porque es el único que puede hacer un enlace betalactámico y el ciclo de 5 tan fácil. En éstas se parte de la bencilpenicilina (la cual se obtiene de un cultivo de hongos) y se protege el grupo carboxilo. Se hace posteriormente una cloración con PCl5 y después se le pone butanol que va a hacer que desaparezca ese enlace clorado y va a formarse ahí un éter. Se le pone agua, la cual hidroliza este enlace para obtener el 6-APA y finalmente por una reacción de alquilación con un sustrato que está clorado se puede poner aquí la cantidad de grupos R que yo quiera. |
