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Sulfonamidas
- Explicar a importância do prontosil – acção in vitro, in vivo e descoberta da sulfanilamida.
O Prontosil rubrum (tinta vermelha que
esteve na origem das sulfonamidas), tal como a
coloração de Gram, é retido por algumas bactérias
patogénicas, mas não por células humanas -> Veneno
selectivo -> fármaco etiotrópico.
- Conhecer a importância das sulfonamidas antibacterianas no desenvolvimento de outros
grupos de fármacos.
Descoberta da sulfanilamida -> era moderna dos fármacos
antimicrobianos -> Uso oral seguro e com resposta eficaz.
A síntese de sulfonamidas (usadas por terem baixo custo) levou
aos primeiros estudos REA que demonstraram a importância de
mudanças moleculares no design de fármacos -> Síntese
de novos anti-diabéticos e diuréticos e monitorização dos
níveis de fármacos no sangue durante a quimioterapia ->
Estudos de farmacocinética, essencialmente em cálculos de doses terapêuticas.
Muito usadas pelos efeitos hipoglicemiantes; as estruturas anílinicas -> problemas
hematológicos (trombocitopenia); já o grupo sulfonamida -> reacções alérgicas (rash cutâneo).
- Reconhecer a estrutura genérica das sulfonamidas.
- Conhecer o modo de síntese do ácido di-hidrofólico bacteriano.
O ácido fólico (AF) e/ou os seus derivados são cruciais para a síntese de DNA,
nomeadamente para a síntese de timidina -> essencial para a multiplicação bacteriana.
- Activo in vivo contra infecções de streptococcus em ratos.
- Inactivo in vitro -> Prontosil encontrado na urina de animais tratados já é bioactivo in vitro. Substância activa:
ácido amida p-aminobenzenosulfónico -> Sulfanilamida (produto incolor obtido por metabolismo hepático
redutivo) é um agente bacteriostático. Desta forma, Prontosil é considerado um pró-fármaco. E outro produto:
o,p-diaminoanilina
Amida derivada do ácido sulfónico -> Sulfona
Antidiabético
s
Diuréticos
s
Redução
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Ao contrário dos humanos (não têm di-hidropteroato sintase), a maioria das
bactérias não contém os mecanismos de transporte necessários para captar o AF do ambiente
e convertê-lo a ácido tetrahidrofólico, daí terem que o sintetizar de novo -> Toxicidade
selectiva -> Susceptibilidade para mecanismos bacteriostáticos (ou até bactericidas),
nomeadamente, das sulfonamidas. Estas:
1. Podem ligar-se ao dihidropteroato difosfato em vez do PABA -> falso metabolito;
2. Pode inibir a dihidropteroato sintase (sintase -> não usa ATP/GTP; sintetase -> usa um ou
outro), não permitindo a síntese de AF e, consequentemente, a biossíntese dos ácidos
nucleicos necessários para a multiplicação bacteriana -> Mecanismo de competição
reversível com o PABA (mecanismo principal).
- Mecanismo de formação normal de derivados do ácido fólico:
1) 2-amino-4-hidroxi-6-hidroximetil-7,8-dihidropteridina reage com o ATP incorporando 2
fosfatos -> Formação de di-hidropteroato difosfato.
2) Este reage com PABA pela catálise da di-hidropteroato sintase -> ácido di-hidropteróico.
3) Reacção com L-glutamato catalisada pela di-hidrofolato sintetase -> ácido di-hidrofólico.
4) Formação do ácido tetrahidrofólico -> catalisada pela di-hidrofolato redutase.
5) Formação de purinas e pirimidinas, após vários passos catalisados enzimaticamente.
- Evidenciar a semelhança estrutural entre o ácido p-aminobenzóico (PABA) e as
sulfonamidas e a sua influência nas interacções com a enzima.
As sulfonamidas bloqueiam a síntese de tetrahidrofolato nas células bacterianas. Este
é importante para humanos e bactérias -> co-factor que fornece 1 unidade de carbono para a
síntese de pirimidinas (necessárias para a síntese de DNA); sem ele, a célula não consegue
crescer/dividir-se.
LEGENDA: 5.50- 2-amino-4-hidroxi-6-hidroximetil-7,8- dihidropteridina 5.51- Difosfato 5.52- di-hidrofolato
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A analogia entre as sulfonamidas e o PABA (substrato normal para a di-hidropteroato
sintase) – bioisósteros não-clássicos - dá-lhes a capacidade para se ligarem ao local activo
como substrato, impedindo a ligação do PABA.
Inibição competitiva
e reversivel
- Compreender o mecanismo de inibição da enzima di-hidropteroato sintase.
Todas as sulfonamidas actuam de forma semelhante na inibição da síntese de
derivados de ácido fólico: ligação entre o NH2 da sulfonamida e o metileno activado como
éster de ácido pirofosfórico do substrato derivado do heterociclo pteridina.
O produto formado (5.55) não consegue produzir dihidrofolato e sendo assim o
organismo não consegue adquirir o tetrahidrofolato que é necessário como co-factor para a
síntese de purinas e pirimidinas.
- Reconhecer a importância dos diversos grupos constituintes das sulfonamidas na sua
actividade biológica.
Grupo SO2 aromático (potente electroatractor) -> N a ele ligado fica
parcialmente positivo -> Aumento da acidez dos H ligados ao azoto -> Grupo
Síntese de mais PABA por algumas bactérias -> Mais difícil às
sulfonamidas reagirem no local activo da enzima -> Mecanismo de
resistência intrínseco de algumas bactérias.
Em casos de maiores quantidades de PABA no meio -> dose de
sulfonamidas tem de ser maior para ocorrer inibição enzimática.
Competição com o PABA para esta mesma ligação –CH2-NH- formada tanto na
biossíntese normal como na síntese do falso metabolito pelas sulfonamidas.
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acídico (pKa = 10,4), sendo que o pKa do COOH do PABA é aproximadamente 6,5.
Substituição de um dos H do NH2 ligado ao S por um anel heteroaromático
electroatractor -> Composto com actividade antimicrobiana e acidez aumentata no H restante
(pKa reduzido para a mesma gama de valores do PABA; aumenta a ionização) -> Aumento da
potência e da solubilidade aquosa em condições fisiológicas.
Grupo amina e sulfonil no anel benzénico devem ser para.
Grupo NH2 -> não substituído; ou 1 substituinte que é removido in vivo (Ex.: acilado).
Substituição do anel benzénico por outros anéis, ou a introdução de mais
substituintes no mesmo -> Diminui a potência ou fica sem actividade.
Grupo sulfonil -> substituído por outros grupos (geralmente a actividade é reduzida):
Substituição em R1 -> compostos mais potentes (potência aumenta com compostos
heteroaromáticos).
Substituição em R1 e R2 -> compostos inactivos.
- Conhecer as estruturas das sulfonamidas e a importância dos derivados heterocíclicos.
Substituição em R2 por anéis aromáticos e heterocíclicos -> aumenta a
ligação às proteínas, o que vai afectar os níveis sanguíneos e o t1/2 dos AB -> Pode
deslocar outros fármacos bem como a bilirrubina da ligação às
proteínas -> não se podem usar em grávidas (principalmente,
em final de tempo);
Variações em R2 -> Podem alterar a solubilidade das
sulfonamidas (alteram mais a PK que o mecanismo de acção).
O NH2 é acetilado no fígado (amidas resultantes têm
baixa solubilidade) -> pode levar a efeitos tóxicos. Ex.:
Metabolito do sulfatiazole por N-acetilação é pouco solúvel e
pode ser fatal se bloquear os túbulos renais.
Substituir o anel tiazole por um anel
electroatractor pirimidina -> Melhor
solubilidade do novo composto, a
sulfadiazina -> No entanto, caso a acetilação
seja seguida de glucoronidação no fígado, os
metabolitos resultantes não têm actividade.
- Conhecer a síntese geral das sulfonamidas.
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Sulfonamidas antibacterianas:
1) Reacção da acetanilida
com ácido clorosulfónico para
formar cloreto de ácido 4-
acetamidobenzenosulfonico.
2) Reacção de aminólise
com posterior desprotecção do
grupo amina em meio básico.
Problema: preparação da amina heterocíclica usada na aminólise.
- Compreender a importância do pKa na absorção, no transporte na circulação sanguínea, na
interacção com a enzima, nas aplicações (acção intestinal, renal ou sistémica) e na
problemática da cristalização a nível renal das sulfonamidas.
O pKa é importante para a actividade antibacteriana das sulfonamidas (os valores
óptimos estão entre 6,0 e 7,4) -> Quanto menor for, maior será a [ ] da forma iónica capaz de
interagir com a enzima de forma semelhante ao PABA.
O pKa depende da electronegatividade do SO2, sendo o grau de dissociação também
muito influenciado pelo pHintracelular. Balanço óptimo entre actividade intrínseca e penetração
na membrana celular bacteriana -> grau de 50% de ionização. Assim, sulfonamidas:
- Com grupos não-ionizáveis
adicionais -> Não são
facilmente absorvidas e
permanecem no intestino ->
Podem utilizar-se em IGI.
- Já as formas ionizadas, mais
solúveis -> Excreção rápida ->
úteis em ITU’s.
- Mais lipofílicas, com t1/2
maior -> Úteis em infecções
sistémicas (generalizadas).
Um dos grandes problemas das primeiras sulfonamidas sintetizadas: cristalizavam a
valores de pH inferiores aos do plasma (cristalúria) devido à sua solubilidade aquosa reduzida -
> Moléculas na forma não ionizada na urina, devido ao pH desta -> Cristalização das
sulfonamidas na urina levava a danos renais graves.
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Solução: síntese de derivados mais hidrossolúveis e mais activos (diminuição das
doses administradas) -> Formação de sais de sódio que estão parcialmente ionizados (mais
solúveis na urina com pH normal) -> Problema da administração por injecção, devido ao facto
destes sais serem corrosivos nos tecidos.
- Conhecer possíveis modificações estruturais para alterar o pKa.
Alterando o anel tiazole do
sulfatiazole por uma pirimidina (mais
electroatractora) -> H do azoto do
grupo sulfonamida mais acídico -> estabiliza o anião resultante -> Compostos mais solúveis e
menos tóxicos, pois estão ionizados a pH fisiológico, ao contrário de compostos cujo pKa era
maior -> não ionizados a pH fisiológico (mais tóxicos e menos solúveis).
Pró-fármacos
- Reconhecer a sulfassalazina e análogos
Sulfassalazina: não é uma sulfonamida típica
-> mesmo sendo administrada oralmente, não é
absorvida a nível intestinal -> chega a zonas mais
distais deste; pró-fármaco que é alvo de redução
metabólica por parte das bactérias intestinais.
Metabolismo: ácido 5-aminosalicílico ->
Composto activo -> Agente anti-inflamatório usado
para tratar colite ulcerativa e Doença de Crohn.
- Compreender o mecanismo químico de redução do grupo azo.
A redução do grupo azo (RN=NR) é similar à redução do grupo nitro. É mediada pelo
CYP450 e pelo NADPH-CYP450 redutase, sendo que o oxigénio inibe a reacção -> Reverte o
processo – formação do radical superóxido.
Azoredutases não sensíveis ao oxigénio:
reagem por redução directa do grupo azo a um
intermediário hidrazo -> 2e-.
Bactérias do TGI -> Importantes na
redução azo. Ex.: Redução da sulfassalazina a 5-ASA
e sulfapiridina ocorre primariamente no cólon
mediada por bactérias intestinais.
- Conhecer pró-fármacos hidrofílicos do sulfatiazole e outros pró-fármacos.
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Para que se consiga restringir a passagem de um fármaco em algumas membranas
biológicas aumenta-se a hidrofilia -> Grande importância no tratamento de ITGI, de modo a
não ocorrer absorção intestinal -> Pro-fármacos hidrofílicos do sulfatiazol.
Succinilsulfatiazole -> grupo
succinil contém um grupo ácido -> Pró-
fármaco ionizado somente nas
condições alcalinas do intestino, não
sendo absorvido na corrente sanguínea e ficando retido no intestino.
Substituição do H da anilina por grupos benzilicos -> Pró-
fármacos com baixa absorção no intestino -> Alta hidrofobicidade ->
Úteis em infecções intestinais.
Trimetropim
- Conhecer a estrutura e a importância.
Associa-se muitas vezes às sulfonamidas -> actuam em 2 enzimas que participam na
síntese de ácido tetrahidrofólico bacteriano -> Sinergismo.
Potente inibidor da di-hidrofolato redutase bacteriana (catalisa a redução do ácido
di-hidrofólico a ácido tetra-hidrofólico), mas a sua afinidade para a enzima correspondente nos
humanos é muito mais baixa -> diferenças estruturais -> Toxicidade selectiva.
É um inibidor competitivo que se liga ao local activo da
enzima mais intensamente que o seu substrato natural; com
mecanismo bacteriostático.
Quinolonas
- Conhecer as classes estruturais de quinolonas (quinolinas, naftiridinas e cinolinas) e
reconhecer a parte estrutural comum (grupo farmacóforo – ácido 1,4-dihidro-4-oxo-3-
piridinocarboxílico).
Pontes de H entre a porção 2,4-diaminopteridina do trimetropim
(protonada a pH fisiológico) e grupos aniónicos do centro activo -
> Basicidade do anel pteridínico é muito maior que o que a do
anel correspondente do substrato natural -> N protonado
estabelece uma ligação iónica forte com o grupo carboxilato do
Asp-27 da enzima.
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Compostos semi-sintéticos -> Substituição bioisostérica de vários grupos funcionais
na estrutura do farmacóforo do ácido nalidíxico (1ª quinolona a ser comercializada, derivado
da naftiridina) -> Desenvolveram-se 3 classes de quinolonas:
- Quinolinas (Ex.: norfloxacina, ciprofloxacina,
lomefloxacina) – anel benzénico conjugado
com o farmacóforo.
- Naftiridinas (Ex.: enoxacina) – anel piridínico
conjugado com o farmacóforo.
- Cinolinas (Ex.: cinoxacino).
As 3 classes têm em comum: ácido
1,4-dihidro-4-oxo-3-piridinocarboxílico.
Só com a descoberta das 6-fluorquinolonas (actividade aumentada), é que a
utilidade clínica das quinolonas aumentou drasticamente.
Mecanismo de acção: inibição da DNA girase (topoisomerase II) -> DNA bacteriano
super-enrolado não sofre transcrição e tradução; ou inibição da topoisomerase IV -> interfere
com a separação dos cromossomas para as respectivas células filhas durante a divisão celular.
O DNA humano forma-se com o auxílio de uma enzima análoga à topoisomerase II,
mas que normalmente não se liga às quinolonas nas doses terapêuticas -> não há destruição
das células do hospedeiro -> Toxicidade selectiva.
- Relação estrutura-actividade.
Farmacóforo -> essencial para a actividade.
Grupo ácido carboxílico e cetona -> ligação ao
sistema enzimático DNA/DNA-girase.
Redução da ligação dupla 2,3 ou do grupo 4-ceto -> Inactiva a molécula.
Substituição no C2 -> Interfere com a formação do complexo enzima-substrato.
Substituição em C6 com um F -> Aumenta muito a actividade antimicrobiana ->
aumenta a lipofilicidade da molécula e aumenta a acção inibitória sobre a DNA girase.
Grupo adicional F em C8 -> Aumenta t1/2 e absorção, mas também aumenta o risco
de fotossensibilidade.
Adição de heterocíclicos em C7 -> Melhora o espectro, especialmente
contra Gram-.
Piperazinil (ciprofloxacina) e pirrolidinil (moxifloxacina) -> Aumento mais
significativo na actividade dos agentes antimicrobianos.
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No entanto, o grupo piperazinil em C7 também aumenta a ligação aos receptores
GABA (agonistas) no SNC -> efeitos secundários neste. Para minimizar a ligação ao receptor ->
Substituição alquil da piperazina (Iomefloxacina e ofloxacina); ou a introdução de grupos
volumosos em N1 (esparfloxacina).
Grupos pequenos polares em 5 -> aumentam a potência. Halogénios -> aumenta
fototoxicidade.
Ciclopropil em N1 -> parece alargar a actividade, passando esta a incluir bactérias
atípicas, tais como Mycoplasma, Chlamydia e espécies de Legionella.
Introdução de um 3º anel no núcleo das quinolonas -> Oflaxacina -> 1 carbono
assimétrico em C3’. O enantiómero S-(-) -> levofloxacina liga-se melhor à DNA girase e é 2x
mais activo que a ofloxacina e 8-128x mais potente que o isómero R.
Halogénio em C8 -> fotossensibilidade grave -> indução da produção de singletos de
oxigénio e de radicais livres. Lomefloxacina -> mais alto potencial de fototoxicidade. Já a
substituição do halogénio em C8 por um metoxi (gatifloxacina) -> reduz a fotossensibilidade.
- Conhecer as estruturas e principais características das quinolonas das várias gerações.
Fluorquinolonas -> Melhor absorvidas após administração oral;
excelente biodisponibilidade; ligam-se moderadamente às proteínas e
possuem t1/2 relativamente longos.
As 1as quinolonas desenvolvidas -> rapidamente excretadas pela
urina -> utilização limitada ao nível de
ITU.
Quinolonas mais recentes ->
Distribuem-se ao nível dos macrófagos
alveolares, mucosa brônquica, fluído
epitelial e saliva -> útil em infecções
sistémicas.
- Analisar a síntese da norfloxacina e
da ciprofloxacina
Norfloxacina
1º Condensação da 4-fluor-3-
cloroanilina com 2-
etoximetilenomalonato de dietilo.
2º Adição 1,4 do diéster α,β-insaturado e formação
da correspondente quinolona com eliminação de
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etanol. Este processo ocorre através de aquecimento e realiza-se no solvente éter difenílico
devido ao seu elevado ponto de ebulição.
3º N-alquilação utilizando brometo de etilo e trietilamina como catalisador e em seguida
hidrólise do éster com hidróxido de sódio para formar o grupo carboxílico livre.
4º Substituição nucleofílica do Cl do anel aromático (possível pois este encontra-se em posição
para em relação a um grupo carbonilo atractor de e-). Esta substituição ocorre com piperazina.
Ciprofloxacina
Condensação com o éster de
benzoilmalonato, em ambiente de
desidratação.
Envolve a construção do anel piridona à
direita de um anel aromático (com o
substituinte F).
O substituinte ciclopropil é incorporado apenas antes do fecho do anel e o substituinte
piperazinil é adicionado no passo final da síntese.
- Compreender a interacção das quinolonas com alimentos e com fármacos com metais
polivalentes e consequências.
Todas as quinolonas -> Quelatos com iões di- e trivalentes -> Reduz solubilidade
e absorção. A quelação ocorre entre o metal e o ácido 3-carboxilico e 4-cetona.
Assim, a administração de agentes contendo metais polivalentes deve ocorrer
4h antes ou 2h depois da administração de quinolonas.
Compostos nitroaromáticos
1. Nitrofuranos – nitrofurantoína
- Conhecer o mecanismo molecular de actuação
O fármaco é activado metabolicamente pela
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redução do seu grupo nitro para a produção de espécies reactivas de oxigénio.
Nitrofurantoína e metronidazole -> Efeitos dissulfiram quando ingeridos com álcool.
- Conhecer o mecanismo de formação de radicais livres a partir de derivados nitro.
A acção farmacológica destes compostos deve-se à
facilidade do grupo nitro poder actuar como aceitador de um e-,
originando-se (1) em que o e- desemparelhado está
deslocalizado sobre o azoto e sobre os dois O. Na presença de O2,
a espécie 1 volta ao nitroderivado inicial,
originando um radical superóxido.
Este sofre acção de enzimas
como a SOD, formando H2O2, que pode destruir membranas biológicas
e reagir com enzimas ferrodoxinas, libertando espécies reactivas (OH•)
que são tóxicas para as células bacterianas e parasitárias.
- Compreender porquê os nitroderivados são mais efectivos em
organismos anaeróbios
Em
anaeróbios, não se
forma radical superóxido (não há O2) ->
Produto intermediário 1 continua a reduzir-
se (Ex.: por acção do glutatião) originando
derivados nitrosos (2) e, posteriormente,
radicais nitróxido (3). Além disso, a espécie
1 é básica e a sua protonação pode originar
a espécie 4 que se fragmenta num radical arilo e em ácido nitroso.
As espécies formadas nestas reacções são mais tóxicas do que o radical superóxido.
Este facto está baseado: nos diferentes potenciais de redução da ferrodoxina (quando
comparada com o sistema NADH/NAD+) -> o desta é mais baixo e como tal o grupo nitro é
reduzido e a célula é oxidada; bem como na reactividade de Ar• -> Reage com tudo (carga está
presente num anel aromático).
- Análise da síntese da nitrofurantoína.
1. Parte-se do furfural e protege-se o grupo formilo com anidrido acético (caso contrário,
seria oxidado a ácido carboxílico).
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2. De seguida, faz-se a nitração em 5 por reacção do composto formado no 1º passo com
acetato de nitrónio, formando-se um diacetato de 5-nitrofurfurilo, para evitar a
utilização de outros reagentes ácidos que produziriam polimerização.
3. Este composto reage com uma 1-aminoimidazolina-2,4-diona, a aminohidantoína,
para formar a nitrofurantoína que é uma base de Schiff. NOTA: A aminohidantoína é
formada pela reacção de isocianato de potássio com uma hidrazina convenientemente substituída que,
posteriormente, quando colocada em meio ácido vai formar a imidazolina (aminohidantoína).
- Compreender o mecanismo de actuação - activação metabólica por redução do grupo nitro
e produção de espécies reactivas de oxigénio.
Envolve a entrada para a célula bacteriana, onde o grupo nitro é reduzido -> diminui
a [fármaco]inalterado dentro da célula -> gradiente de concentrações -> maior influxo de fármaco.
O mecanismo de redução é tóxico para a célula -> radicais livres que agem no DNA.
Fosfomicina
- Conhecer a estrutura e obtenção.
Derivado epóxido do ácido fosfónico; inicialmente isolado de Streptomyces spp.
- Compreender a necessidade de formação do sal trometamina.
É necessário a formação de um sal com trometamina -> só desta
forma a fosfomicina é suficientemente solúvel para ser administrada por via oral.
- Conhecer o mecanismo molecular de actuação.
Por ser um análogo do fosfoenolpiruvato -> inibidor competitivo irreversível da
enzima UDP-N-acetilglucosamina-3-O-enolpiruvil-transferase.
Grupo SH de um resíduo de cisteína na posição 115 da enzima liga-se ao C(2)-O do
anel oxirano -> análogo à dupla fosfoenolpiruvato. Na fosfomicina, não há o grupo fosfato do
fosfoenolpiruvato, mas sim um grupo fosfonato -> não funciona como grupo de saída e, desta
forma, não se pode formar a ligação entre o grupo C(3)OH da UDP-N-acetilglucosamina e o
átomo de C, para formar o enoléter que por redução origina o ácido UDP-N-acetil-murâmico.
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Outras enzimas que utilizam o ácido UDP-N-acetil-murâmico não são inibidas pela
fosfomicina de forma eficaz porque catalisam outras reacções.