kháng sinh Beta lactam I

CƠ CHẾ ĐỀ KHÁNG Đề kháng enzym: VK sản xuất -lactamase Đề kháng không enzym: - thay đổi tính thẩm thấu của màng tế bào - biến mất hoặc biến đổi các PBP - ‘Efflux pumps’ Vd: multidrug re

KHÁNG SINH  -LACTAMIN (  -LACTAM)

Azetidin = β-lactamin

CÁC THUỐC CHÍNH

Penicillin: (PENAM)

penicillin G; penicillin V methicillin; oxacillin

N

O O

N O

CÁC THUỐC CHÍNH

Cephalosporin (CEPHEM)

Thế hệ V: ceftobiprole

NO

S

NH O

CƠ CHẾ KHÁNG KHUẨN

CƠ CHẾ KHÁNG KHUẨN

Transpeptidases = Penicillin-binding proteins (PBP)

= Protéine de liaison aux pénicillines (PLP)

Drugs that inhibit the cross-linking of the peptidoglycan chains The final step in the

formation of the cell wall is the completion of the cross-links This converts the water-soluble and therefore mobile peptidoglycans into the insoluble stationary cell wall Investigations using Staphylcoccus aureus

indicated that the cross-linking is brought about by a multistep displacement of the terminal alanine of the peptide attached to one peptidoglycan chain and its replacement by the terminal glycine of the peptide attached to a second peptidoglycan chain (Fig 7.26) This reaction is catalysed by transpeptidases

CƠ CHẾ ĐỀ KHÁNG

Đề kháng enzym: VK sản xuất -lactamase

Đề kháng không enzym:

- thay đổi tính thẩm thấu của màng tế bào

- biến mất hoặc biến đổi các PBP

- ‘Efflux pumps’ Vd: multidrug resistance (MDR) pumps

Thí dụ: Sự đề kháng của Staphylococcus aureus

- Sx penicillinases

- Thay đổi PBP: PBP 2a tìm thấy trong MRSA ( resistant Staphylococcus aureus)

Methicillin-(A) Stereo view of the active site of

PBP 2a of S aureus depicted as a

solvent-accessible surface (green) The side chains of the active-site serine and lysine are shown as capped sticks and colored by atom types (carbon in gray, oxygen in red, and nitrogen in blue) The backbone of the loop that caps the active site is shown as an orange wire

(B) Stereo view of the active site from the same perspective shown

in panel A, except the loop is now shown as a solvent-accessible surface for both the backbone and the side chain functionalities The presence of the loop blocks the active-site access for molecules the size of typical –lactam

antibiotics

The development of new –lactam antibiotics that inhibit PBP 2a is significant progress and

offers a glimmer of hope for the future treatment of MRSA infections, including those caused by vancomycin-resistant and -intermediate strains

HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN

Quan hệ cấu trúc – tác động

N

O

COOH H

HN

O O

R

H H

1

2 3

4 5

6 7

Penicillin

N NH

O O

R 1

H H

1

3 4

5 6

O O

NHÓM PENICILLIN

Benzyl penicillin = Penicillin G

S

COOH H

HN

O O

R

1

2 3

4 5

6 7

Penicillin

N

S

COOH H

4 5

6 7

6-aminopenicillinic acid

Danh pháp IUPAC

Amid- 6 của acid (2S, 5R, 1-bicyclo [3.2.0]-heptan carboxylic)

6R-amino-6-dimethyl-3,3-oxo-7-thia-4-aza-Danh pháp thông dụng

Penicillin như là những amid của acid 6-amino penicillanic (6- APA)

ĐIỀU CHẾ

Từ nấm Penicillium notatum

Penicillin G (thêm vào môi trường acid phenylacetic …)

Penicillin V (thêm vào môi trường acid phenoxyacetic …)

60mg/L 20 g/L

Phương pháp sinh học

N S

O

HN

CH3COO

H H

R

O O

R

H H

1

2 3

4 5

6 7

Penicillin

N

S

COOH H

4 5

6 7

HN

O O

R 1

H H

1

2 3

4

5 6

4

5 6

7

6-aminopenicillinic acid

R 1 COCl , Et 3 N

BÁN TỔNG HỢP AMOXICILLIN

N S

(I)

(I) +

HO

Cl O

amoxiillin trimethylsilyl ester

(II)

(II) H 2 O, pH 1,3-1,5

N S

CH 3

CH 3 HN

O

NH 2 HO

Amoxcicillin

Tính chất vật lý

Các penicillin dưới dạng muối hoặc dạng acid là những bột trắng

không mùi khi tinh khiết

Phổ UV

N S

COOH H

HN

O O

R

1

2 3

4

5 6

7

Penicillin

Benzylpenicillin K (BP 2007)

Absorbance (2.2.25)

Dissolve 94.0 mg in water R and dilute to 50.0 ml with the same solvent

Measure the absorbance of the solution at 325 nm, 280 nm and at the maximum at 264 nm, diluting the solution, if necessary, for the

measurement at 264 nm The absorbances at 325 nm and 280 nm do not exceed 0.10 and that at the maximum at 264 nm is 0.80 to 0.88 , calculated on the basis of the undiluted (1.88 g/l) solution Verify the resolution of the apparatus (2.2.25); the ratio of the absorbances is at least 1.7

Tính chất vật lý

Phổ IR: ở vùng 1600-1800 cm-1

1760 và 1730 cm-1

1700 và 1650 cm-1

1600 cm-1

Tính chất vật lý

Năng suất quay cực

Specific optical rotation (2.2.7)

Dissolve 0.500 g in carbon dioxide-free water R and dilute to 25.0 ml with the

same solvent The specific optical rotation is + 270 to + 300, calculated with reference to the dried substance

Benzylpenicillin K (BP 2007)

Tính acid

• Tạo muối natri và kali (bền)

Tan trong nước, pha tiêm

Tính chất hóa học

N S

COOH H

HN

O O

R

1

2 3

4 5 6

7

Penicillin

Natri amoxicillin

K Benzylpenicillin

Tính acid

• Tạo muối với các amin:

– Procain penicillin: tác động kéo dài 24-48 h,

– Benethamin penicillin: tác động kéo dài 3-7 ngày,

– Benzathin penicillin: tác động kéo dài 2-4 tuần

Tính chất hóa học

N S

COOH H

HN

O O

R

1

2 3

4 5 6

7

Penicillin

Procain benzylpenicillin

Benzathin benzylpenicillin

Tính acid

• Tạo thành những este, tiền chất của PNC có khả năng phóng thích trở

lại các kháng sinh này in vivo

Tính chất hóa học

H N O

COOH H

HN

O O

R

H H

1 2 3

4 5 6

7

Penicillin

Cơ chế thủy phân acyloxymethyl ester bởi esterase

C NR2O

R : :

C R

O

: :

N RR

Comparison of tertiary amide and β-lactam carbonyl groups

Tính không bền của vòng beta lactam

Tính không bền của vòng beta lactam

(OH - hay penicillinase)

- Chú ý tương kỵ với những chất có tính kiềm

S

O

H H N R

O H

CO 2 H

HN S

COOH

C O HO

H H R

O

acid penicilloic

S

N COOH ROCHN

OH O

- CO 2

S

N H COOH ROCHN

S

N H

penilloaldehyd

HS

COOH

H 2 N +

D-penicillamin

-Phản ứng dị ứng

- Định lượng

Sự alcol phân và amino phân

N S

O

NH

CH3COOH

NH

CH3COOH

H

CH3

C R

O

D D

Tác nhân ái nhân sản phẩm

alcol R'OH R'O ester penicilloicamin R'-NH-R'' R'-N-R'' amid penicilloic

NH OH N

NH O

Cu 2+

Cu O (xanh ngoc)

Sự mở vòng β-lactam được xúc tác bởi các ion kim lọai

(Phức tạo thành với ion kim lọai họat hóa sự tấn công ái nhân)

N S

CH 3

CH 3

O O

O M

2 +

HN Ac

N

O O

O M

2 +

HN Ac

X

Chú ý: vòng β-lactam bị mở, KS mất tác dụng

Tính không bền của vòng beta lactam

(acid mạnh, nĩng hoặc HgCl 2 )

N S O

N H H

CH 2 O 2 H

R O H

O

HN

HS N

CO 2 H

R O

O

HN S

H N

CO 2 H

R O

O HO

H H

acid penicilloic

ROCHN

O H

penilloaldehyd

HS

COOH

H 2 N +

D-penicillamin

S

N H ROCHN CO 2 H

acid penilloic

Peni G bền ở pH= 6-7 Họat tính KS giảm rất nhanh

ở pH <5,5 hoặc pH≥ 8

X = NH2, Cl, PhOCONH, heterocyles

N S

NH2

O

H H HO

Amoxicillin

N S

O

HN

CH3COO

H H

R

Kiểm nghiệm

Định tính:

- Phổ IR

- Sắc ký lớp mỏng

- Phản ứng với hydroxylamin, sau đó với CuSO4

- Phản ứng màu với acid H2SO4

- Phản ứng màu với dd formaldehyd trong H2SO4

N S

O

HN

CH3COO

H H

Kiểm nghiệm

Kiểm tinh khiết

- Độ hấp thu UV

- pH

- Năng suất quay cực

- Các tạp chất thông thường: Thí dụ kim loại nặng

- Các tạp chất liên quan: Thí dụ N,N-dimethylanilin (trong

ampicillin hoặc amoxicillin) bằng sắc ký khí

N S

NH2

O

H H HO

Amoxicillin

Kiểm nghiệm

Định lượng

1 PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA KHỬ

2 PHƯƠNG PHÁP HPLC

3 PHƯƠNG PHÁP VI SINH VẬT

(Xác định hoạt lực của kháng sinh)

Penicilin phân hủy

D-penicillamin + acid penaldic

• Các kháng sinh nhóm penicillin rất ít độc,

• Tai biến chủ yếu do dị ứng,

• Dị ứng nhẹ gây ngứa, nổi mề đay…

• Dị ứng nặng gây shock phản vệ

ĐỘC TÍNH VÀ TAI BIẾN

PENICILLIN NHÓM I

Penicillin thiên nhiên

Penicillin G (benzyl penicillin)

Dạng tác dụng nhanh: Na/K benzyl penicillin

Dạng tác dụng chậm: procain PNC, benethamin PNC, benzathin PNC

Penicillin V (phenoxy methyl penicillin)

N S

O

HN

CH3COO

H H

R

Phổ kháng khuẩn hẹp, chủ yếu trên gram (+):

 Cầu khuẩn gram (+): tụ cầu không tiết

penicillinase, liên cầu, phế cầu

 Cầu khuẩn gram (-): lậu cầu (khuynh hướng tăng MIC và xuất hiện những chủng đề kháng)

 Xoắn khuẩn: xoắn khuẩn giang mai, leptospira

và Borelia burgdorferi

 Trực khuẩn gram (+): trực khuẩn gây bệnh bạch hầu, bệnh than, listeria(viêm màng não),

erysipelothrix (viêm quầng)

PENICILLIN NHÓM I

Phổ kháng khuẩn

KHÔNG TÁC DỤNG TRÊN TRỰC KHUẨN GRAM (-)

PENICILLIN NHÓM II

Meticillin, oxacillin, cloxacillin, dicloxacillin,

• Phổ hẹp gần giống penicillin nhóm I, nhưng có khả năng

kháng lại penicillinase do S aureus tiết ra

H H

H

CH3CO

O CH3

O CH3

Na Meticillin

H H

H

CH3

CO C

PENICILLIN NHÓM II

Meticillin, oxacillin, cloxacillin, dicloxacillin,

X Y -

Oxacillin (Bristopen) H H

Cloxacillin (Orbenin) Cl H Dicloxacillin (Dicloxil) Cl Cl

Fluocloxacillin (Floxapen) Cl F

Chú ý: sự đa thay thế làm giảm hoạt tính kháng sinh

Phổ KK của một penicillin phụ thuộc vào:

- Cấu trúc

- Khả năng xuyên màng VK gram âm

-Tính nhạy cảm với betalactamse

- Ái lực với enzym mục tiêu transpeptidase

- Tốc độ bị bơm ra ngòai ở VK gram âm

Mò mẫm (trial and error) để tìm kiếm

penicillin phổ rộng

Một lượng lớn chất tương đồng được tổng hợp với những thay đổi ở nhánh bên, với những nhận xét SAR như sau:

- Nhóm hydrophobic (peni G) tốt trên gram + nhưng không tốt trên gram _

- Sự gia tăng trên gram âm tìm thấy tốt nhất với những nhóm hydrophylic

ở carbon alpha (điều này được cho là trợ giúp những penicillin này băng qua porin ở ‘outer cell membrane’ của VK gram âm)

N S

O

HN

CH3COO

H H

H

CH3CO

CH2

R'

N S

O

HN

CH3COO

H H

Thế trên C của chức carboxamid (PNC- G):

amin, hydroxyl, carboxylic, sulfonilic

Mở rộng hoạt phổ sang vi khuẩn gram âm

PENICILLIN NHÓM III

S O

NH

COOH

C O

NH2HOOC

• Nhóm III: gồm có 2 phân nhóm IIIA và III B:

III-A: không có nhóm thế trên amin (NH2): Ampicillin, Amoxicillin…

III-B: có nhóm thế trên amin (NH2): Azlocillin, Mezlocillin,Piperacillin…

PNC NHÓM III-A Ampicillin, Amoxicillin…

- Nhưng nhạy cảm với β lactamse

- Hấp thu kém qua ruột

• Phổ của penicillin G cộng thêm một số vi khuẩn

gram âm như Haemophilus, Escherichia, Proteus

mirabilis, Salmonella, Shigella

• Một số vi khuẩn gây nhiễm trùng mắc phải tại bệnh viện không nhạy cảm với nhóm kháng sinh này:

Enterobacter, Serratia, Proteus indol dương,

Providencia, Bacillus pyocyanic

Phổ kháng khuẩn III-A

Ampicillin, Amoxicillin…

PNC NHÓM III-B

Azlocillin, Mezlocillin, Piperacillin…

Tác động trên các mầm đề kháng với ampicillin như:

Piperacilin phối hợp với aminosid hoặc với chất ức chế betalactamase

Na N

S

H

HN

COO O

H H CO

C H COO

Ar

Z

S

Z Na

PENICILLIN NHÓM IV (α-carboxy-PNC)

Carbenicillin, ticarcillin, car inda cillin

H C

SO3H

COO Na Sulbenicillin

Bền về mặt hóa học Hoạt tính KK tương tợ các

α-carboxy-PNC

- Hoạt tính trên trực khuẩn mủ xanh

- Đồng vận với aminosid

- Ticarcillin hoạt tính 2 lần mạnh hơn carbenicillin

PENICILLIN NHÓM VI (Amidino-PNC)

H H

Amidinopenicillin R'

 Phổ KK hẹp, tập trung chủ yếu trên VK gram âm

Nhạy cảm: Yersinia, Salmonella, Shigella, Enterobacter, Citrobacter, Klebsiella (không sản xuất hoặc sản xuất yếu penicillinase)

Không đề kháng chéo với ampicillin

N azepan-1-ylmethanimine

CH NH

(nhân azepin gắn trên liên kết amidine)

•CHẤT ỨC CHẾ β-LACTAMASE

ĐẠI CƯƠNG

• Nhiều loại vi khuẩn có khả năng tiết ra các enzym beta lactamase phân hủy các kháng sinh họ beta lactamine Sự sản sinh các enzym này có thể là tự nhiên hay tiếp nhận được

• Men beta lactamase bao gồm penicilinase và

cephalosporinase

• Chất ức chế beta lactamase + các penicillin: mở rộng phổ kháng khuẩn của những chất này lên các vi

khuẩn tiết men penicillinase

• Sau khi gắn với men penicillinase, các chất này sẽ bị phân hủy

CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG

Acid clavuclanic (suicide inhibitor)

Thu được từ Streptomyces clavuligerus

Cấu trúc clavam (oxapenam)

Được sử dụng ở dạng muối kali clavuclanat

Các phối hợp: acid clavuclanic – amoxicillin,

acid clavuclanic – ticarcilin

clavulanate – meropenem (đang nghiên cứu)

N

O

C

HH

HO

CH2OH

H

Cải thiện trên những mầm nhạy cảm sản xuất beta

lactamase như Neiserria gonorhoeae, Haemophilus,

E coli, Salmonella…

A clavuclanic – ticarcillin

Phối hợp này gia tăng tác động trên Staphylococcus

(95% Streptococcus nhạy cảm với phối hợp acid

clavuclanic – ticarcillin so với 49% nếu chỉ sử dụng một mình ticarcillin)

Phổ kháng khuẩn của phối hợp

B clavuclanic – amoxicillin

• Dẫn chất của penam, bán tổng hợp từ 6 APA

• Cấu trúc tương tự penicillin nhưng không có nhóm thế

ở C6 (mất C*),

• S ở vị trí 4 được oxy hóa thành SO2,

• Cấu hình C2 và C5 giống penicillin

CH3

CH3O

O

- Dẫn chất este đơi từ sulbactam và ampicillin

- Hoạt tính trên cầu khuẩn gram dương, gram âm; trực khuẩn gram dương, gram âm

- Được dùng trong tai-mủi-họng, hô hấp, sinh dục, da… trên những mầm nhạy cảm

N S

O

H3C

H3C

O O O

H N O

NH2

Sultamicillin

• Dẫn chất của sulbactam mà một nhóm methyl mang nhóm thế triazolyl

• Chất ức chế betalactamase không thuận nghịch phổ rộng

• Sử dụng dưới dạng phối hợp tazobactam - piperacillin

Tazobactam

N

S

H H H

CARBAPENEM

N O

- trích từ môi trường nuôi cấy Streptomyces cattleya

- hoạt tính kháng khuẩn rộng

- hoạt tính trên Pseudomonas

- kháng lại β-lactamase

N O

CO 2

S

R Me

OH H

Imipenem R = NH-CH=NH

NH

Imipenem benzyl formimidat

Kiểm nghiệm ?

- Định tính

- Tạp liên quan

- Định lượng

IMIPENEM

Phổ kháng khuẩn

Bền vững với men beta lactamase, phổ kháng khuẩn rất rộng, bao gồm:

-Cầu khuẩn gram dương: Staphylococcus nhạy meticillin (MSSA), Strepococcus (kể cả nhóm D), Pneumococcus, Enterococcus

-Cầu khuẩn gram âm: Neisseria

-Trực khuẩn gram dương: Clostridium, Listeria monocytogenes…

- Trực khuẩn gram âm: H influenzae, E coli, Klebsiella, Proteus mirabilis,

Enterobacter, Citrobacter, Serratia, Proteus vulgaris, Bacteroides fragilis,

N HO

O

CO2H S

CO2

S Me

OH H

H CH 3

H N

C O

N

R2

R1

Meropenem R1= R2 = Me Ertapenem R1= H; R2=

CO2

Nói chung, carbapenem có phổ kháng khuẩn rộng nhất

trong tất cả các KS β lactames

ME1036 ME1036 (CP5609; developed by Meiji Seika, licensed

by Forest) is a broad-spectrum carbapenem that binds

with a high affinity to PBP 2a of MRSA (IC50 0.13 to 0.73

g/ml) and that exhibits potent in vitro inhibitory

A series of 4-methyl carbapenems having structural similarity

to ME1036 showed potent activities against MRSA and PRSP, as

well as against the gram-negative organism ampicillin-resistant,

-lactamase-negative Haemophilus influenzae

N HO

O

CO2H S

HN

NH

Imipenem

PZ-601 (Razupenem) PZ-601 (formerly known as SMP-

601; licensed from Dainippon Sumitomo Pharma Co., Ltd.,

Osaka, Japan) is a new carbapenem currently being developed

by Protez Pharmaceuticals (now Novartis) that has

demonstrated a high degree of potency against MRSA

N HO

O

CO2H S

HN

NH

Imipenem