BÀI GIẢNG VỀ KHÁNG SINH

ĐẠI CƯƠNG VỀ KHÁNG SINH  kháng sinh kháng ung thư • Kháng sinh là các chất chuyển hóa tự nhiên hoặc tổng hợp dựa trên khuôn mẫu của các chất tự nhiên, có khả năng ức chế hoặc diệt vi

antibiotics

KHÁNG SINH

(ANTIBIOTICS)

- Vẽ, mô tả các khung cấu trúc điển hình của nhóm

- Phân tích SAR (nếu có)

- Mô tả tính chất lý hóa chung của nhóm

- Vận dụng trong sản xuất, kiểm nghiệm, bảo quản

- Nhận dạng sản phẩm trên thị trường

- Vận dụng trong tư vấn lựa chọn, sử dụng thuốc

Tetracyclin Chloramphenicol và DC Macrolid và streptogramin Lincosamid

Rifamycin Polypeptid và Glycopeptid

• Waksman (1942): Kháng sinh là chất sinh ra bởi vi sinh vật, có khả năng ức chế hoặc diệt vi sinh vật khác

ĐẠI CƯƠNG VỀ KHÁNG SINH

 kháng sinh kháng ung thư

• Kháng sinh là các chất chuyển hóa tự nhiên hoặc tổng hợp dựa trên khuôn mẫu của các chất tự nhiên, có khả năng ức chế hoặc diệt vi sinh vật ở nồng độ thấp

Chất khử khuẩn ( disinfectants)

• Kháng sinh kìm khuẩn / Kháng sinh diệt khuẩn;

• Chủng VK nhạy cảm / Phổ kháng khuẩn/ Sự kháng thuốc;

ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KHÁNG SINH

Nguồn gốc

KS tự nhiên, KS bán tổng hợp, KS tổng hợp

Cấu trúc - Quan hệ Cấu trúc & tác dụng

Cấu trúc thường phức tạp, tồn tại nhiều dạng đồng phân SAR: phát triển từ KS tự nhiên, thay thế các nhóm thế

để nghiên cứu SX các KS bán tổng hợp, cải thiện hoạt lực, phổ kháng khuẩn, dược động học

Tính chất & Kiểm nghiệm

Phổ UV, phổ IR thường dùng định tính

Định lượng: bằng phương pháp hóa học (ít dần), sắc ký,

vi sinh

Áp dụng điều trị

Điều trị: Theo kinh nghiệm; Căn cứ vào chẩn đoán ổ NK, loại VSV, KS đồ, chọn thuốc theo phổ KK và TC dược

ĐH Phối hợp KS theo cơ chế TD và phổ KK

T ác dụng không mong muốn

Dị ứng thuốc, độc tính với ký chủ

Sản xuất và lưu hành

Sản xuất: Đặc thù với nhóm beta-lactam

Lưu hành: Là nhóm thuốc có giá trị cao; Thuốc bắt buộc

kê đơn

MỘT SỐ KS VÀ CƠ CHẾ TÁC DỤNG

Cấu tạo các khung beta-lactam

1 NHÓM BETA-LACTAM

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

H H

N O

H N C

N O

X CH3

COOH

H N C

O R

1.1 Các penicillin

N O

S

2

1 5

6 7

N O

S

1 2

3

4 5

6 7

4-Thia-7-oxo-1-azabicyclo[3,2,0]heptan

(USP)

1-Thia-7-oxo-4-azabicyclo[3,2,0]heptan

(Chemical Abstract) [Dùng trong tài liệu Hóa Dược]

CÔNG THỨC CHUNG CÁC PENICILLIN

NO

X CH3

CH3COOH

HNC

OR

1 2

3

4 5

6 7

Acid 6-aminopenicillanic

(A6AP)

Danh pháp c ác penicillin

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

1 2

3

4 5 6 7

H H

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

Cách 3: Các penicillin là acyl hoặc amid của A6AP

Danh pháp c ác penicillin : Tên thông thường

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

1 2

3

4 5 6

7

H H

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

O

C6H5CH2

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

Cấu hình tuyệt đối

N O

CH3COOH

H N C

O R

3

4 5 6

7

5R 6R

2S

2S,5R,6R

• Tổng hợp toàn phần

Phương pháp sinh học

Từ nấm Penicillium notatum

Penicillin G (thêm vào môi trường acid phenylacetic …)

Penicillin V (thêm vào môi trường acid phenoxyacetic …)

xem thêm: Sinh tổng hợp các Penicillins

H H

R

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 B-condition = 1 Me2SiCl2 2 n-Bu-OH, -40oC 3 H2O, 0 o C

A- condition B-condition

A-condition = Aclylase

N S

COOH H

HN

O O

R1

H H

1

2 3

4 5

6 7

Penicillin

N S

COOH H

4 5

6 7

6-aminopenicillinic acid

R'COCl, Et3N

BÁN TỔNG HỢP PENICILLIN

Cơ chế tác dụng của penicilin

Peptidoglycan: cần thiết cho màng tế bào, đặc biệt Gram (+)

D-alanin-transpeptidase: xúc tác tổng hợp peptidoglycan

Murein hydrolase: xúc tác thủy phân peptidoglycan

(PBP)

Penicillin

Đặc điểm cơ chế tác dụng

nhạy cảm với penicillin

tế bào giàu lipid, penicillin chỉ có thể qua một

số porin vào  Gram (-) ít nhạy cảm với

penicillin hơn Màng tế bào vi khuẩn Gram (-) cũng ít cầu peptid hơn

Các cơ chế kháng thuốc

1 Tăng tiết beta-lactamase (Gram (+))

2 Thay đổi số lượng và kích thước porin màng tế bào (Gram (-))

3 Đột biến thay đổi enzym vận chuyển cầu peptid (PBP,

D-alanin-transpeptidase)

4 Tăng tổng hợp chất ức chế murein hydrolase

Độc tính: shock phản vệ và dị ứng

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

3

4 5 6

7

NH

A complete immunogen

Penicillin

Penicillin gắn với protein huyết thanh tạo thành kháng

nguyên Kháng nguyên kích hoạt hệ thống miễn dịch gây ra các phản ứng dị ứng (mẩn, ngứa, phù nề)

Đánh giá hoạt lực của kháng sinh

• Theo đơn vị quốc tế:

• 1 IU = tác dụng của 0,6 g Pen G natri trên một chủng mẫu tụ cầu

• 1 mg Pen G natri = 1667 IU

• 1 IU = tác dụng của 0,627 g Pen G kali

• 1 mg Pen G kali = 1585 IU

Tính chất hóa học

• Tính acid

• Mở vòng β-lactam bởi β-lactamase

• Thủy phân vòng β-lactam bởi kiềm (-OH), acid (H+)

• P/Ư cộng hợp ái nhân với amin, hydroxylamin, alcol vào vòng lactam

• Oxy hóa bởi H2SO4 đặc hoặc hỗn hợp H2SO4 đặc-formol tạo ra hỗn hợp màu

Tính chất hóa học – Tính acid

Tính acid: pKa = 2,5-2,75

Muối Na, K dễ tan/nước

Muối với base amin phân

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

1 2

3

4 5

6 7

H HPenicillin

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

1 2

3

4 5 6 7

H N C

O R

3

4 5 6

7

O

NH

Amid/acid penicilloic

Tớnh chất húa học - Sự thủy phõn

Penicillin

Bởi kiềm (-OH): Khi pH > 8

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

1 2

3

4 5 6

H N C

O R

1 2

3

4 5 6

7

O

OH Acid penicilloic

HN

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

1 2

3

4 5 6

H H

Acid penilloic

-CO2 điều kiện ổn định

H C COOH

CHO

H N C

O

R H2N

CH C

HS CH3

CH3COOH Acid penaldic

Penicillamin

Tớnh chất húa học - Sự thủy phõn

H C COOH

CHO

H N C

O

HS CH3

CH3COOH Acid penaldic Penicillamin

HCl, đệm pH

I2 dư

H C COOH

COOH

H N C

O

CH C

HO3S CH3

CH3COOH

Ứng dụng:

- Định lượng bằng pp đo iod: thủy phõn, trung hũa kiềm, ổn định pH, thờm lượng thừa iod, định lượng iod dư bằng natri thiosulfat, chỉ thị hồ tinh bột

- Định lượng bằng pp đo thủy ngõn: thủy phõn, trung hũa kiềm, ổn định

pH, đl = Hg(NO3)2

Tính chất hóa học - Sự thủy phân

Penicillin

Bởi acid (H+): Khi pH < 5

Dung dịch không bền ở pH>8 hoặc <5 Bảo quản ở pH 5,5-6,8 bằng các hệ đệm citrat, phosphat Các ion citrat và phosphat còn

có vai trò tạo muối khó tan với các cation kim loại Zn, Ca, Cd, Cu làm giảm vai trò xúc tác thủy phân của các cation này

Phản ứng với tác nhân ái nhân

Các penicillin p/ư với alcol, amin tạo ester hoặc amid của acid penicilloic Với hydroxylamin tạo acid

hydroxamic

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

1 2

3

4 5 6 7

NH2OH

HN

S CH3

CH3C

H N C

O R

1 2

3

4 5 6 7

NH O

OH

O OH

Cu++

HN

S CH3

CH3C

H N C

O R

1 2

3

4 5 6 7

NH O

O

O O

Lưu ý: Các PP Định lượng

• PP đo iod

• PP đo thủy ngân

• PP vi sinh vật: thử vòng vô khuẩn gây ra bởi chế phẩm trên một chủng vi khuẩn nhất định So sánh với mẫu chuẩn

• HPLC (đối với các KS BTH)

Phân loại penicillin

I Pen tự nhiên G, V Không kháng (pen G)

hoặc kháng (pen V) acid, không kháng betalactamase

II Pen bán tổng hợp, phổ hẹp, kháng

betalactamase

III Pen bán tổng hợp, phổ rộng cả vi khuẩn

Gram (-), một số kháng acid (uống), không kháng betalactamase Gồm:

- Aminobenzylpenicillin

- Carboxybenzylpenicillin

- Ureidopenicillin

- Amidinopenicillin

Nhóm

III Ampicillin, Amoxicillin Carbenicillin, Ticarcillin, Azlocillin, ,

mezlocillin, piperacillin, Mecillinam

41

Penicillin

H N C

O

C6H5CH2

Penicillin

- Các tính chất lý hóa như phần chung

- P/ư với HCHO/H2SO4 cho màu nâu đỏ sau khi đun cách thủy

- Phổ hẹp, không kháng acid, không kháng men

- Tác dụng chủ yếu trên Gram (+) và một số Gram (-) như lậu cầu, màng não cầu

- Công dụng: nhiễm khuẩn Gram (+) như tụ cầu không

sinh β-lactamase, liên cầu, phế cầu; các trực khuẩn: bạch hầu, uốn ván, than, trực khuẩn gây hoại thư sinh hơi (trừ lao); xoắn khuẩn giang mai, lậu

N O

S CH3

CH3COO-

H N C

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

Methicillin natri

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

O OCH3

OCH3

Penicillin

Pen G Methicillin

- Không kháng acid, kháng β-lactamase

- Dùng cho các nhiễm khuẩn Gram (+) sinh penicillinase

(nhiễm trùng máu, đinh râu, vết thương nặng)

NH2

-lactamase

NH2

-lactamase

N O

S CH3

CH3COOH

H N C O

N O

- Bền với acid dịch vị  có thể uống Bền với penicillinase

- Cl có 2 vai trò: tăng hoạt tính và tăng độ hấp thu khi uống

- Tác dụng tương tự pen G nhưng mạnh hơn trên các chủng tụ

cầu sinh penicillinase

- Dùng trong các nhiễm tụ cầu sinh penicillinase như nhiễm

khuẩn niệu, hô hấp, mô mềm, xương khớp, da…

Các chế phẩm

Nhóm III

Aminobenzylpenicillin: Ampicillin,

Amoxicillin Carboxybenzylpenicillin Carbenicillin, Ticarcillin

Ureidopenicillin Azlocillin, mezlocillin,

piperacillin Amidinopenicillin Mecillinam

Penicillin

Pen bán tổng hợp, phổ rộng cả vi khuẩn Gram (-),

một số kháng acid (uống), không kháng penicillinase

N O

3

CH3COOH

N C

- Bền với acid (do nhóm amin) nhưng không kháng beta-lactamase

- Do nhóm amin nên phổ rộng, cả trên Gram (-) Có hiệu lực trên

cả Salmonella, Shigella Không tác dụng trên Ps aeruginosa

- Dùng cho nhiễm khuẩn hô hấp, niệu, tiêu hóa (uống) Tiêm cho các nhiễm khuẩn máu, màng tim, màng não

Ampicillin

Amoxicillin N

O

S CH3

CH3COOH

H N C

O

NH2HO

Penicillin

- Mọi tính chất giống ampicillin Ngoài ra còn có tính chất của nhóm OH phenol

- Bền hơn với acid, không kháng beta-lactamase

- Phổ tương tự ampicillin nhưng kém hơn trên tụ cầu, màng não cầu, Salmonella và Shigella

- Dùng điều trị nhiễm khuẩn nhẹ và vừa do cầu khuẩn ruột Kết hợp với probenecid điều trị lậu Phối hợp clavunalat kali điều trị nhiễm tụ cầu, đặc biệt phối hợp với metronidazol hoặc tinidazol cho Helicobacter pylori

N S

(I)

(I) +

HO

Cl O

NH2HO

amoxiillin trimethylsilyl ester

(II)

(II) H2O, pH 1,3-1,5

N S

O COOH

CH3

CH3HN

O

NH2HO

Amoxcicillin

CEPHALOSPORINS

N O

H N C

54

CEPHALOSPORIN

Cephalosporin C và các Cephamycin

N O

H N C

O

CH2

5

2 3

1 6 7

Các Cephamycin

56

Các cephamycin thiên nhiên chỉ khác nhau ở R3

N O

H N C

57

Streptomyces lactamdurans

N O

H N C

O H3CO H

S

COOH

CH2X Cephamycin

R

Cephalosporin

Các khung cơ bản

58

NH O

Oxacephem

N O

Carbacephem

O S

N O

Cepham

S



59

Danh pháp khung

NO

S

1

58

N O

S

5

1 8

2-en (Chemical Abstract)



3-en ( USP )

1-Thia-5-azabicyclo[4,2,0]oct-Cephalosporin

3 -Cephem



Danh ph áp các cephalosporin: gọi theo tên khung

N O

H N C

O

S

CH3COOH

N O

H2N

5

2 3

1 6 7 8

N O

H N C

S

COOH

CH2X Cephalosporins

R

N O

H S

COOH

CH2OCOCH3Acid cephalosporanic

5

2 3

1 6 7 8

4

C

O R

5

2 3

1 6 7 8

4

N O

H N C

1 6 7 8

4

C

O OCH3 H

Cephamycin R

5

2 3

1 6 7 8

4

N O

H N C

O H H

S

COOH

CH2X Cephalosporins

R

5

2 3

6 7 8

4

N O

S CH3

CH3COOH

H N C

O R

N O

H N C

O

R SCOCH3

COOH

CH3(CH3CO)2O

62

Streptomyces lactamdurans

N O

H N C

O H H

S

COOH

CH2OCONH2Cephamycin C

NH2CH(CH2)3

HOOC

Cephalosporium acremonium

H N C

O

H N C

Cephamycin

63

Sản xuất cephamycin

Cephalosporin

Tính chất lý học

• Bột kết tinh trắng ngà, không mùi hoặc hơi có mùi lưu huỳnh

Tan/dd kiềm loãng

• Thường là các chất hữu tuyền: αD

• Hấp thụ UV: TLC, đo UV đt/đl, HPLC đt/đl/thử tinh khiết

• Hấp thụ hồng ngoại cho pic đặc trưng: phổ IR

64

Tính chất hóa học

• Tính acid do 4-COOH

• Mở vòng β-lactam bởi β-lactamase

• Thủy phân vòng β-lactam bởi kiềm (-OH), acid (H+)

• P/Ư cộng hợp ái nhân với amin, hydroxylamin, alcol vào vòng lactam

• P/Ư thế ái nhân với các tác nhân ái nhân vào

3-CH2OCOCH3 (nếu còn)

• Oxy hóa bởi H2SO4 đặc hoặc hỗn hợp H2SO4

đặc-formol tạo ra hỗn hợp màu

65

Cephalosporin

Tính acid

• Tính acid: cephalosporin có tính acid mạnh hơn

penicillin do có liên hợp với nối đôi ở vị trí α,β pKa = 1,5-2,7 Có thể định lượng trực tiếp dựa vào tính

acid = pp trung hòa

• Muối Na, K dễ tan/nước, dùng pha dd tiêm

• Có thể tạo ester làm tiền thuốc

• Tạo muối nội phân tử (betain)

R COO+H3N

-66

Mở vòng β-lactam b ởi β-lactamase

• β-lactamase được sinh ra bởi vi khuẩn Gram (+) và một số vi khuẩn Gram (-)

• Tác dụng mở vòng β-lactam

N O

H N C

H N C

N O

H N C

H N C

68

Bởi kiềm (-OH) hay acid (H+) (mạnh) tạo acid

cephalosporoic

Các điều kiện khác nhau có thể dẫn đến các sản

phẩm thủy phân khác nhau (tương tự penicillin)

N O

H N C

H N C

69

Cephalosporin

Mở vòng β-lactam do cộng

hợp ái nhân

- Với alcol tạo ester của acid cephalosporoic

- Với amin tạo amid của acid cephalosporoic

- Với hydroxylamin cho acid hydroxamic tạo phức màu với ion kim loại (dùng định tính như penicillin)

• Bị thủy phân bởi esterase, H+, OH-; sau thủy phân tạo deacetylcephalacton không có hoạt tính

Các PP định lượng

• PP trung hòa dựa vào 4-COOH

• PP đo iod, đo thủy ngân (tương tự penicillin)

• PP đo UV (dựa vào hấp thụ UV)

• PP HPLC (dựa vào hấp thụ UV)

• PP vi sinh (so sánh với ks chuẩn)

71

Cephalosporin

I - Tác dụng mạnh trên Gram (+), yếu trên Gram (-)

- Không bền, dễ bị β-lactamase phá hủy

II - Mạnh hơn trên Gram (-), yếu hơn trên Gram (+) so

với I

- Bền với β-lactamase

Gram (-) Kháng β-lactamase của Gram (-) mạnh hơn

II

- Tác dụng tốt trên Gram (-) kỵ khí, tác dụng trên vk đường ruột Một số hoạt tính cao trên Pseudomonas

- Một số thấm tốt vào dịch não tủy

IV - Giữ hoạt phổ trên Gram (-) của III, nhưng tác dụng

mạnh hơn Mạnh hơn trên Gram (+) so với III

- Kháng nhiều β-lactamase

72

Các chế phẩm

I Cephalothin (Na), cephalexin ,

cephapirin, cephazolin, cephaloridin, cephradin, cefradoxil

II Cephamandol, cefoxitin, cefaclor,

cefuroxim , cefonicid, cefotetan, ceforanid, cefmetazol, cefprozil, loracarbef

III Cefotaxim (claforan), ceftazidin,

cefixim , ceftibuten, cefdinir, cefpodoxim, cefoperazon, ceftizoxim, ceftriaxon,

moxalactam

IV Cefepim

73

Cephalosporin

Cephalothin Na O N

2

S

CH2OCOCH3COONa

74

- Không bền với acid (chỉ dùng tiêm), dễ bị

penicillinase phá hủy

- Tác dụng trên tụ cầu Gram (+) (cả tụ cầu vàng sinh

penicillinase), yếu trên Gram (-)

- Dùng cho nhiễm trùng máu do tụ cầu vàng, viêm

màng trong tim, nhiễm trùng đường hô hấp, niệu đạo,

sinh dục do các vi khuẩn nhạy cảm gây ra, nhiễm

khuẩn do Klebsiella

Cephalexin

N O

H N C

O

S

CH3COOH

- Bền với acid dịch vị (uống)

- Nhóm 3-CH3 làm cho không bị thủy phân bởi esterase  bền với vi khuẩn ruột

- Dùng cho nhiễm trùng đường hô hấp (phế cầu), viêm tai giữa (H influenza, Branhamella catarrhalis, phế cầu, tụ cầu, liên

cầu), viêm xương khớp, viêm da và mô mềm, đường niệu (E coli, Klebsiella, Pr Mirabilis)

Cefuroxim Na O N

O

CH2OCONH2COONa

N OCH3

76

- Đồng phân Z (cis) tác dụng tốt hơn

- Kháng beta-lactamase Uống ít hấp thu nên chỉ dùng tiêm

- Là kháng sinh duy nhất thế hệ II đạt nồng độ điều trị ở dịch não tủy

- Dùng cho nhiễm khuẩn đường hô hấp dưới, viêm phổi, phế quản, (do H influenza và parainfluenzae, Klebsiella, E.coli, Strep

pneumoniae và pyrogens, tụ cầu vàng); Viêm đường tiết niệu (E

coli và Klebsiella); Nhiễm trùng máu; Viêm xương khớp; Viêm

màng não; Lậu (Gonorrhea)

- Hai tiền thuốc cefuroxim acetyl và cefuroxim acetylamid có thể dùng uống Dùng cho các nhiễm khuẩn tương tự nhưng nhẹ hơn

Loracarbef

N O

H N C

O

Cl COOH

NH2

H H

77

Cephalosporin thế hệ II

- Là carbacephem (S được thay bằng C Giữ nguyên S có

cefaclor) Bền với acid so với cefaclor Dùng đường uống

- Kháng beta-lactamase tốt

- Các tính chất khác (xem cephalexin)

- Dùng điều trị các nhiễm khuẩn đường hô hấp cả trên và dưới

do Strep Pneumonia, H influenza hoặc Branhamnella

catarrhalis; nhiễm khuẩn niệu không biến chứng: E.coli, Staph Saporophyticus

Cefotaxim Na O N

S

CH2OCOCH3COONa

N OCH3

78

- Phân tử có nhóm –NH2 và oxim Đồng phân Z (cis) tác dụng

tốt hơn

- Ít hấp thu đường uống Dùng tiêm

- Thấm được vào dịch não tủy

- Kháng nhiều beta-lactamase Tác dụng tốt trên trực khuẩn

Gram (-), trừ trực khuẩn mủ xanh

- Dùng trong viêm màng não do VK Gram (-), nhiễm khuẩn

niệu, hô hấp, xương, máu…

- Phòng nhiễm khuẩn hậu phẫu