Rang e Dale: Farmacologia

Humphrey P. Rang · Capítulo 642 de 751

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Rang e Dale: Farmacologia

Reações bioquímicas como potenciais alvos

Base molecular da quimioterapia antibacteriana

 

• Fármacos quimioterápicos devem ser tóxicos para os organismos invasores e inócuos para

o hospedeiro. Essa toxicidade seletiva depende da identi cação de diferenças bioquímicas

entre o patógeno e o hospedeiro, que podem ser adequadamente aproveitadas

• Três classes gerais de reações bioquímicas são potenciais alvos para a quimioterapia de

bactérias:

– Classe I: reações bioquímicas que utilizam a glicose e outras fontes de carbono para

produzir ATP e compostos de carbono simples

– Classe II: vias metabólicas que utilizam energia e compostos de classe I para criar

pequenas moléculas (p. ex., aminoácidos e nucleotídios)

– Classe III: vias anabólicas que convertem pequenas moléculas em macromoléculas

como proteínas, ácidos nucleicos e peptidoglicano.

 

REAÇÕES BIOQUÍMICAS COMO POTENCIAIS ALVOS

 

Reações de classe I

As reações de classe I não são alvos promissores por dois motivos.

Primeiro, as células bacterianas e humanas usam mecanismos semelhantes

para obter energia a partir da glicose (a via de Embden-Meyerhof e o ciclo

dos ácidos tricarboxílicos). Segundo, mesmo se a oxidação da glicose for

bloqueada, muitos outros compostos (aminoácidos, lactato etc.) podem ser

utilizados pelas bactérias como uma fonte de energia alternativa.

 

Reações de classe II

As reações de classe II são alvos melhores, porque algumas vias existem

nas células patogênicas, mas não nas humanas. Há vários exemplos, sendo um dos mais significativos a via da biossíntese de folato.

 

■ Biossíntese e utilização de folato

O folato é necessário para a síntese de DNA nas bactérias e nos seres

humanos (ver Capítulos 26 e 52), mas nestes últimos, que não têm via

biossintética, deve ser obtido a partir da dieta e concentrado nas células por

meio de mecanismos de captação específicos. Por outro lado, a maior parte

das espécies de bactérias, bem como as formas assexuadas de protozoários

da malária, não tem esses mecanismos de transporte. Assim, elas não

podem fazer uso do folato pré-formado, devendo sintetizá-lo de novo. As

sulfonamidas contêm o domínio sulfanilamida – um análogo estrutural do

ácido p-aminobenzoico (PABA), o qual é essencial para a síntese bacteriana

de folato (ver Capítulo 52, Figura 52.1). Assim, as sulfonamidas competem

com o PABA e, portanto, inibem o crescimento bacteriano sem alterar a

função celular das células dos mamíferos.

A utilização intracelular de folato, na forma de tetra-hidrofolato, como

um cofator na síntese de timidilato, é um bom exemplo de uma via em que

as enzimas humanas e bacterianas exibem sensibilidade diferencial às

substâncias químicas (Tabela 51.1; Volpato e Pelletier, 2009). Embora a via

seja virtualmente idêntica nos microrganismos e nos humanos, uma das

enzimas-chave, a di-hidrofolato redutase, que reduz o di-hidrofolato a tetra-

hidrofolato (ver Capítulo 52, Figura 52.2), é muitas vezes mais sensível ao

inibidor trimetoprima nas bactérias do que nos humanos. Em alguns

protozoários da malária, essa enzima é um pouco menos sensível à

trimetropima do que a enzima bacteriana, porém mais sensível à

pirimetamina e ao proguanil, que são usados como agentes antimaláricos

(ver Capítulo 55). Os valores relativos de CI 50 (a concentração que causa inibição em 50%) para as enzimas bacterianas, maláricas, protozoárias e de

mamíferos são apresentados na Tabela 51.1. A enzima humana, por

comparação, é muito sensível ao efeito do análogo do folato metotrexato,

que é usado para tratar a artrite inflamatória (ver Capítulo 27), psoríase

grave (ver Capítulo 28) e câncer (ver Capítulo 57).

 

Tabela 51.1 Especificidade dos inibidores da di-hidrofolato

redutase.

 

CI (μmol/l) para a di-hidrofolato redutase 50

Inibidor Humano Protozoário Bacteriano

Trimetoprima 260 0,07 0,005

Pirimetamina 0,7 0,0005 2,5

Metotrexato a 0,001 Cerca de 0,1 Inativo

a Testado no Plasmodium berghei, que causa malária em roedores.

 

▼ O uso do bloqueio sequencial com a combinação de dois fármacos

que afetam a mesma via em diferentes pontos – por exemplo,

sulfonamidas e os antagonistas do folato – pode ser mais eficaz do que o

uso de qualquer um deles isoladamente. Assim, a pirimetamina e uma

sulfonamida (sulfadoxina) são usadas para tratar a malária por

falciparum (ver Capítulo 55). O cotrimoxazol é uma formulação

antibacteriana que contém tanto uma sulfonamida quanto a

trimetoprima. Outrora amplamente usada, esta combinação tornou-se

menos popular para o tratamento de infecções bacterianas porque a

trimetoprima em isolado tem eficácia semelhante e não causa os efeitos

adversos específicos das sulfonamidas; seu uso está agora

principalmente restringido ao tratamento do Pneumocystis jirovecii,

para o qual são necessárias altas doses (ver Capítulo 55).

 

Reações de classe III

Uma vez que as células patogênicas não conseguem captar as suas próprias

macromoléculas, as reações de classe III são alvos particularmente bons

para a toxicidade seletiva, havendo diferenças entre as células dos

mamíferos e as parasitárias nesse aspecto. Mais uma vez, existem vários

exemplos.

 

■ Síntese de peptidoglicano

A parede celular das bactérias contém peptidoglicano, uma substância que

não ocorre nos eucariontes e que contém D-aminoácidos e açúcares pouco

usuais. É o equivalente a uma bolsa de fio não distensível que envolve toda

a bactéria. Nas bactérias gram-negativas, este saco consiste em uma

monocamada, mas nas bactérias gram-positivas pode haver até 40 camadas

de peptidoglicano. Cada camada consiste em múltiplos esqueletos de

aminoaçúcares – resíduos de N-acetilglicosamina alternados com ácido N-

acetilmurâmico (Figura 51.2) – tendo este último cadeias laterais peptídicas

curtas que mantêm ligações cruzadas para formar uma rede polimérica, que

pode constituir até 10 a 15% do peso seco da célula e é suficientemente

forte para resistir à elevada pressão osmótica interna. As ligações cruzadas

diferem nas diversas espécies. Nos estafilococos, por exemplo, elas

consistem em cinco resíduos de glicina.

Figura 51.2 Diagrama esquemático de uma única camada de peptidoglicanos de

 

uma célula bacteriana (p. ex., Staphylococcus aureus), mostrando o local de ação dos antibióticos betalactâmicos. No S. aureus, as ligações cruzadas peptídicas consistem em cinco resíduos de glicina. As bactérias gram-positivas têm várias camadas

de peptidoglicanos. Mais detalhe na Figura 51.3. NAG, N-acetilglicosamina; NAMA, ácido N-acetilmurâmico.

 

▼ Para construir esta grande camada de peptidoglicano insolúvel no

exterior da membrana celular, a célula bacteriana tem o problema de

como transportar os “blocos de construção” citoplasmáticos hidrofílicos

através da estrutura da membrana celular hidrofóbica. Isso é conseguido

por meio de sua ligação a um grande transportador lipídico, contendo 55

átomos de carbono, que os “reboca” através da membrana. O processo

de síntese de peptidoglicano é delineado na Figura 51.3. Primeiro, o

ácido N-acetilmurâmico, ligado à uridina difosfato (UDP) e a um

pentapeptídio, é transferido para o transportador lipídico C55 na

membrana, com a liberação de uridina monofosfato. Isso é seguido por

uma reação com a UDP-N-acetilglicosamina, resultando na formação de

um complexo dissacarídio-pentapeptídio ligado ao transportador. Este

complexo é um bloco de construção básico do peptidoglicano. No

Staphylococcus aureus, os cinco resíduos de glicina são ligados à cadeia

peptídica nesta fase. O bloco de construção é agora transportado para

fora da célula e adicionado à extremidade terminal crescente do

peptidoglicano, o “receptador”, com a liberação do lipídio C55, que

ainda tem dois fosfatos ligados. O transportador lipídico perde, então,

um grupo fosfato, tornando-se assim disponível para outro ciclo. A

ligação cruzada entre as cadeias peptídicas laterais dos resíduos de

açúcar na camada de peptidoglicano ocorre então, sendo a energia

necessária fornecida pela remoção hidrolítica da terminal alanina.

Esta síntese de peptidoglicano é um passo vulnerável que pode ser

bloqueado em vários pontos pelos antibióticos (ver Figura 51.3 e

Capítulo 52). A ciclosserina, um análogo estrutural da D-alanina,

previne a adição dos dois resíduos terminais de alanina à cadeia lateral

tripeptídica inicial no ácido N-acetilmurâmico por inibição competitiva.

A vancomicina inibe a liberação da unidade de bloco de construção do

transportador, impedindo, assim, a sua adição à extremidade crescente

do peptidoglicano. A bacitracina interfere na regeneração do

transportador lipídico por meio do bloqueio da sua desfosforilação.

Penicilinas, cefalosporinas e outros betalactâmicos inibem a

transpeptidação final mediante formação de ligações covalentes com as

proteínas de ligação à penicilina que têm atividade de transpeptidase e

carboxipeptidase, impedindo, assim, a formação de ligações cruzadas.

Figura 51.3 Diagrama esquemático da biossíntese de peptidoglicano na célula

 

bacteriana (p. ex., Staphylococcus aureus), com os locais de ação de vários antibióticos. O dissacarídio-pentapeptídio hidrofílico é transferido através da membrana celular lipídica ligado ao grande lipídio (lipídio C ) por uma ponte pirofosfato (–P–P–). No exterior, é 55

enzimaticamente ligado ao “receptador” (a camada crescente de peptidoglicano). A reação final é a transpeptidação, na qual a extremidade livre da cadeia (Gly) 5 se liga à cadeia lateral peptídica de um M no receptador e durante a qual o aminoácido terminal (alanina) é perdido. O lipídio é regenerado por perda de um grupo fosfato (Pi) antes de funcionar novamente como transportador. G, N-acetilglicosamina; M, ácido N-acetilmurâmico; UDP, uridina difosfato; UMP, uridina monofosfato.

 

■ Síntese proteica

Outro alvo de classe III é a síntese proteica. Isso ocorre nos ribossomos,

mas os ribossomos eucariontes e procariontes são diferentes, e isso constitui

a base para a ação antimicrobiana seletiva de alguns antibióticos. O ribossomo bacteriano consiste em uma subunidade 50S e uma subunidade

30S (Figura 51.4), enquanto as subunidades do ribossomo dos mamíferos

são 60S e 40S. Os outros elementos envolvidos na síntese peptídica são o

RNA mensageiro (mRNA), que forma o modelo para a síntese proteica, e o

RNA transportador (tRNA), que transfere especificamente os aminoácidos

individuais para o ribossomo. O ribossomo tem três locais de ligação para o

tRNA, chamados locais A, P e E.

Uma versão simplificada da síntese proteica nas bactérias é mostrada na

Figura 51.4. Para iniciar a tradução, o mRNA, transcrito do modelo de

DNA, é ligado à subunidade 30S do ribossomo. A subunidade 50S liga-se,

então, à subunidade 30S para formar uma subunidade 70S,3 que se move ao

longo do mRNA, de modo que códons sucessivos do mensageiro passam ao

longo do ribossomo da posição A para a posição P. Os antibióticos podem

afetar a síntese proteica em qualquer uma dessas fases (ver Figura 51.4 e

Capítulo 52).

 

■ Síntese de ácidos nucleicos

A expressão de genes e a divisão celular também necessitam de síntese de

ácidos nucleicos, e essa reação de classe III é um local importante de ação

para muitos fármacos quimioterápicos. É possível interferir na síntese de

ácidos nucleicos de cinco formas diferentes:

 

• Por inibição da síntese dos nucleotídios

• Por alteração das propriedades de correspondência de bases do modelo

de DNA

• Por inibição da DNA ou RNA polimerase

• Por inibição da DNA girase, que desenrola o DNA superenrolado para

permitir a transcrição • Por um efeito direto no próprio DNA. Alguns fármacos anticâncer, mas

nenhum antimicrobiano, funcionam dessa forma.

Figura 51.4 Diagrama esquemático da síntese proteica das bactérias, indicando os

pontos nos quais os antibióticos inibem o processo.

 

Inibição da síntese de nucleotídios

Esta pode ser conseguida por meio de um efeito nas vias metabólicas que

geram os precursores de nucleotídios. Exemplos de agentes que têm esse

efeito foram descridos nas reações de classe II.

 

■ Alteração das propriedades de pares de bases do modelo

Agentes que se intercalam no DNA têm esse efeito. Exemplos incluem

acridinas (proflavina e acriflavina), que são usadas de forma tópica como

antissépticos. As acridinas duplicam a distância entre os pares de bases

adjacentes e causam uma mutação frameshift, na qual alguns análogos da

purina e pirimidina causam erros de mispairing.

 

Inibição da DNA ou RNA polimerase

Inibidores específicos de RNA polimerase bacteriana que atuam por meio

de ligação a esta enzima em células procariontes, mas não eucariontes,

incluem rifamicina e rifampicina, que são particularmente úteis para o

tratamento da tuberculose (ver Capítulo 52). O aciclovir (um análogo da

guanina) é fosforilado em células infectadas com o herpes-vírus, sendo a

fosforilação inicial realizada por uma quinase específica do vírus para

originar o aciclovir trifosfato, que tem uma ação inibitória na DNA

polimerase do herpes-vírus (ver Capítulo 53; Figura 51.5).

Os retrovírus de RNA têm uma transcriptase reversa (DNA polimerase

dependente de RNA viral) que copia o RNA viral para o DNA que se

integra no genoma da célula hospedeira como um pró-vírus. Vários agentes

(zidovudina, didanosina) são fosforilados por enzimas celulares nas

formas trifosfato, que competem com os precursores da célula hospedeira essenciais para a formação de DNA pró-viral pela transcriptase reversa