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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

2

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.