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Thais Alves Fagundes MECANISMOS DE AÇÃO DOS ANTIMICROBIANOS E RESISTÊNCIA BACTERIANA ANTIBIÓTICOS BETA-LACTÂMICOS: compartilham uma estrutura em comum, o anel beta-lactâmico Medicamentos Penicilinas Cefalosporinas Cefamicinas Carbapenens Monobactâmicos Inibidores de Beta-lactamases Mecanismo de ação Efeito bactericida: Inibição da síntese da parede celular: • Bloqueio da síntese de peptideoglicano, responsável pela integridade da parede bacteriana. • Ocorrendo lise osmótica (bactéria é hipertônica no ambiente intracelular). - Penetração na bactéria pelas porinas, presentes nas membranas externas da parede celular. - Ligação e inibição das PLPs, situadas na membrana citoplasmática. - PLPs têm atividade enzimática na biossíntese de peptidoglicano. Sítio de ação Proteínas ligadoras de penicilina (PLP) Mecanismo de resistência Produção de Beta–lactamases: • Inativam a droga no espaço periplásmico. • Alterando a integridade da molécula da substância. • Perde a capacidade de ligação às PLPs. Modificações estruturais das PLPs: • Diminuição da afinidade de antibióticos pelas PLPs. • Codificadas pelo gene mecA. Modificações nas porinas (G-): • Mutações e modificações nas porinas. • Porinas: formam poros pelos quais moléculas passam do meio exterior para o espaço periplásmico (dentro da célula bacteriana). • Diminuição da permeabilidade bacteriana ao antimicrobiano. Espectro de ação Penicilinas: • Benzilpenicilinas: GRAM – • Aminopenicilinas: GRAM + e GRAM – • Penicilinas resistentes à penicilinases: S. aureus (+) e S. epidermidis (+). Cefalosporinas: • 1º: GRAM +, alguns GRAM - da comunidade (E. coli, Proteus, K. pneumoniae) • 2º: GRAM - , menos ativas para GRAM + • 3º: GRAM - , S. pneumoniae (+), S. pyogenes (+) e outros streptococcus, pseudomonas (-) • 4º: GRAM + e GRAM - Carbapenêmicos: • Meropenem: GRAM - • Imipenem GRAM + Uso clínico Penicilinas: pneumonias, otites e sinusites, faringites e epiglotites, infecções cutâneas, meningites bacterianas, infecções do aparelho reprodutor, endocardites bacterianas. Profilaxia: febre reumática, endocardite, H. influenzae e S. pneumoniae. Cefalosporinas: • 1º: infecções de pele e partes moles, faringite estreptocócica, ITU não complicada (gravidez), profilaxia em cirurgias. • 2º: infecções respiratórias da comunidade, infecções intra-abdominais, pélvicas, ginecológicas, pé diabético, infecções mistas de tecidos moles. • 3º: bacilos gram-negativos, meningites, ITU complicada, infecções de feridas cirúrgicas, pneumonias. • 4º: pneumonias hospitalares, ITU grave, meningite por gram-negativos. Observações Penicilina G: inativada pelo ácido gástrico, administrada pela via intravenosa Penicilina V: resistente ao ácido gástrico, administrado pela via oral. Cefalosporinas: derivadas do ácido 7-aminocefalosporânico e possuem espectro mais amplo, resistência às beta-lactamases e melhores propriedades farmacocinéticas. Thais Alves Fagundes MACROLÍDEOS: Medicamentos Eritromicina; Azitromicina; Claritromicina Mecanismo de ação Efeito bacteriostática: Inibição da síntese proteica dependente de RNA: • Através da ligação reversível em receptores localizados na porção 50S do ribossomo. • Impedindo as reações de transpeptidação e translocação do RNA-transportador. • Bloqueando a união dos aminoácidos na formação da cadeia peptídica. Sítio de ação Subunidade 50S ribossomo bacteriano Mecanismo de resistência Inativação enzimática: • Produção de enzimas que modificam e inativam o antibiótico. • Por genes situados em plasmídios e transposons. Alteração no sítio receptor: • Alteração na porção 50S do ribossomo. Diminuição da permeabilidade da célula ao antimicrobiano: • Diminuição da penetração da substância no interior da bactéria. • Impedindo sua ação no receptor. Retirada ativa da droga do meio intracelular (efluxo): • Proteínas na membrana citoplasmática funcionam como bombas de efluxo. • Transportam para fora da célula o antibiótico. Espectro de ação • GRAM+ • Aatípicas: Mycoplasma, Legionella e Chlamydia • GRAM- (azitromicina) Uso clínico Alternativa para alérgicos à penicilina se: infecção do trato respiratório por estreptococos do grupo A (+), pneumonia por S. pneumoniae (+), prevenção de endocardite pós procedimento odontológico, infecções superficiais pele (S. pyogenes), profilaxia de febre reumática (faringite estreptocócica), alternativa para o tratamento da sífilis (raro). AMINOGLICOSÍDEOS: Medicamentos Estreptomicina; Kanamicina; Gentamicina; Tobramicina; Amicacina Mecanismo de ação Efeito bacteriostática: Inibição da síntese proteica (50S): • Através da ligação reversível em receptores localizados na porção 50S do ribossomo. • Bloqueando a união dos aminoácidos na formação da cadeia peptídica. Efeito bactericida: Produz proteínas defeituosas (30S): • Ligam-se à fração 30S, provocando distorção no RNA-mensageiro ligado a esta fração do ribossomo. • União de aminoácidos diferentemente do codificada geneticamente, originando proteínas erradas. • Proteínas erradas incorporadas à membrana celular e outras estruturas essenciais, provocam alterações da função e morte. Sítio de ação Subunidade 30S e 50S ribossomo bacteriano Mecanismo de resistência Inativação enzimática: • Produção de enzimas que modificam e inativam o antibiótico. Alteração no sítio receptor: • Alteração na porção 50S do ribossomo. Diminuição da permeabilidade da célula ao antimicrobiano: • Diminuição da penetração da substância no interior da bactéria, impedindo sua ação no receptor. Espectro de ação • GRAM- aeróbios: bacilos e cocos • GRAM+ • Micobactérias Uso clínico Principais usos: septicemias, infecções do trato urinário, endocardites, infecções respiratórias, infecções intra-abdominais, meningites em recém-nascidos, infecções oculares, osteomielites e infecções de articulações. Estreptomicina: mycobacterium tuberculosis e m. bovis, em esquemas alternativos por resistência a RIPE. Gentamicina: bacilos GRAM-, ação contra P. aureginosa ou S. marcescens. Associada a beta-lactâmicos - infecções graves p enterococos. Thais Alves Fagundes QUINOLONAS: Medicamentos Ciprofloxacina, Levofloxacina, Gatifloxacina, Moxifloxacina, Fluoroquinolonas Mecanismo de ação Efeito bactericida: Inibem a atividade da DNA girase: • DNA-girase torna o DNA compacto e ativo, ao ligar novas cadeias às cadeias antigas, ocorrendo superespiralamento do DNA. • Com a inibição, o DNA passa a ocupar grande espaço na célula bacteriana. • Leva ao rompimento e morte das bactérias. Efeito bacteriostático: Inibição da síntese do ácido nucleico • Inibição da síntese de RNA Sítio de ação Subunidade alfa da DNA-girase ou topoisomerase II Mecanismo de resistência Alteração no sítio de ação: • DNA-girases modificadas não mais se ligam os antimicrobianos ativos. Diminuição da permeabilidade da célula ao antimicrobiano: • Diminuição da penetração da substância no interior da bactéria, impedindo sua ação no receptor. Retirada ativa da droga do meio intracelular (efluxo): • Proteínas na membrana citoplasmática funcionam como bombas de efluxo. • Transportam para fora da célula o antibiótico. Espectro de ação • Ácido nalidíxico: GRAM - • Fluorquinolona: GRAM - e alguns cocos GRAM + • Quinolonas respiratórias: GRAM +, mycoplasma atípico e S. pneumoniae • 4º geração: GRAM +, GRAM - e anaeróbios Uso clínico Trato genito-urinário, gastrointestinal, respiratório, osteomielites, partes moles, ação contra mycobacterium. SULFONAMIDAS: Medicamentos Sulfametoxazol, Sulfadiazina, Ácido para-aminobenzóico; Sulfanilamida; Sulfisoxazol; Sulfacetamida; Trimetoprima Mecanismo de ação Efeito bacteriostático: Inibe a síntese de ácidos nucleicos: • Inibição da formação do ácido fólico: o Inibe as sintetases (diidrofolato-redutases).o Transformam o PABA em ácido fólico. o Inibe a formação dos tetraidrofolatos • Impedindo a formação dos ácidos nucleicos. o Bloqueio da síntese do DNA: bactérias deixam de se reproduzir. o Bloqueio da síntese do RNA: inibição da formação de proteínas. Sítio de ação Sintetases que transformam o ácido paraminobenzóico (PABA) em ácido fólico Mecanismo de resistência Modificação do sistema metabólico ativo para a droga e síntese de vias metabólicas alternativas: • Mutação que eleva a produção de ácido para-aminobenzóico e de diidropteróico sintetase Alteração no sítio receptor: • Modificação na enzima diidrofolato redutase. Diminuição da permeabilidade da célula ao antimicrobiano: • Diminuição da penetração da substância no interior da bactéria, impedindo sua ação no receptor. Espectro de ação • GRAM +: Staphylococcus (+), Nocardia (+) • GRAM -: Enterobactérias (-), Stenotrophomonas (-) • Fungo (paracoco), protozoário (toxoplasma). Uso clínico Cotrimoxazol (Sulfametoxazol + trimetoprim): • TGU: ITU altas e baixas, uretrites e prostatites. Menos recomendado para infecções graves. Bom contra S. maltophilia. • TR: otite média, sinusite e exacerbação aguda da bronquite crônica. • TGI: diarreia por I. belli, Cyclospora spp. • Sulfadiazina: toxoplasmose (+ pirimetamina), alternativa para malária por P. falciparum. • Forma tópica indicada na prevenção de infecção em queimados. Thais Alves Fagundes MECANISMOS DE AÇÃO DOS ANTIMICROBIANOS Ação dos antibióticos e quimioterápicos antimicrobianos (sulfonamidas e quinolonas) sobre agentes microbianos: • Provoca dois tipos de efeitos, desde que o germe seja sensível à droga: o Morte da bactéria ▪ Efeito bactericida – ou fungicida, no caso dos fungos. o Interrupção de seu crescimento e reprodução ▪ Efeito bacteriostático – ou fungistático, no caso dos fungos. • Efeitos determinados por: o Mecanismos de ação primários ou secundários das drogas sobre o agente microbiano. o Concentração do antibiótico no meio em que se encontra o germe. o Sensibilidade do microrganismo. • Mecanismo de ação das drogas antimicrobianas: o Interferência na síntese da parede celular. o Alterações na permeabilidade da membrana citoplasmática. o Interferência na replicação do cromossomo. o Alterações na síntese proteica. o Inibição da síntese de ácidos nucleicos. o Interferência em processos metabólicos. ANTIMICROBIANOS QUE INTERFEREM NA SÍNTESE DA PAREDE CELULAR Parede celular / Membrana externa: • Bactérias (exceto os micoplasmas) apresentam parede celular, que envolve a membrana citoplasmática. • Dá forma à bactéria (coco, bacilo, espirilo). Thais Alves Fagundes • Funciona como uma barreira osmótica. • Manutenção da hipertonicidade interna da bactéria. • Vital para a sobrevivência das bactérias no meio líquido. o Considerando que o meio interno bacteriano é hipertônico (maior pressão osmótica interna). o Bactérias sem parede sofrem lise osmótica, só sendo capazes de sobreviver em meio hipertônico. • Necessária para reprodução binária normal da célula, que se inicia pela formação de um septo a partir dela. • Constituição da parede celular: o Bactéria seja gram-positiva (cocos e bacilos) → estrutura simples ▪ Peptidoglicano / Mucopeptídeo: camada espessa, externamente à membrana citoplasmática. • Polímero mucopeptídeo complexo, rígido. • Formado pelos açúcares aminados N-acetilglicosamina e ácido N-acetilmurâmico, ligados por pontes de aminoácidos. • Assegura a rigidez da parede celular. ▪ Ácidos teicoicos ▪ Ribonucleato de magnésio ▪ Carboidratos. o Bacilo gram-negativo → estrutura complexa ▪ Peptidoglicano: camada delgada, camada basal sobre a camada externa. ▪ Camada externa composta por: • Lipopolissacarídeos: correspondem às endotoxinas. o Fração lipídica é responsável pelo efeito tóxico. o Fração polissacarídica constitui o antígeno somático, ou antígeno O. • Fosfolipídios • Proteínas: porinas – formam túneis ou poros pelos quais moléculas podem passar do meio exterior para o espaço periplásmico o Membrana citoplasmática: internamente à parede celular. o Cápsula: externamente à parede celular. • Constituição variável da parede de microrganismos origina diferenças na permeabilidade às drogas, que devem penetrar na célula para atingir seu local de ação. o Maior dificuldade de drogas com baixa lipossolubilidade em agir sobre bactérias gram-negativos, ricos em lipídios em sua parede (penicilina G). o Maior facilidade de drogas lipossolúveis em agir sobre bactérias gram-negativos (ampicilina). • Parede celular está constantemente sendo destruída e sintetizada, de modo a permitir que as células-filhas sejam compostas por esta estrutura vital, permitindo que a divisão celular ocorra sem destruição celular. Antibióticos que interferem na síntese do peptidoglicano: • Peptidoglicano é o constituinte fundamental da estrutura da parede celular das bactérias. o Composto p/ açúcares: N-acetilglucosamina e ácido N-acetilmurâmico (dispõem-se alternadamente). Thais Alves Fagundes ▪ Formando longas cadeias que são ligadas por cadeias peptídicas que se entrecruzam. ▪ São estas pontes cruzadas que asseguram a rigidez da parede celular. o Diferentes enzimas catalisam: ▪ Biossíntese dos constituintes da parede celular. ▪ Sua ligação para formar a longa cadeia polissacarídica e as pontes peptídicas. o Peptidoglicano é o principal elemento que configura a rigidez da parede. ▪ Responsável pela manutenção da maior pressão interna nas bactérias. ▪ Substâncias que interferem na sua síntese causarão efeito destrutivo sobre a bactéria. • Antibióticos que inibem a síntese da parede celular: o Agem em várias etapas da formação do mucopeptídeo. o Por mecanismo competitivo e inibitório, com enzimas que participam desta síntese. ▪ Beta-lactâmicos: penicilinas, cefalosporinas. ▪ Glicopeptídeos: fosfomicina, vancomicina. ▪ Bacitracina ▪ Ciclosserina Fosfomicina: • Inibe a enzima piruviltransferase, que participa da formação do ácido acetilmurâmico. Ciclosserina: • Compete com enzimas, que ligam os peptídeos formadores da parede celular. Glicopeptídeos (vancomicina e teicoplanina): • Formam complexos com peptídeos precursores. o Interrompem o alongamento do peptidoglicano. o Antagonistas competitivos da polimerização da cadeia peptidoglicana • Ocorre o acúmulo dos precursores do peptidoglicano no interior ou no espaço periplásmico. o Por ação dos glicopeptídeos e da bacitracina. Atuação sobre a membrana citoplasmática: • Estes antibióticos atuam sobre a membrana citoplasmática. • Alteram a permeabilidade da membrana citoplasmática. • São altamente tóxicos para as células de mamíferos. Beta-lactâmicos: Inibem a enzima transglicosidases (polimerização / transglicosilação): Thais Alves Fagundes • Polimerização ou transglicosilação: o Moléculas precursoras vão sendo ligadas para formar a longa cadeia polissacarídica. • Catalisada por transglicosidases. • Podem ser inibidas por antibióticos beta-lactâmicos. Inibem a enzima transpeptidases (transpeptidação): • Transpeptidação: o Biossíntese do peptidoglicano se completa pela união das cadeias polissacarídicas. o Por meio da ligação entrecruzada das cadeias pentapeptídicas de uma molécula com a de outra. o Forma-se o peptidoglicano, polímero mucocomplexo em forma de rede o Que proporciona a rigidez e a barreira osmótica da parede celular. • Catalisada por transpeptidases, havendo participação de carboxipeptidases e de endopeptidases. Atuação dos antibióticos beta-lactâmicos (penicilinas, cefalosporinas, carbapenemas, monobactâmicos): ligam-se de maneira irreversível ao receptor de ação dessas enzimas, isto é, as proteínas ligadoras de penicilinas, inibindo sua ação. Proteínas ligadoras de penicilinas (PBPs): • Situam-se na face externa da membrana citoplasmática.• Têm atividade enzimática de transglicosidases, transpeptidases, carboxipeptidases e endopeptidases. o Participando na terceira etapa da biossíntese das novas moléculas de peptidoglicano e sua incorporação no peptidoglicano preexistente na parede celular da bactéria em multiplicação. o Dessa maneira, ocorre a divisão da célula bacteriana, formação de septos entre as bactérias-filhas e seu alongamento. • Ligação dos antibióticos beta-lactâmicos às PBPs: o Impede a formação do peptidoglicano. o Ficando a célula em crescimento defeituosa, rapidamente ocorrendo a lise osmótica. Microrganismos tolerantes: • Ação bactericida dos antibióticos beta-lactâmicos depende não só de sua união às proteínas ligadoras de penicilinas, mas também do funcionamento adequado das enzimas autolíticas sobre a parede celular presente na bactéria. • Autolisinas rompem a parede (peptidoglicano), permitindo o acoplamento das novas unidades do peptidoglicano que formarão o septo divisório entre as células reprodutivas e o alongamento das células-filhas resultantes da divisão bacteriana. • Quando o peptidoglicano não é formado pela ação dos antibióticos, mas as enzimas autolíticas continuam a agir na bactéria em divisão, formam-se paredes frágeis ou defeituosas, resultando na lise osmótica da bactéria. • Determinadas cepas de bactérias têm deficiência na ação das autolisinas e não ocorre lise do microrganismo submetido à ação do antibiótico beta-lactâmico, embora seja inibido em seu crescimento e divisão devido à ligação do antibiótico em seu receptor. • Este tipo de resistência foi descrito em estafilococos, estreptococos do grupo A, enterococos e pneumococos. Antibióticos e o local de ação: • Ação dos antibióticos beta-lactâmicos em seus receptores depende da: o Afinidade pelas PBPs Thais Alves Fagundes o Possibilidade dos antibióticos chegarem ao seu local de ação. Necessário que: ▪ Membranas externas do microrganismo sejam permeáveis aos antibióticos. ▪ Antibióticos cheguem íntegros ao seu receptor. • Betalactamases (capacidade de ligação às PBPs): o Muitas bactérias resistentes aos antibióticos beta-lactâmicos produzem betalactamases. o Inativam a droga no espaço periplásmico. o Alterando a integridade da molécula da substância. o Perde a capacidade de ligação às PBPs. • Porinas (permeabilidade da membrana externa): o Permeabilidade da membrana externa é fundamental à passagem dos antibióticos. o Permeabilidade é controlada nos bacilos gram-negativos pelas porinas da membrana externa. ▪ Proteínas que constituem canais ou poros hidrofílicos. ▪ Através dos quais os antibióticos beta-lactâmicos passam para o espaço periplásmico. ▪ Dependendo do tamanho da molécula da droga e do diâmetro destes poros, os antibióticos poderão ou não atravessar do meio externo para atingir o seu receptor. • Penicilina G, a meticilina e a oxacilina são inativas contra os bacilos gram-negativos. • Não podem penetrar até seus receptores. o Resistência natural por impermeabilidade da membrana externa. o Mecanismos de resistência aos antibióticos beta-lactâmicos: ▪ Impermeabilidade da membrana externa. ▪ Perda de porinas específicas. Resumindo: • Inibem a síntese normal do peptidoglicano, causando efeito bactericida. o Penicilinas, cefalosporinas e outras beta-lactaminas. o Fosfomicina, a bacitracina, a vancomicina e outros glicopeptídeos. o Ciclosserina. • Atuam em diferentes fases da síntese, com o mesmo resultado. Havendo: o Ausência de parede celular. o Formação de uma frágil parede defeituosa. o Ausência de formação dos septos que dividem as células em multiplicação. • Em consequência disto, ocorre lise osmótica: o Bactéria não conseguirá sobreviver. o Devido à hipertonicidade intracelular, entrará água do meio externo para o meio interno. o Por fim, ocorrerá a lise bacteriana. ▪ Lise osmótica pode não acontecer se a bactéria estiver em meio hipertônico (urina). ▪ Sobreviverá sob a forma de esferoplasto ou protoplasto. ▪ Mas não conseguirá reproduzir-se enquanto durar a ação do antibiótico. • Bacilos gram-negativos: o Lise osmótica geralmente demora a acontecer e pode não ocorrer se sofrerem a ação de penicilinas, cefalosporinas e fosfomicina por curto espaço de tempo. o Devido a pressão osmótica interna ser pequena e os constituintes da parede celular serem, principalmente, lipopolissacarídeos e lipoproteínas, tendo menor participação o mucopeptídeo. o Embora haja bloqueio da síntese do mucopeptídeo, demais constituintes preservam por tempo mais prolongado a integridade física do germe. ANTIMICROBIANOS QUE INTERFEREM NA PERMEABILIDADE DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Membrana citoplasmática / Membrana interna: Thais Alves Fagundes • Abaixo da parede celular e circundando o citoplasma. • Típica membrana com dupla camada de lipídios (33% - principalmente fosfolipídios) e elevado conteúdo de proteínas (66%), não há esteróis nas bactérias, os quais estão presentes nos fungos. • Possui permeabilidade seletiva: o Controla a passagem de substâncias nutrientes para o interior da célula. o Controla a saída de dejetos resultantes do catabolismo. ▪ Apresenta sistema enzimático de transporte ativo, isto é, contra gradientes de concentração. • Papel na respiração celular por intermédio de citocromo oxidases. • Na membrana ocorre: o Produção de ATP pelo processo de oxidação fosforilativa. o Formação final de alguns componentes celulares, como fosfolipídios. o Ação de enzimas envolvidas no processo de síntese da parede celular. • Antibióticos e a passagem pela membrana citoplasmática: o Passam livremente para o interior da célula bacteriana: espiramicina e cloranfenicol. o Não penetram de imediato, necessita de sistema ativo de transporte: fosfomicina e aminoglicosídeos. ▪ Modificações nos sistemas de transporte podem ser causa de resistência das bactérias. ▪ Em drogas que necessitam desses sistemas de transporte para atingir seu receptor de ação. Antibióticos que interferem na permeabilidade da membrana citoplasmática: • Alterações físico-químicas da membrana citoplasmática levam à morte bacteriana. • Permeabilidade seletiva é rompida. o Causando a saída de elementos vitais da célula, como fosfatos, íons, purinas e ácidos nucleicos. o Causando a entrada de substâncias nocivas ao metabolismo bacteriano. • Antibióticos são também bactericidas ou fungicidas. • Alterações do sistema respiratório da célula: levam à morte bacteriana. Polimixinas: • Ligam aos constituintes normais da membrana. • Atuam como detergentes, provocando desorganização funcional. Tirotricina: • Age, provavelmente, por processo semelhante ao das polimixinas. • Ou por causar alterações na respiração celular. Nistatina e anfotericina B: • Agem na membrana dos fungos, por se fixarem nos esteróis presentes nestes agentes. OBS.: composição da membrana citoplasmática de bactérias e fungos é semelhante à das células humanas. Antibióticos que atuam na membrana citoplasmática têm menor toxicidade seletiva, sendo tóxicos a células humanas. Aminoglicosídeos (estreptomicina): • Agem na síntese proteica, determinando a formação de proteínas erradas, originando membrana anormal. • Membrana citoplasmática sofre alterações porque seus constituintes foram formados de maneira errada. o Efeito secundário a uma alteração primariamente feita noutro local. ANTIMICROBIANOS QUE INTERFEREM NA SÍNTESE PROTEICA Thais Alves Fagundes Síntese proteica: • Processo metabólico complexo, comandado por genes cromossômicos. • Cromossomo bacteriano: o Formado por uma única longa molécula de DNA. o No qual está contido o código genético com o programa completo da síntese das proteínas. • Transcrição: o Síntese proteica tem início pela ação da enzima RNA-polimerase, com formação de RNA-mensageiro. o Promove a formação de RNA-mensageiro (RNA-m). ▪Carregando o programa da proteína a ser formada, funcionando como molde dessa proteína. ▪ De acordo com o código genético contido no DNA cromossômico. ▪ Haverá tantos RNA-m quantas forem as proteínas programadas no cromossomo. ▪ RNA-m e proteínas: • Cada proteína é determinada por uma sequência de genes no DNA. • Cada RNA-m comporta-se como uma cópia complementar do fragmento do DNA. • Contendo a informação genética para a fabricação da proteína desejada. ▪ RNA-m, formação de proteínas e códon: • Especifica o tipo e a ordem de aminoácidos a serem ligados para formar a proteína. • Especificação é feita por uma sequência de bases nucleicas chamada códon. • Célula produz RNA-transporte (RNA-t): o Função de trazer os aminoácidos absorvidos pela célula. o Para serem ligados na composição do peptídeo. • Ribossomos: o Estão fixados à membrana citoplasmática nas bactérias. o Ribossomos formam agregados (polissomas). o Funcionando como uma fábrica de proteínas. o Ligando-se vários ribossomos a uma mesma molécula do RNA-m, na fração 30S. • Formação de proteínas: o RNA-mensageiro atua como molde da proteína a ser formada. o Polissomas funcionam como uma fábrica de proteínas. o RNA-transportador fornece aminoácidos (matéria-prima) para síntese de proteínas. ▪ RNA-t apresentam uma sequência de bases que formam anticódons. ▪ Fixando-se ao complexo RNA-mensageiro-ribossomo no local do códon correspondente. • Translocação: o Ocorre uma série de reações, catalisadas pela enzima peptdil-transferase (transferase ribossômica). o Ribossomo, deslocando-se pelo RNA-mensageiro, liga aminoácidos trazidos pelo RNA-transportador. o Resulta na formação da proteína codificada geneticamente no cromossomo. Thais Alves Fagundes Antibióticos que interferem na síntese proteica: • Síntese proteica pode sofrer interferência dos antibióticos em várias fases do seu desenvolvimento: o Formação dos RNA (RNA-mensageiro, RNA-ribossomol e RNA-transportador). o Fixação do RNA-mensageiro ao ribossomo. o Alterações no ribossomo. o Fixação do RNA-transportador ao ribossomo. Rifamicinas: • Interferência na síntese dos RNA, comprometendo a síntese proteica. • Ligam de maneira irreversível às RNA-polimerases das bactérias, bloqueando a iniciação da cadeia dos RNA. • Morte da bactéria pela não renovação de seus constituintes vitais. Cloranfenicol e tianfenicol: • Inibem a ligação do RNA-mensageiro aos ribossomos. o Competindo na ligação com a fração 30S do ribossomo. • Inibem a ligação do RNA-transportador e a ação das peptidiltransferases, bloqueando a união dos aminoácido. o Ligam reversivelmente à fração 50S do ribossomo. • Inibem a síntese proteica e exercem efeito bacteriostático sobre germes sensíveis. o Efeito bactericida: resultante de defeitos na parede celular, devido a falha na composição proteica (cloranfenicol em doses habituais: S. pneumoniae, H. influenzae e N. meningitidis). • Não afetam a síntese de DNA e RNA, consequentemente, se a droga é eliminada, a célula reassume a síntese proteica normal e continua sua reprodução em curto período. Lincosamidas (lincomicina e clindamicina): ligam-se à subunidade 50S, inibindo a translocação do RNA-transportador, bloqueando a união dos aminoácidos na formação da cadeia peptídica. Tetraciclinas: ligam-se à fração 30S, impedindo a ligação dos RNA-transportador, impossibilitando o aporte de aminoácidos e bloqueando a síntese proteica. Exercem ação bacteriostática. Macrolídeos e o ácido fusídico: ligam-se à fração 50S do ribossomo, inibindo a translocação do RNA-transportador, bloqueando a união dos aminoácidos na formação da cadeia peptídica. OBS.: macrolídeos são primariamente bacteriostáticos e competem com o cloranfenicol e as lincosamidas na ligação pelo mesmo receptor. Dessa maneira, essas drogas são antagônicas entre si. Aminoglicosídeos: alterações no ribossomo. • Bloqueio da síntese de proteínas (concentrações subinibitórias – bacteriostático): o Ligam à fração 50S, impedindo o acoplamento dos aminoácidos. • Formação de proteínas erradas (concentrações terapêuticas – bactericida): o Ligam-se à fração 30S, provocando distorção no RNA-mensageiro ligado a esta fração do ribossomo. o União de aminoácidos diferentemente do codificada geneticamente, originando proteínas aberrantes o Proteínas erradas, ao serem incorporadas à membrana celular, enzimas respiratórias e outras estruturas essenciais, provocam alterações em sua função, que levam à morte celular (alteração da permeabilidade celular ou o não funcionamento de enzimas respiratórias). ▪ Resultantes da ação destes antibióticos em nível ribossomal. OBS.: ação bactericida dos aminoglicosídeos só se manifesta nos microrganismos em atividade metabólica de crescimento. Associação com o cloranfenicol tem efeito antagônico, pois este antibiótico, ao deter o crescimento (inibição da síntese proteica), limita a formação das proteínas erradas. Thais Alves Fagundes ANTIMICROBIANOS QUE INIBEM A SÍNTESE DE ÁCIDOS NUCLEICOS Ácidos ribonucleicos: • Síntese de proteínas depende de ácidos ribonucleicos. • Ácidos ribonucleicos: o Codificam o molde da proteína específica. o Transportam aminoácidos (matéria-prima das proteínas). o Elaboram sua união para formar a proteína de acordo com o código genético (RNA-ribossômico). o Participam do sistema de mitocôndrias (DNA). o Constituem o cromossomo das células (DNA-cromossômico). • Síntese dos ácidos nucleicos: o Sequência metabólica de derivados do ácido fólico. o Inibidas por quimioterápicos sulfamídicos e diaminopirimidínicos (trimetoprima e pirimetamina). o Inibem a produção de ácido fólico e, consequentemente, ácidos nucleicos. • Ácido fólico: o Bactérias (exceção: P. aeruginosa e E. faecalis), protozoários e fungos: ▪ Sintetiza ácido fólico a partir do ácido paraminobenzoico (PABA) presente na matéria orgânica • Ácido fólico é reduzido a ácido folínico, pela ação de redutases. • Ácido folínico passa para tetraidrofolatos, sua forma ativa. • Síntese dos ácidos nucleicos: o Tetraidrofolatos são cofatores para a formação de bases purínicas e pirimidínicas. ▪ Tais como timina, adenina, guanina, metionina. o Bases purínicas e pirimidínicas: ▪ Unindo-se a uma pentose (ribose ou desoxirribose). ▪ Originam nucleosídeos (timidina, guanosina, adenosina e outros). o Nucleosídios: ▪ Ao se ligarem, formarão os RNA e DNA. ▪ Síntese de timidilatos (timidina) é importante para a formação do DNA nuclear. Associação sulfonamidas e trimetoprima: • Efeito primariamente bacteriostático. • Ação da sulfonamidas é potencializada pela trimetoprima. • Mecanismo de ação dessa associação: inibição sequencial da síntese de ácidos nucleicos e de proteínas. • Sulfonamidas: inibem as sintetases que transformam o PABA em ácido fólico. • Trimetoprima: bloqueia as redutases que reduzem o ácido fólico a ácido folínico. o Impedindo a formação dos ácidos nucleicos. ▪ Bloqueio da síntese do DNA: bactérias deixam de se reproduzir. ▪ Bloqueio da síntese do RNA: inibição da formação de proteínas. • Dependente dos RNA-mensageiros, RNA-transportador, e RNA-ribossômicos. Diaminopirimidinas (pirimetamina e a trimetoprima): • Ação sequencial naquela cadeia metabólica. • Inibindo a ação das diidrofolato-redutases e impedindo a formação dos tetraidrofolatos. Thais Alves Fagundes ANTIMICROBIANOS QUE INTERFEREM NA REPLICAÇÃO DO DNA-CROMOSSÔMICO Dna-cromossômico: • Formado por duas cadeias de nucleotídeos em espiral, enroladas fortemente, a fim de ocuparem o menor espaço na célula. o Superespiralamento do DNA é controlado por ação enzima DNA-girase (ou topoisomerase II). o DNA-girase, na divisão celular, provoca incisão nas cadeias do DNA-cromossômico, que se separam. o DNA-polimerase, forma uma cadeia de nucleotídeos complementar a cada uma das cadeias antigas. o DNA-giraseliga novas cadeias às cadeias antigas, voltando a ocorrer o superespiralamento do DNA. o Topoisomerase IV: ▪ Controla o superespiralamento e a replicação do DNA-cromossômico. ▪ Esta última mais especificamente nas bactérias gram-positivas. Antibióticos que atuam na replicação do DNA-cromossômico: maioria são tóxicos para a célula humana, como é o caso da mitomicina (antibiótico antineoplásico). Quinolonas: • Inibem as subunidades A da DNA-girase e as subunidades ParC e ParE da topoisomerase IV. o DNA tem suas espirais relaxadas, ocupando um espaço maior que o contido na bactéria. ▪ Alongamento anormal das bactérias, ocorrendo o rompimento da célula bacteriana. o Incisões expostas nas cadeias do DNA induzem à produção de exonucleases. ▪ Podem degradar o cromossomo, com consequente morte celular. • Ação bacteriostática (elevada concentração): provavelmente por inibirem a síntese do RNA. AÇÃO DOS ANTIBIÓTICOS EM CONCENTRAÇÕES SUBINIBITÓRIAS – INIBIÇÃO DE ADESINAS Ação antimicrobiana dos antibióticos: • Em concentrações adequadas, drogas agem por diferentes mecanismos primários de ação que lhes dão as características de serem bactericidas ou bacteriostáticas. • Mecanismos secundários podem ser o fundamento principal da ação de um antibiótico. • Concentrações elevadas de antibióticos bacteriostáticos causam efeito bactericida. o Resulta de alterações secundárias provocadas por mecanismos primários. o Exemplo: falta de formação de proteínas para estruturas essenciais da célula. • Concentrações subinibitórias causam efeitos diferentes das concentrações terapêuticas. o Resulta de ações anômalas nos receptores das drogas ou interferência em outros locais. o Alguns antibióticos reduzem a capacidade de aderência das bactérias aos tecidos. ▪ Tetraciclinas, estreptomicina, cloranfenicol, clindamicina, associação sulfa + trimetoprima. Adesinas: • Adesinas na superfície bacteriana estão relacionadas à capacidade de aderência dos microrganismos. • Ligam especificamente a receptores na superfície da célula epitelial. • Composição proteica e formação por fímbrias e fibrilas (apêndices filamentosos na superfície das bactérias). Antibióticos que interferem na síntese proteica alteram formação das adesinas: • Antibióticos que interferem na síntese proteica, bloqueando a síntese ou originando proteínas anômalas. • Podem alterar a formação das adesinas, inibindo a aderência bacteriana. o Antibióticos em concentrações subinibitórias podem atuar como antiadesinas. o Concentrações subinibitórias das fluorquinolonas, vancomicina, eritromicina e amoxicilina. o Exercem um papel na profilaxia de infecções como endocardite bacteriana ou infecções urinárias. Thais Alves Fagundes RESISTÊNCIA BACTERIANA A resistência aos antimicrobianos é um fenômeno genético, relacionado à existência de genes contidos no microrganismo, que codificam diferentes mecanismos bioquímicos que impedem a ação das drogas. Resistência pode ser: • Natural: genes de resistência fazem parte do código genético do microrganismo. • Adquirida: genes de resistência não fazem parte do código genético normalmente, e são a ele incorporados. o Originada em mutações: ▪ Ocorre no microrganismo durante seu processo reprodutivo. ▪ Resulta de erros de cópia na sequência de bases que formam o ácido desoxirribonucleico DNA. o Originada em importação dos genes causadores de resistência. ▪ Resistência transferível. Ação dos antimicrobianos no aumento da resistência: • Papel selecionador dos exemplares resistentes. • Por meio da pressão seletiva resultante de seu emprego clínico, industrial, comercial e experimental. • Problema observado principalmente no ambiente hospitalar, onde a pressão dos antimicrobianos é maior. História clínica da resistência bacteriana: • Resistência bacteriana era pouco frequente ao início da era da antibioticoterapia. • Expansão do problema coincide com a introdução e ampla utilização de inúmeros antimicrobianos em 1950. • Agravando-se a partir de 1960, com a introdução dos novos antibióticos beta-lactâmicos. CONCEITOS Tolerância: • Bactérias sensíveis às concentrações inibitórias mínimas de determinados antibióticos. o Sofrem bacteriostase. o Mas não sofrem a ação das concentrações bactericidas mínimas habituais destas mesmas drogas. • Tolerância não oferece dificuldades terapêuticas para infecções em imunocompetentes. Atividade bacteriostática da droga é suficiente para permitir aos fatores imunitários eliminar o microrganismo. Persistência: • Sobrevivência do microrganismo nos tecidos ou líquidos orgânicos, apesar da sensibilidade à droga utilizada. • Persistência pode ser devida à: o Quantidade insuficiente do antibiótico que chega ao foco de infecção. o Inativação do antibiótico por enzimas produzidas por outros germes associados no local da infecção. o Sobrevivência da bactéria como um esferoplasto ou protoplasto, ou forma L (microrganismo submetido a antibiótico que age na parede celular, quando situado em líquidos hipertônicos – urina). Resistência: • Germe é capaz de crescer in vitro em presença da concentração inibitória que esta droga atinge no sangue. • Resistência simples: resistente a uma só droga. • Resistência múltipla: resistente simultaneamente a duas ou mais. • Resistência cruzada: mecanismo bioquímico de resistência a uma droga é o mesmo para outras. Thais Alves Fagundes Resistência natural: • Compõe a herança genética cromossômica do microrganismo. • Caráter hereditário, transmitido verticalmente às células-filhas. • Comandado por genes cromossômicos. • Determinam na célula bacteriana: o Ausência de receptores para a ação dos antibióticos. ▪ Micoplasmas: • Não possuem parede celular. • Local de ação dos antibióticos beta-lactâmicos. o Impermeabilidade à droga (existência de estruturas que impedem o antibiótico chegar a seu receptor). ▪ Bacilos gram-negativos: • Composição das membranas externas da parede celular. • Impede penicilina G de atravessar a parede celular. • Impede sua ligação com o receptor, proteínas ligadoras de penicilina. o Produção de enzimas que inativam o antibiótico. ▪ Bactérias gram-negativas e gram-positivas: • Capazes de produzir beta-lactamases de origem cromossômica. • Resistência à ampicilina: Klebsiella, Enterobacter e Serratia. Resistência adquirida: • Surgimento do fenômeno da resistência a antimicrobiano em bactérias originalmente sensíveis. • Resulta de modificações na estrutura ou funcionamento da célula bacteriana, decorrente de fatores genéticos. • Adquiridos por mecanismos: o Mutações no cromossomo bacteriano. o Afetam plasmídios: elementos extracromossômicos formados por segmentos de DNA. ▪ Multiplicam-se no citoplasma bacteriano de maneira independente do cromossomo. ▪ Contêm genes que conferem à célula características biológicas adicionais, como a resistência. ▪ Podem incorporar-se ao cromossomo bacteriano, multiplicando-se no mesmo ritmo que este. • Plasmídios metabólicos: genes conferem propriedades metabólicas adicionais. • Plasmídios de virulência: genes aumentam a virulência do microrganismo, codificando fatores de virulência, como toxinas, aderência bacteriana e capacidade invasiva. • Plasmídio conjugante: promove a ligação física entre bactérias. • Plasmídios R ou de resistência: podem existir de maneira autônoma ou integrada a plasmídios conjugantes, sendo chamados fatores de transferência de resistência. o Transferência de genes de resistência de uma célula para outra MECANISMOS DE AQUISIÇÃO DE RESISTÊNCIA RESISTÊNCIA ADQUIRIDA POR MUTAÇÃO OU CROMOSSÔMICA • Mutações são fenômenos espontâneos. o Podem ocorrer no momento da divisão celular. o Provocadas por emprego antimicrobianos, principalmente em doses subinibitórias. ▪ Em geral simples (isto é, para um tipo de drogas). ▪ Pode ser transmitida verticalmente paradescendentes. Thais Alves Fagundes RESISTÊNCIA TRANSFERÍVEL • Transferência de genes de uma célula doadora para outra receptora. • Podendo ter quatro mecanismos: transformação, transdução, conjugação e transposição. Transformação: • Captação do DNA solúvel, por uma bactéria receptora. • Proveniente do cromossomo ou plasmídio liberado no meio, por uma bactéria doadora. • Sendo transferida incorporada ao cromossomo ou a plasmídios da bactéria receptora. o Bactéria sofre morte por lise e seu DNA fica livre no meio ambiente. Transdução: • Transferência de material genético de uma bactéria para outra, por meio de bacteriófagos. • Bacteriófagos infectam uma bactéria e utilizam o DNA bacteriano para sua própria multiplicação. • Bacteriófagos incorporam ao genoma de novas partículas virais fragmentos de DNA cromossômico (não tem importância prática) ou plasmidial (geralmente muito eficaz) da bactéria parasitada, contendo genes de resistência. • Bacteriófagos infectam outra bactéria e introduzem nela a característica de resistência da bactéria anterior. Conjugação: • Transferência de material genético de uma bactéria para outra, através do contato físico entre elas. • Realizado por: o Organela denominada fímbria sexual: ▪ Transfere plasmídios conjugativos para bactéria receptora. ▪ Por meio de fímbrias da bactéria doadora. • Bacilos gram-negativos. o diretamente pelo contato célula a célula ▪ Célula doadora secreta feromônio. ▪ Causa a adesão e a agregação da célula doadora às células receptora. ▪ Possibilitando a transferência dos plasmídios conjugativos. • Cocos gram-positivos (estreptococos, enterococos e estafilococos). • Plasmídios conjugativos que conferem resistência aos antibióticos: fatores R. Transposição: • Transferência de genes de um plasmídio para outro, para o cromossomo ou para um bacteriófago, bem como do cromossomo para plasmídios, dentro de uma célula. • Transferência se dá através de transposons. • Transposons não são capazes de se replicar independentemente, ao se incorporarem aos plasmídios ou ao cromossomo bacteriano, podem manter-se estáveis e replicar-se junto ao DNA receptor. RESISTÊNCIA INDUZIDA • Indução enzimática: o Produção, pela célula, de um determinado elemento. o Quando submetida à ação de um outro elemento. o Resulta da: ▪ Desrepressão (liberação) de genes responsáveis por uma determinada característica da célula. ▪ Que estavam reprimidos por um outro gene produtor de uma substância repressora. • Fenômeno genético. Thais Alves Fagundes MECANISMOS BIOQUÍMICOS DE RESISTÊNCIA • Inativação da droga por enzimas • Alteração da permeabilidade bacteriana à droga • Alteração de sistemas de transporte na célula • Retirada ativa da droga do meio intracelular (efluxo) • Alteração do receptor da droga • Modificação do sistema metabólico ativo para a droga e síntese de vias metabólicas alternativas. INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA • Inativação enzimática da droga, por meio do bloqueio ou modificação do antimicrobiano por enzimas. • Beta-lactamases: o Destruição enzimática dos antibióticos beta-lactâmicos por enzimas beta-lactamases. o Hidrolisam a ligação amida do anel betalactâmico. o Causando a destruição irreversível da atividade antibacteriana dos antibióticos beta-lactâmicos. o Enzima produzida por: ▪ Bactérias gram-positivas: Estafilococos ▪ Bactérias gram-negativas: Pseudomonas, E. coli, Klebsiella, H. influenzae ALTERAÇÃO DA PERMEABILIDADE ÀS DROGAS • Impossibilidade de o antibiótico atingir o seu local de ação. o Espessamento da parede celular, resultante do aumento de sua síntese. o Alterações nas porinas das membranas externas, bloqueando a penetração no local de ação. ▪ Gram-negativos: antibiótico é incapaz de atravessar a membrana externa lipopolissacarídica. ▪ Resistência por alteração na permeabilidade pode ser adquirida por mutação. ALTERAÇÃO DE SISTEMAS DE TRANSPORTE NA CÉLULA • Passagem dos antibióticos aminoglicosídeos através das membranas bacterianas associada à diferença de potencial elétrico existente entre o exterior e o interior da célula: o Antibióticos têm carga elétrica positiva. o Meio interno celular tem carga elétrica negativa. o São transportados por meio da diferença de potencial nas duas faces da membrana. ▪ Transporte ativo dos aminoglicosídeos é dependente de energia. ▪ Derivada da passagem de elétrons, usando oxigênio ou nitratos, como um terminal receptor. ▪ Passagem dos aminoglicosídeos para o interior das células só é realizada em condições aeróbias necessárias à geração do fluxo de elétrons. • Diminuição da atividade dessas drogas em condições anaeróbias. • Resistência natural das bactérias anaeróbias, não dispõem do sistema de transporte. • Resistência aos aminoglicosídeos pode resultar de mutações. o Mutações afetam o metabolismo energético da membrana. o Diminuindo a diferença de potencial através da membrana e reduzindo a penetração dos antibióticos. RETIRADA DA DROGA DO MEIO INTRACELULAR (EFLUXO) • Produção de proteínas de resistência localizadas na membrana citoplasmática, que funcionam como bombas de efluxo e transportam para fora da célula tetraciclinas e outros antibióticos de classes diferentes. o Promovem o efluxo, isto é, a saída do antibiótico da célula. o Bombeamento ativo do antibiótico é dependente de energia. o Ligada à movimentação de prótons. Thais Alves Fagundes ALTERAÇÃO DO RECEPTOR DA DROGA • Resistência aos antibióticos por alterações no seu receptor. • Geralmente é adquirida por mutação cromossômica, sendo pouco frequente a participação de plasmídios. o Diminuição da afinidade de antibióticos pelas proteínas ligadoras de penicilinas (PBPs),. ▪ Resistência está relacionada à presença de um gene, denominado mecA. o Alterações na constituição do ribossomo bacteriano. o DNA-girases modificadas, às quais não mais se ligam os antimicrobianos ativos. MODIFICAÇÃO DO SISTEMA METABÓLICO ATIVO PARA A DROGA E SÍNTESE DE VIAS METABÓLICAS ALTERNATIVAS • Resistência à impermeabilidade às drogas. • Resistência relacionada ao metabolismo do ácido fólico e à síntese de ácidos nucleicos. o Síntese dos ácidos nucleicos: ▪ Fundamenta-se numa sequência metabólica de derivados do ácido fólico. ▪ Da qual participam diferentes redutases e sintetases. ▪ Que podem ser inibidas por quimioterápicos sulfonamídicos e diaminopirimidínicos.
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