Resumo Detalhado sobre Ação de Antibióticos e Estrutura Bacteriana

Ação Bacteriostática e Bactericida

Em condições ideais, as bactérias dividem-se a cada 15 minutos, resultando em $8 \times 10^{25}$ divisões em 24 horas. No entanto, em infeções clínicas, a multiplicação é mais lenta devido ao acúmulo de metabólitos, exaustão de nutrientes como o $O_2$ , e a intervenção do sistema imunitário.

Ação Bactericida: Antibacterianos que matam as células bacterianas.
Ação Bacteriostática: Antibacterianos que inibem a multiplicação bacteriana, permitindo que o organismo remova as bactérias remanescentes.

Concentrações Inibitórias e Bactericidas Mínimas

A sensibilidade de uma estirpe bacteriana a um antibacteriano é determinada in vitro, expondo-as a concentrações crescentes do fármaco.

Concentração Inibitória Mínima (CIM): A menor concentração que impede o crescimento bacteriano.
Antibiograma: Teste de sensibilidade bacteriana a vários antibacterianos numa placa de cultura.
Concentração Bactericida Mínima (CBM): A menor concentração que elimina 99.9% de uma população bacteriana após 18 horas de contacto.
Eficácia Bactericida: Um antibiótico bactericida é mais eficaz quanto maior a razão entre as CIM e as CBM.
Efeito Pós-bacteriano (ou Pós-antibiótico): Supressão da multiplicação bacteriana que continua após a remoção do antibacteriano.

Mecanismos de Ação

O conhecimento do mecanismo de ação de um antibacteriano é crucial para entender suas potencialidades, toxicidade, razões de inocuidade e o problema das resistências (ex., MDR - Multidrug-resistant).
Permite compreender melhor o problema das resistências (ex., MDR).
Auxilia no estudo da associação de antibacterianos e seus efeitos sinérgicos.

Classificação dos Mecanismos de Ação

Inibição da síntese da parede bacteriana.
Inibição da síntese proteica por ação sobre os ribossomas.
Inibição de diversas enzimas do metabolismo citoplasmático.
Alteração da síntese dos ácidos nucleicos.
Modificação da permeabilidade da membrana citoplasmática.
Outros.

É essencial conhecer o mecanismo de ação exato de cada antibacteriano, não apenas a descrição geral.

Estrutura Bacteriana

Bactérias e microrganismos afins são células procarióticas únicas.
Apresentam um revestimento externo com uma camada rígida e espessa (50-800 nm), a parede bacteriana (PB).
A PB dá forma à bactéria e evita a sua rutura em meios hipotónicos.
A PB é constituída por mureína, um mucopeptídeo formado por cadeias lineares de N-acetil-D-glicosamina e ácido N-acetilmurâmico, ligadas entre si por peptídeos.

Antibacterianos: Exemplos

Inibição da Síntese da Parede Bacteriana

β-lactâmicos:
- Penicilinas (Ex.: benzilpenicilina, meticilina, amoxicilina, piperacilina, pivmecilinamo).
- Cefalosporinas (Ex.: cefazolina, cefuroxima, cefatriazona, cefepima, ceftarolina fosamilo, cefiderocol).
- Monobactamos (Ex.: aztreonam).
- Carbapenemas (Ex.: imipenema, meropenema, doripenema, ertapenema).
Glicopeptídeos (Ex.: vancomicina, teicoplanina).
Outros (Ex.: fosfomicina).

Inibição da Síntese Proteica por Ação sobre os Ribossomas

Tetraciclinas (Ex.: tetraciclina, clorotetraciclina, minociclina, doxiciclina, eravaciclina).
Macrólidos (Ex.: eritromicina, claritromicina, azitromicina, roquitamicina, telitromitromicina).
Estreptograminas (Ex.: quinupristina/dalfopristina).
Oxazolidinonas (Ex.: linezolido, tedizolida).
Lincosamidas (Ex.: clindamicina).
Pleuromutilinas (Ex.: lefamulina).
Aminoglicosídeos (Ex.: estreptomicina, gentamicina, tobramicina, neomicina).
Cloranfenicol

Inibição de diversas enzimas do Metabolismo Citoplasmático

Sulfonamidas (Ex.: sulfametoxazole, sulfisoxazol).
Pirimetamina.
Trimetoprima.

Alteração da Síntese dos Ácidos Nucleicos

Fluoroquinolonas (Ex.: norfloxacina, enoxacina, ofloxacina, enrofloxacina, ciprofloxacina, delafloxacina, levofloxacina, sparfloxacina, clinofloxacina).
Fidaxomicina.

Modificação da Permeabilidade da Membrana Citoplasmática

Lipopeptídeos acídicos (Ex.: daptomicina).
Polimixinas (Ex.: polimixina B, colistina (polimixina E)).

Outros

Nitroimidazoles (Ex.: metronidazol: ornidazol, secnidazol, tinidazol, nimorazol).
Derivados nitrofurânicos (Ex.: nitrofurantoína, furazolidona, nifurfolina, nitrofurazona e a nitroxolina).
Ácido fusídico.

Estrutura Bacteriana (Detalhes Adicionais)

A estrutura da parede bacteriana é mais complexa, com polímeros adicionais ligados covalentemente à mureína, protegendo contra ataques enzimáticos e servindo de ligação a antigénios e recetores para bacteriófagos.
A constituição química da PB varia entre bactérias, assim como a arquitetura da PB.
Bactérias Gram-negativas têm paredes menos espessas e com menos ligações peptídicas do que as Gram-positivas. As Gram-positivas podem ter cerca de 50 camadas moleculares de peptidoglicano.

Bactérias Gram-Negativas e Gram-Positivas

A membrana plasmática que envolve o citoplasma bacteriano é fina (5-20 nm) e tem pouca resistência mecânica; a PB impede a lise por motivos osmóticos.
A estrutura geral é semelhante à das células eucarióticas, mas sem colesterol; possui enzimas para transporte ativo, síntese da parede e metabolismo geral, incluindo um sistema de citocromos.
As bactérias Gram-negativas têm uma membrana externa adicional envolvendo a PB, composta por uma camada lipídica dupla e macromoléculas proteicas.
A membrana externa é pouco permeável a substâncias lipossolúveis ou hidrofóbicas.

Membrana Externa de Bactérias Gram-Negativas

A camada lipídica da membrana externa é assimétrica, com um folheto externo composto por lipopolissacarídeos fortemente ligados, impermeáveis a lipofilia.
Substâncias hidrofílicas atravessam a membrana externa através de canais aquosos abertos nas macromoléculas proteicas (porinas - Omp/Opr).
O espaço periplasmático, entre a membrana externa e a parede bacteriana, pode acumular enzimas segregadas pela bactéria.

Ribossoma Bacteriano

O ribossoma bacteriano é composto por duas subunidades (50S e 30S) que se juntam para formar a unidade 70S durante a síntese proteica.
O ARNm liga-se à subunidade 30S; duas moléculas de ARNt, cada uma com um aminoácido, contactam com o agregado, e a subunidade 50S liga-se ao conjunto (complexo de iniciação).
O ARNm está ligado à subunidade 30S; o ARNt está colocado na subunidade 50S.

Regiões do Ribossoma

A fração 50S possui duas regiões, A (acceptor) e P (peptidyl donor), próximas uma da outra.
Cada região está sobreposta aos codões expostos no ARNm da subunidade 30S.
As moléculas de ARNt, com os aminoácidos especificados pelos codões, ocupam os seus respetivos locais.
Ocorre a transpeptidação por meio de uma peptidiltransferase, iniciando a formação da cadeia peptídica.
Os aminoácidos ligados ficam no ARNt do local A; o ARNt do local P é libertado.

Translocação

Para o crescimento da cadeia, o ARNt com os aminoácidos deve mover-se para a posição P, permitindo que a posição A se ligue a um novo ARNt com um novo aminoácido.
Este processo, chamado translocação, envolve o deslizamento do ribossoma sobre o ARNm para alinhar o próximo codão com o local A.
Aminoglicosídeos, tetraciclinas, macrólidos, clindamicina e cloranfenicol, entre outros, atuam nestes locais.

Metabolismo Citoplasmático (Enzimas)

Muitas bactérias e alguns protozoários não podem utilizar folatos pré-formados exógenos. Possuem enzimas essenciais para a síntese de folatos, ausentes em humanos.
A sintetase do diidropteroato catalisa a formação de diidropteroato a partir de diidropterina e PABA.
A redutase do diidrofolato catalisa a transformação de diidrofolato em tetra-hidrofolato, essencial para a síntese de timidilato, necessário para a formação de ácidos nucleicos e multiplicação celular.

Diferenças entre Células Humanas e Bacterianas

Células humanas também possuem redutases do diidrofolato, mas diferentes das bacterianas.
Células humanas captam folatos exógenos, convertendo-os em tetra-hidrofolato pela redutase humana.
Podem usar folinato exógeno, que se converte diretamente em tetra-hidrofolato sem a redutase do diidrofolato.

Inibição da Síntese da Parede Bacteriana

Compostos que inibem a síntese da parede bacteriana são bactericidas e atuam apenas em bactérias em crescimento.

Primeira fase (citoplasmática)

Síntese do precursor, o UDP-N-ácido acetilmurâmico, a partir de N-acetil-D-glicosamina-1-fosfato, UTP e fosfoenolpiruvato.
Ligação seriada de cinco aminoácidos aminados ao precursor, com D-alanina nas duas últimas posições.

Formação de D-alanina

A D-alanina provém da L-alanina por ação de uma racemase; a formação do dipeptídeo D-alanilalanina ocorre por intervenção de uma ligase específica.
Fosfomicina inibe irreversivelmente a transferase que catalisa a condensação do fosfoenolpiruvato ao UDP-N-acetilglicosamina-1-fosfato.
Cicloserina inibe a racemase e a ligase, impedindo a formação da cadeia pentapeptídica.

Fosfomicina

Antibiótico de estrutura simples, eficaz contra Haemophilus influenzae, Salmonella, Serratia, Escherichia coli, Proteus mirabilis e cocos Gram-positivos, incluindo estafilococos resistentes à penicilina G.
Mecanismo de ação: inibe irreversivelmente a transferase que catalisa a condensação do fosfoenolpiruvato ao UDP-N-acetilglicosamina-1-fosfato, impedindo a síntese do ácido UDP-N-acetilmurâmico.
Uso terapêutico: tratamento de cistite aguda não complicada em mulheres e adolescentes, profilaxia antibiótica perioperatória para biópsia transretal à próstata em homens, e em animais de corte para infeções do trato urinário.

Segunda fase da síntese:

Transporte, através da membrana, dos elementos básicos da PB: UDP-N-ácido acetilmurâmico-pentapeptídeo e UDP-N-acetilglicosamina.
Formação do composto intermediário lipídico I (undecaprenilpirofosforil-N-acetilmuramil-pentapeptídeo).
A estrutura pentapeptídica é colocada na face externa da membrana plasmática.
Segue-se a formação da unidade constitutiva básica do peptidoglicano e do polímero linear peptideoglicânico (transglicosidases).
Transporte realiza-se pela ligação pirofosfato entre aquele composto e o undecaprenilfosfato, catalisada por uma translocase.

Inibição do Transporte

Bacitracina inibe a pirofosfatase, que transforma o undecaprenilpirofosfato em undecaprenilfosfato, inibindo o transporte do UDP-N-ácido acetilmurâmico-pentapeptídeo através da membrana citoplasmática.
Vancomicina inibe a transglicosidação, impedindo a formação do peptideoglicânico, e liga-se com afinidade ao dipeptídeo D-alanina-D-alanina, impedindo a aproximação das unidades do peptideoglicano.

Última fase da síntese:

Estabelecimento de ligações cruzadas entre as cadeias lineares e ligações covalentes entre os pentapeptídeos na face externa da membrana citoplasmática (ligações transpeptidásicas).
Antibióticos β-lactâmicos inibem a D-alanina-carboxipeptidase e a peptideoglicano-transpeptidase, impedindo a última fase da síntese da parede bacteriana.
Ligam-se a proteínas da membrana citoplasmática das bactérias, as PBP (penicillin-binding proteins), que intervêm no estabelecimento das ligações transpeptidásicas durante a síntese do peptideoglicano; a ligação varia com o antibiótico e com a bactéria em causa.
Existem PBP de alto e baixo peso molecular.
Os antibióticos β-lactâmicos fixam-se ao terminal carboxílico das PBP; desta acilação resulta a ação antibacteriana.
Se a afinidade for alta, a bactéria é sensível; a ligação é reversível.

Penicilinas

Penicilinas naturais: benzilpenicilina (penicilina G) e a fenoximetilpenicilina (penicilina V)
Penicilinas resistentes às penicilinases estafilocócicas: isoxazolpenicilinas (flucloxacilina, dicloxacilina) e meticilina
Penicilinas de largo espectro (aminopenicilinas): amoxicilina, ampicilina, bacampicilina
Carboxipenicilinas e ureidopenicilinas: carbenicilina, ticarcilina; mezlocilina, azlocilina, piperacilina
Penicilinas apenas ativas contra bactérias Gram-negativas (amidinopenicilinas): pivmecilinamo

Resistência às Penicilinas

O uso repetido das penicilinas levou ao aparecimento de microrganismos resistentes, os MRSA (meticilinoresistentes), que possuem resistência a todas as penicilinas e cefalosporinas resistentes à penicilinase.
Os MRSA têm uma PBP adicional, de elevado peso molecular, com baixa afinidade para os β-lactâmicos. A associação recomendada é vancomicina e rifampicina em situações graves.

Isoxazolpenicilinas

Representadas pelas isoxazolpenicilinas (dicloxacilina e a flucloxacilina) e pela meticilina.
Ativas contra estafilococos, incluindo os produtores de β-lactamases.
Isoxazolpenicilinas podem ser administradas por via oral; meticilina por via intravenosa e intramuscular.

Cefalosporinas

Semelhantes às penicilinas na estrutura, mecanismo de ação e toxicidade.
Mais resistentes às β-lactamases, com um espetro de ação mais amplo, mas inativas contra enterococos e Listeria monocytogenes.
Modificações em C3 afetam as características farmacocinéticas, como a absorção oral e a biotransformação.
Modificações em C7 afetam o espetro de ação e o grau de resistência às β-lactamases.