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• Vanessa Chávez de la Cruz

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Identificación de la estructura química, propiedades y características de los derivados betalactamicos

INTRODUCCIÓN La Amoxicilina es uno de los antibióticos betalactámicos de mayor uso en la actualidad para el tratamiento ambulatorio de infecciones comunes. Estos incluyen afecciones bacterianas sobre el tracto urinario y las vías aéreas superiores (sinusitis aguda, otitis media aguda, faringitis estreptocócica) e inferiores (neumonía por neumococo), entre otros. Se encuentra dentro del grupo de penicilinas de espectro ampliado, drogas semisintéticas con actividad bactericida frente a bacilos Gram negativos (Haemophilus influenzae, Escherichia coli, Proteus mirabilis y especies de Neisseria), bacilos Gram positivos y cocos Gram negativos y positivos. Pese a su alta efectividad, el espectro amplio de la amoxicilina se ha visto disminuido por la instauración creciente de resistencia bacteriana por parte de microorganismos antes susceptibles como son: enterobacterias, Haemophilus influenzae, Moraxella catharralis, Staphilococcus aureus y Neisseria gonorreae. Esto se debe a la capacidad de dichos organismos de producir, espontáneamente o por transposición genética, enzimas como la betalactamasas que actúan inhibiendo la principal estructura de este antibiótico. No se conoce con certeza las causas de resistencia bacteriana a los antibióticos pero en teoría se atribuye, principalmente, a una utilización inadecuada de estas. El uso incorrecto de la Amoxicilina incluye esquemas cortos y a dosis no relacionadas al tipo de infección El ácido clavulánico es un inhibidor de betalactamasas obtenido a partir del Streptomyces clavuligerus. Químicamente es el ácido 2- (2R,5R)3- (β-hidroxietilideno)-7- oxo-4-oxa-1 azabiciclo-[3.2.0] heptano-2- carboxílico. Tiene estructura bicíclica, siendo uno de los núcleos un anillo betalactámico y el otro una oxazolidina de 5 miembros (Figura 2.1). Difiere de las penicilinas y cefalosporinas en que tiene oxígeno en lugar de azufre, no tiene cadena lateral (aminoacídica) a nivel del carbono 6, y tiene un sustituyente característico a nivel de carbono 3, el grupo βhidroxietilideno. El ácido clavulánico se maneja, habitualmente, como clavulanato potásico, de forma que 1,19 g de clavulanato potásico equivalen a 1 g de ácido clavulánico1. El clavulanato potásico es un polvo cristalino, blanco o casi blanco, higroscópico, fácilmente soluble en agua, poco soluble en alcohol, muy poco soluble en acetona. Presenta un peso molecular2 de 199,16. Su contenido en agua3 no debe ser superior al 0,5 %. Una solución de clavulanato potásico en agua al 1% presenta un pH entre 5,5 y 8,0.

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FUNDAMENTO Su mecanismo de acción consiste la inhibición de la síntesis de la pared bacteriana, interfiriendo en la síntesis del peptidoglicano mediante un bloqueo en la última etapa de su producción (transpeptidación) pero también actúan activando la autolisina bacteriana endógena que destruye el peptidoglicano. Son bactericidas parciales, ya que sólo actúan en fase de crecimiento celular, y su eficacia es tiempo dependiente ya que su efecto bactericida máximo ocurre a concentraciones del antibiótico libre 4-5 veces por encima de la concentración mínima inhibitoria (CMI), por lo que es muy importante respetar o acortar los intervalos entre las dosis (obtención de un tiempo de persistencia de antibiótico libre por encima de la CMI en torno al 50-60% del intervalo entre dos dosis consecutivas), especialmente en las infecciones graves por bacilos gramnegativos (BGN) resistentes, dado que no tienen efecto postantibiótico frente a éstos, mientras que sí lo muestran (de cerca de 2 horas) frente a cocos grampositivos. Tienen un espectro de actividad antimicrobiana que abarca a cocos grampositivos, excepto Staphylococcus resistente a meticilina y BGN (enterobacterias y no fermentadores), con excepción de los productores de enzimas que hidrolizan las moléculas de estos agentes (productores de betalactamasas, productores de betactalamasas de espectro extendido –BLEE-, metalobetalactamasas y carbapenemasas). Los betalactámicos inducen una mayor liberación de endotoxina debido a su rápida capacidad bactericida y, como consecuencia, provocan una mayor respuesta inflamatoria.1

Ilustración 1: mecanismo de acción de los betalactamicos

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ESTRUCTURA QUÍMICA

RELACIÓN ESTRUCTURA – ACTIVIDAD Permite la absorción oral El azufre es habitual pero no esencial

Actividad reduce cuando se modifica a alcohol / éster

Ion par de electrones situados en átomos de nitrógeno no alimentados al grupo carbonilo para formar una estructura de resonancia estabilizada, por lo tanto un ataque más electrofílico o nucleofílico

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ANÁLISIS CUALITATIVO ANÁLISIS ORGANOLÉPTICO AMOXICILINA + ÁCIDO CLAVULÁNICO Aspecto

Sólido

Color

Blanco amarillento

Olor

Su generis

Sabor

Insípido

SOLUBILIDAD AMOXICILINA + ÁCIDO CLAVULÁNICO Agua

Poco soluble

Metanol

Poco soluble

Cloroformo

Insoluble

OBSERVACIÓN MICROSCÓPICA Observación Microscópica 100x Aumento Observación

Cristales tubulares

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CROMATOGRAFÍA EN CAPA FINA Solvente: agua -metanol Sistema de solvente: agua-metanol Revelador: vapores de yodo.

Rf st Rf mp

0.70 0.64

Ilustración 2: Placa cromatografía

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REACCIONES QUÍMICAS Reacción química:

Molibdato de amonio

Ácido fosfórico

Complejo fosfomolíbdico

Color azul negruzco

Complejo fosfomolíbdico

Amoxicilina + ácido clavulánico (M.P)

Amoxicilina + ácido clavulánico Amoxicilina + ácido clavulánico + ácido molíbdico

Observación: coloración azul negruzco Función que identifica: azufre Reacción química: molibdato en medio ácido

Ilustración 3: Reacción fosfomolíbdico 2017

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Reacción química: Amoxicilina + ácido clavulánico

Amoxicilina + ácido clavulánico + Reactivo Le Rosen

Observación: color amarillento Función que identifica: anillo beta lactámico Reacción química: Le Rosen

Ilustración 4: Reacción de Le Rosen

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Reacción química:

Amoxicilina + ácido clavulánico Amoxicilina + ácido clavulánico + hidroxilamina + calor + hidróxido de sodio + calor + ácido clorhídrico

Observación: coloración pardo rojizo Función que identifica:

amida

Reacción química: rx. hidroxamato

Ilustración 3: Reacción de hidroxamato

Tabla N°1 Resultados del análisis cualitativo de la Cefradina Rx. Fosfomolíbdico

Cefradina

Rx. Hidroxamato

Rx. Le Rosen

observación

resultados

observación

resultados

observación

resultados

Coloración azul negruzco

+++

Color violeta

+++

Coloración amarillenta

+++

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ANÁLISIS CUANTITATIVO En un matraz Erlenmeyer limpio y seco se agregó 100 mg de ampicilina (muestra problema), 5 mL de ácido acético glacial y se agitó,luego se agregó V gotas de alfa naftol benceína SR y se procedió a cuantificar con una solución de ácido perclórico 0,1 N.

Ilustración N°6

Ilustración N°7

500 𝑚𝑔 → 1117.8 𝑚𝑔

𝑁𝑥𝑉=

𝑚 𝑚𝐸𝑞.

𝑥 → 103.8 0.102𝑥1.3 =

𝑥 = 46.430 𝑚𝑔

𝑚 365.5

𝑚 = 48.4653𝑚𝑔 % Porcentaje de amoxicilina 48.4653 → 100% 46.430 → 𝑥 𝑥=

95.80%

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APORTE

En la revisión del artículo Modelación molecular de cuatro penicilinas: bencilpenicilina, fenoximetilpenicilina, ampicilina y amoxicilina. 2, hemos podido corroborar y relacionar lo estudiado en la parte teórica con lo realizado en la parte experimental. Las penicilinas se diferencian estructuralmente entre sí por las cadenas laterales. Al mismo tiempo, poseen diferencias en su acción farmacológica, que pueden estar asociadas a modificaciones inducidas en el anillo betalactámico y/o efectos localizados en las propias cadenas. Esclarecerlo, sería un aporte en la búsqueda de las características estructurales y electrónicas más adecuadas para el diseño de mejores penicilinas. Los antibióticos betalactámicos realizan su acción a nivel de la pared celular. Mediante una inhibición competitiva se unen a las proteínas ligadoras de penicilinas (PBPs), imposibilitando que estas ejerzan su acción catalítica en la unión y entrecruzamiento de las cadenas de péptido glucan. El mecanismo comienza por el ataque del oxígeno del grupo -OH de la serina, presente en las PBPs, al carbono carbonílico del anillo betalactámico (C7 en este trabajo). Se forma un complejo acil-enzima que se estabiliza mediante un enlace covalente, con la simultánea ruptura del anillo betalactámico. El complejo formado tiene una mayor estabilidad y se hidroliza muy lentamente, entorpeciendo la liberación de la enzima. La estructura del complejo acil-enzima define la potencia en la actividad antimicrobiana. Así, los antibióticos betalactámicos que forman complejos muy estables, con menores distancias de enlace, tienen una mayor acción contra esa bacteria. Las conformaciones espaciales y las características electrostáticas del antibiótico resultan determinantes en este mecanismo. Análogamente, la resistencia bacteriana por acción de las lactamasas sigue un mecanismo de reacción muy similar. En este caso el complejo se forma entre el antibiótico y la enzima betalactamasa. Existen evidencias experimentales de complejos acil-enzima que apoyan los mecanismos descritos. 2, 3, 4,5

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En el presente trabajo se realiza la modelación molecular de cuatro penicilinas comerciales: bencilpenicilina, fenoximetilpenicilina, ampicilina y amoxicilina, con el objetivo de comparar sus propiedades estructurales, densidades de cargas atómicas y los orbitales de frontera. Además de la mencionada importancia de estos fármacos, su elección responde a las características de las cadenas laterales en el carbono 6, que permite medir el efecto de los sustituyentes en esa posición.

DISCUSIÓN: En el análisis cuantitativo que se realizó utilizando las reacciones de fosfomolíbdico, hidroxamato y Le Rosen se han podido identificar los grupos funcionales de la estructura química de la amoxicilina; así se identificó la presencia del azufre por el grupo sulfuro con el reactivo fosfomolíbdico, la amida por el radical amino con la reacción hidroxamato, la presencia del anillo beta lactámico , este último no dio el característico color fucsia que sí se observa en anillos aromáticos en la reacción Le Rosen, más bien se observó una coloración amarillenta.

CUESTIONARIO 1. Explicar el método cuantitativo para la determinación de betalactámicos con reacciones químicas

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En la bureta:

Durante la titulación:

2. Que parte de la molécula de los betalactámicos es responsable de la reacción con el reactivo fosfomolíbdico, escribir la fórmula.

Anillo tiazolidínico

Amoxicilina

 Azul negruzco

+

Ácido clavulánico

Fundamento: El reactivo fosfomolíbdico, el cual es un complejo formado por la interacción entre un fósforo orgánico con el molibdeno en medio ácido; muestra una coloración azul negruzca cuando entra en contacto con una sustancia alcalina; 2017

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en este caso la amoxicilina presenta un anillo tiazolidínico, teniendo presente al azufre, el cual presenta un pH > 10.3 +/- 0.2

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Gomez J. Los betalactámicos en la práctica clínica. Rev Esp Quimioter 2015;

28(1): 1-9. 2. Cruz E, Sánchez E. Modelación molecular de cuatro penicilinas:

bencilpenicilina,

fenoximetilpenicilina,

[Internet].

ampicilina

y amoxicilina.

Disponible

2010 en:

http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1727897X2009000400004 3. Smith CA, Caccamo M, Kantardjieffc KA, Vakulenko S. Structure of GES-1 at

atomic resolution: insights into the evolution of carbapenamase activity in the class A extended-spectrum ß -lactamases. Acta Cryst. 2007; 63: 98292. 4. Macheboeuf P, Fischer DS, Brown Jr T, Zervosen A, Luxen A, Joris B et al.

Structural and mechanistic basis of penicillin-binding protein inhibition by lactivicins. Nature Chemical Biology. 2007; 3(9): 565-9. 5. Chittock RS, Ward S, Wilkinson AS, Caspers P, Mensch B, Page MGP et al.

Hydrogen bonding and protein perturbation in ß-lactam acyl-enzymes of Streptococcus pneumoniae penicillin-binding protein PBP2x. Biochem J. 1999; 338: 153-9.

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