Öz-yeterlilik (Self-efficacy)

Neste capítulo serão abordados alguns temas relevantes ao melhor entendimento do contexto em que se insere esta tese: um breve histórico sobre antibióticos, primordialmente, as penicilinas; a enzima penicilina G acilase e os aspectos pertinentes à produção da PGA, o foco deste trabalho.

2.1. Antibióticos

Antibióticos são agentes quimioterápicos naturais produzidos por microrganismos, que são administrados para combater infecções bacterianas em seres humanos e animais. Eles interferem no metabolismo celular e por mecanismos diversos levam a interrupção da atividade das células, seja inibindo seu crescimento ou eliminando os microrganismos patogênicos, já que afetam a síntese de componentes do peptideoglicano da parede celular bacteriana. Sem essa proteção, há uma maior absorção de água, aumentando o volume das células e consequentemente provocando um rompimento da parece celular.

O primeiro antibiótico descoberto, a Penicilina, recebeu esse nome quando Alexander Fleming, em 1929, observou a formação de halos de inibição causados por um produto secretado por Penicillium notatum sobre bactérias patogênicas, Staphylococus aureus, inoculadas em placas de ágar.

2.1.1. Penicilinas

Penicilina é o nome genérico de um grande grupo de substâncias antibióticas derivadas de diversas espécies do fungo Penicillium. Comercialmente, constitui o maior mercado mundial de antibióticos, do total produzido mundialmente, cerca de 5x107 Kg/ano, as penicilinas contribuem com 3x107 Kg/ano (Elander, et al., 2003).

As várias penicilinas existentes são constituídas de um anel tiazolidina fundido a um núcleo comum, o anel β-lactâmico denominado ácido 6-aminopenicilânico, ao qual se liga um grupamento variável por uma ligação peptídica. O núcleo β-lactâmico corresponde a uma amida cíclica (lactama) contendo quatro lados e ao anel tiazolidínico contendo enxofre (tio) (Sebek, et al., 1987).

Figura 2.1: Estrutura química do núcleo comum, o anel β-lactâmico.

As diversas cadeias laterais ligadas ao 6-APA conferem propriedades especiais a cada derivado. Dependendo da forma de obtenção, as penicilinas podem ser classificadas como biossintéticas ou semi-sintéticas.

2.1.1.1. Penicilinas Biossíntéticas

As penicilinas biossintéticas também chamadas de penicilinas naturais apresentam as seguintes características:

ƒ Preparadas como sais de sódio, potássio e outras bases; ƒ Solúveis em água, álcool etílico, éter, éster e dioxana; ƒ Ligeiramente solúveis em clorofórmio e benzeno; ƒ Incolores na forma cristalina;

ƒ Inativadas pelo calor, hidróxido de sódio, cisteína, ácido clorídrico e penicilanase

ƒ Não são afetadas pela saliva ou pela bile (Pelkzar, et al., 1986).

As penicilinas naturais são obtidas diretamente do caldo de bioprocessos, apresentando diferentes estruturas. Essas diferenças são possíveis, pois enzimas de metabolismo secundário em geral apresentam uma menor especificidade de substrato e estão sob um controle menos restrito que as enzimas de metabolismo primário.

Devido a essa característica comum dos microrganismos que produzem penicilinas, eles são capazes de sintetizar grupos estruturalmente relacionados com antibióticos, ao invés de estruturas únicas. Dessa forma, pode se direcionar a produção de

estruturas previamente desejadas pela adição de precursores exógenos, que competirão com os precursores endógenos, sendo preferencialmente incorporados, sintetizando o antibiótico correspondente, suprimindo ou eliminando completamente a formação das estruturas obtidas sem a adição de precursor.

As primeiras observações nesse sentido foram feitas durante os primeiros trabalhos para produção de penicilinas, nos quais se notava que para diferentes composições de meio eram formadas diferentes penicilinas. Essa diferença era devido à cadeia lateral acila unida ao 6-APA através de uma ligação amida (Sebek, 1987).

Tabela 2.1: Estrutura química de diferentes cadeias laterais ligadas ao núcleo β-lactâmico de

diferentes penicilinas (Menezes et al., 2000).

As penicilinas de maior interesse nesse grupo, por apresentarem importância terapêutica são Penicilina V (fenoximetil penicilina), com o radical fenoxi acetila ligado ao 6- APA e a Penicilina G (benzil penicilina) com um radical fenil acetila ligado ao núcleo β- lactâmico.

Além da diferença estrutural, as penicilinas G e V diferem em sua estabilidade em meio ácido. A penicilina G é degradada no estômago pelo suco gástrico, inviabilizando a sua administração oral, sendo, pois, utilizada apenas por via intramuscular.

Penicilina G pode ser obtida naturalmente em cultivos de Penicillium chrysogenum ou Penicillium notatum na presença de ácido fenilácetico ou do precursor fenil

acetato de potássio. Além de sua atividade intrínseca como agente terapêutico, é também utilizada como matéria-prima para a produção dos antibióticos semi-sintéticos através da mudança no radical ligado ao grupo amino do 6-APA (Pelkzar, et al., 1986).

2.1.1.2. Penicilinas Semi-sintéticas

As penicilinas naturais podem ser destruídas por enzimas denominadas penicilinases. Essas enzimas destroem o anel β-lactâmico do núcleo básico da molécula e por esta razão são também denominadas β-lactamases. A abertura desse anel impede a penicilina de atuar no bloqueio da formação da parede celular de bactérias, não combatendo assim a infecção. Bactérias que produzem a enzima penicilinase são assim resistentes a antibióticos β- lactâmicos. Quando as penicilinas foram introduzidas para uso hospitalar na década de 40, mostraram-se de grande utilidade no tratamento de infecções, no entanto, as populações de microrganismos produtores de penicilinases não eram afetadas e continuaram a crescer, atingindo cerca de 80% das infecções em meados de 1950 (Sebek, 1987).

Em resposta a essa situação, foram sintetizados novos antibióticos, incluindo as penicilinas semi-sintéticas, sendo algumas altamente efetivas no combate às populações resistentes a penicilina, dentre elas meticilina e nafcilina. Esses novos antibióticos apresentavam maior estabilidade, pouca afinidade com β-lactamases, melhor absorção, além de apresentarem menor número de efeitos colaterais e grande espectro de atuação antimicrobiana frente às penicilinas naturais (Cole, 1981).

O desenvolvimento de penicilinas semi-sintéticas requer a produção do intermediário 6-APA obtido a partir da desacilação de penicilinas naturais, principalmente a penicilina G.

Figura 2.2: Reação esquemática da hidrólise de penicilina G para obtenção de ácido fenil acético

Partindo do 6-APA é possível produzir uma grande quantidade de penicilinas semi-sintéticas, mediante uma acilação química com os cloretos correspondentes aos ácidos apropriados.

Os produtos comerciais mais conhecidos são ampicilina, propicilina, amoxicilina, cabenicilina, oxacilina entre outros (Vandamme, 1984).

Figura 2.3: Estrutura química de antibióticos semi-sintéticos.

A desacilação de penicilinas biossintéticas pode ser feita por via química ou enzimática. Os métodos químicos tradicionais são ecologicamente prejudiciais devido a sua alta carga poluente e requerem o uso de reagentes perigosos. Em contrapartida, a conversão enzimática é estéreo-específica, possibilitando aumentar o rendimento pela redução de subprodutos; a reação acontece em condições mais amenas e evita o uso de produtos tóxicos, reduzindo os custos de tratamento de efluentes (Calleri, 2004).

Comparativos econômicos da produção de 6-APA por processos químicos e enzimáticos indicam que a via enzimática é pelo menos 9% mais barata, podendo chegar a 20% ou mais se a produção por via enzimática for integrada a produção de penicilina G por fermentação (Parmar, et al, 2000).

As enzimas envolvidas nesse processo são classificadas na Comissão de Enzimas com o nome oficial de penicilina amidohidrolase (E. C. 3.5.1.11), mas nomes não oficiais como penicilina acilase e penicilina amidase são comumente usados.

A seguir, a Figura 2.4 apresenta uma comparação entre a hidrólise da penicilina G por processo químico tradicional e processo enzimático.

HO CH2 NH2 C O HN N O N S CH3 CH3 COOH AMOXICILINA CH NH2 C O NH N O N S CH₃ CH3 COOH AMPICILINA

Benzilpenicilina: Penicilina G

Processo enzimático Processo químico

Enzima imobilizada Amônia +30ºC Dimetilclorosilano N,N’-dimetilanilina Fosfopentacloreto Amônia -40ºC