Le informazioni riportate non sono consigli medici e potrebbero non essere accurate. I contenuti hanno solo fine illustrativo e non sostituiscono il parere medico: leggi le avvertenze.
Il nucleo funzionale principale di questa classe di antibiotici è il β-lattame, ovvero un anello a 4 atomi che forma un'ammide ciclica (lattame). Questo anello può trovarsi come unico costituente della molecola nei monobattamici, oppure associato ad un anello a 5 atomi (gruppo penam) o a 6 atomi monoinsaturo (cefem) in presenza o meno di un eteroatomo (carbapenemici, oxapenem etc). Le due strutture principali usate nei farmaci sono l'acido 6-amminopenicillanico e 7-amminocefalosporanico a cui poi si aggiungono gruppi funzionali caratteristici.
In ambiente acido l'ossigeno della catena reagisce con il carbonio carbonilico del lattame, provocando l'apertura dell'anello e quindi la perdita di funzione: si utilizzano quindi gruppi attrattori di elettroni, che riducono la reattività dell'ossigeno del gruppo ammidico.
I batteri si difendono da questi antibiotici producendo le β-lattamasi, cioè enzimi che catalizzano l'idrolisi dell'anello lattamico. Ci sono due possibili soluzioni: la prima è inserire un gruppo ingombrante che impedisca l'azione delle β-lattamasi: questo però riduce l'azione dell'antibiotico in quanto l'ingombro ostacola l'inserimento nel sito attivo della transpeptidasi, che è il bersaglio principale dell'antibiotico. La seconda possibilità, che ha dato origine ad associazioni farmaceutiche di grande successo terapeutico e commerciale, è associare all'antibiotico l'acido clavulanico (o altri composti equivalenti, ma meno utilizzati). Tale composto ha una struttura chimica simile all'antibiotico, essendo dotato di un anello β-lattamico, ma è privo o quasi di attività terapeutica; in compenso, è più reattivo dell'antibiotico e più affine alle β-lattamasi, in virtù di alcuni accorgimenti chimici che aumentano la tensione d'anello. Il meccanismo d'azione è quindi suicida: l'acido clavulanico si lega alle β-lattamasi al posto dell'antibiotico. A differenza di quest'ultimo, però, il legame tra l'acido clavulanico (il cui anello è stato ormai degradato) e l'enzima è molto stabile, quasi irreversibile; l'enzima non è più in grado, quindi, di degradare altre molecole.
Oltre alle lattamasi, i batteri possiedono altri meccanismi di difesa: sovrapproduzione delle transpeptidasi, mutazioni delle transpeptidasi che le rendono resistenti agli antibiotici, trasferimento del gene per la β-lattamasi da un batterio all'altro (mediante plasmide), rendendo così anche il secondo batterio resistente all'antibiotico. L'insorgenza di resistenze genetiche non può essere realmente risolta; quando una popolazione batterica diventa resistente ad un determinato antibiotico, l'unica soluzione è cambiare farmaco. Non è detto che sia necessario usare farmaci con diversi meccanismi d'azione: a volte, farmaci molto simili per struttura generale e meccanismo d'azione, ma con piccole differenze chimiche, possono avere risposte diverse da parte della stessa popolazione batterica. Quando invece la popolazione diventata resistente ad un certo antibiotico e a tutti quelli correlati (chimicamente e/o per meccanismo d'azione) si parla di resistenza crociata (tipica, ad esempio, dei sulfamidici).
Classificazione
Gli antibiotici β-lattamici possono essere raggruppati in quattro categorie, a seconda di come l'anello lattamico si lega al resto della molecola e a seconda dell'origine della molecola: