Antibiotici β-lattamici: penicilline e cefalosporine

Uno dei gruppi più importanti è quello degli antibiotici β-lattamici, che comprende le penicilline , le cefalosporine e le cefamicine, tutte clinicamente importanti. Questi antibiotici condividono la presenza di un caratteristico componente strutturale, l'anello β-lattamico. Nel 1929 lo scienziato inglese Alexander Fleming caratterizzò un prodotto antibatterico dal fungo Penicillum chrysogenum come l'antibiotico β-lattamico penicillina G. Quest'ultima è attiva principalmente sui batteri Gram-positivi, dato che i batteri Gram-negativi sono impermeabili a questo composto; tuttavia vengono costantemente sviluppate e introdotte nell'uso medico le penicilline semisintetiche con un attività piuttosto efficace anche con i batteri Gram-negativi.
Le modificazioni introdotte nella struttura base della penicillina G cambiano quindi in maniera significativa le proprietà dell'antibiotico. Per esempio, l'ampicillina e la carbenicillina sono penicilline semisintetiche con uno spettro d'azione più ampio, comprendente alcuni batteri Gram-negativi. Le differenze strutturali del gruppo N-acile di queste penicilline semisintetiche fanno si che esse possano essere trasportate all'interno della membrana esterna dei batteri Gram-negativi, dove inibiscono la sintesi della parete cellulare. Un altro vantaggio delle penicilline semisintetiche è rappresentato dal fatto che, mentre la penicillina G è sensibile alla β-lattamasi, un enzima prodotto da molti batteri resistenti alla penicillina, alcuni suoi derivati semisintetici, come l'oxacillina e la meticillina, sono invece resistenti all'azione di questo enzima. Comunque gli antibiotici β-lattamici sono dei potenti inibitori della sintesi della parete cellulare. Un'importante caratteristica nella formazione della parete cellulare è la reazione di transpeptidazione, che ha come risultato il legame crociato di due catene di peptidoglicano. Gli enzimi che catalizzano questa reazione, la transpeptidasi, sono anche capaci di legare la penicillina e altri antibiotici con l'anello β-lattamico ;     per questo motivo queste transpeptidasi sono anche note come proteine leganti la penicillina (PBP), penicillin binding proteins. Quando le PBP la penicillina non possono più catalizzare la reazione di transpeptidazione; tuttavia, la parete cellulare continua ad essere sintetizzata, ma poiché le catene di peptidoglicano non sono più unite mediante legami crociati, essa si indebolisce progressivamente. Al contrario, la vancomicina, un glicopeptide, non lega le PBP ma interagisce direttamente con la D-alanina terminale del precursore del peptidoglicano bloccando la reazione di transpeptidazione. Le cefalosporine, invece, sono un altro gruppo di antibiotici contenenti l'anello β-lattamico importanti nella pratica clinica. Esse differiscono strutturalmente dalle penicilline per la presenza di un anello idrotiazolico a sei termini al posto dell'anello tiazolico a cinque termini. Esse però agiscono con lo stesso meccanismo delle penicilline: legano irreversibilmente le PBP e inibiscono la formazione del legame crociato tra le catene di peptidoglicano.