La scoperta del meccanismo di funzionamento della penicillina, è un argomento di notevole interesse biologico con ricadute estremamente importanti in ambito medico.
I Batteri sono caratterizzati dall’avere una parete molto rigida in grado di contrastare la forte pressione osmotica presente all’interno della cellula.
La differenza nella struttura della parete, rilevabile con la colorazione di Gram, distingue i Batteri in due gruppi: i Gram-positivi e i Gram Negativi.
La parete cellulare è formata da diversi strati di peptidoglicano, composto da unità ripetute di zuccheri N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico e da un gruppo di aminoacidi quali alanina, acido glutammico e lisina.
I legami glicosilici che si instaurano tra gli zuccheri sono molto forti, ma la vera rigidità della parete cellulare è assicurata dalla formazione di legami peptidici crociati tra i residui aminoacidici; questo processo prende il nome di transapeptidazione, ed è catalizzato da specifici enzimi chiamati transapeptidasi.
La transapeptidazione è il bersaglio inibito della penicillina, particolare metabolita secondario normalmente prodotto da un fungo del genere Penicillium (da cui il nome Penicillina) e da altri antibiotici ß-lattamici come le cefalosporine e le cefamicine.
Tutti questi antibiotici sono accomunati chimicamente dalla presenza di un anello ß-lattamico in grado di legarsi con elevata affinità agli enzimi che catalizzano la reazione di transapeptidazione, le transapeptidasi appunto.
Questi enzimi in presenza di penicillina, legano l’anello ß-lattamico con elevata affinità diventando quindi incapaci di catalizzare la sintesi dei legami crociati nella parete cellulare tra i residui aminoacidici.
Inoltre il complesso transapeptidasi-penicillina stimola il rilascio di autolisine, enzimi che digeriscono la parete cellulare, con conseguente aumento dell’indebolimento della parete fino alla sua degradazione.
La mancanza della parete cellulare comporta una lisi della cellula batterica, a causa delle normali differenze di pressione osmotica tra l’ambiente interno ed esterno della cellula.
Tutto si traduce in una diminuzione della crescita batterica.
Struttura chimica della penicillina, è chiaramente distinguibiile l’anello ß-lattamico, sito di attacco per gli enzimi
La penicillina a causa del suo bersaglio di azione presente esclusivamente nei batteri, è un antibiotico con specificità di azione molto elevata e bassa tossicità per le cellule ospiti.
Tuttavia dopo una ripetuta somministrazione, vi è elevata probabilità di sviluppare gravi risposte allergiche ai composti B-lattamici che talvolta possono portare a seri rischi per la vita.
La scoperta della penicillina avvenne in modo del tutto casuale in un ospedale di Londra nel 1922, grazie alle ricerche del batteriologo Fleming.
Successivamente le ricerche di Fleming vennero riprese da un gruppo di scienziati inglesi guidati da Florey ad Oxford fortemente motivati nel sviluppare degli antibiotici che salvassero i soldati, durante la seconda guerra mondiale, dalla principale causa di morte: le malattie infettive.
La penicillina proprio per la sua specifità di azione si dimostrò straordinariamente efficace contro le infezione da stafilococco e pneumococco, riducendo così drasticamente la mortalità infantile e neonatale e riuscendo così a curare malattie fino a quell’epoca ritenute impossibili da curare.
Alone di inibizione della crescita batterica dovuto alla produzione di penicillina dal fungo Penicillium