Nitrofuranen kenmerken, werkingsmechanisme en classificatie

De nitrofuranen Het zijn chemische verbindingen van synthetische oorsprong met antimicrobiële functies met een breed spectrum. Deze worden vaak gebruikt om bacteriële infecties te bestrijden bij dieren die worden grootgebracht voor commerciële belangen..

Momenteel wordt het gebruik ervan streng gecontroleerd, aangezien is aangetoond dat ze potentieel kankerverwekkend en mutageen zijn voor DNA in menselijke cellen.

Het gebruik ervan als preventieve en therapeutische behandeling bij dieren die zijn grootgebracht voor voedselproductie en vleesconsumptie is zelfs verboden. De Europese Unie controleert en inspecteert de aanwezigheid van antibiotica op basis van nitrofuran in vlees, vis, garnalen, melk en eieren.

De eerste rapporten over de antibacteriële werking van nitrofuranen en hun derivaten dateren uit de jaren 1940. Het was in 1944 toen ze, vanwege hun antimicrobiële werking, intensief werden gebruikt bij de bereiding van zeep, topicaliën, deodorants, antiseptica, enz..

Hoewel er een grote hoeveelheid geschreven literatuur is over nitrofuranen en hun derivaten, is er weinig bekend over het werkingsmechanisme van deze verbindingen, hoewel is aangetoond dat de metabolieten van nitrofuranen giftiger zijn dan de oorspronkelijke verbindingen zelf..

Artikel index

• 1 Kenmerken van nitrofuranen
• 2 Werkingsmechanismen
• 3 Classificatie
• 4 Nitrofuraan metabolieten
• 5 referenties

Kenmerken van nitrofuranen

Deze verbindingen worden gekenmerkt door een heterocyclische ring bestaande uit vier koolstofatomen en één zuurstof; de substituenten zijn een azomethinegroep (-CH = N-) die is gehecht aan koolstof 2 en een nitrogroep (NO2) die is gehecht aan koolstof 5.

Dodd en Stillmanl, die in 1944 42 furanderivaten testten, ontdekten dat nitrofurazon (de eerste nitrofuraan) de azomethinegroep (-CH = N-) als zijketen bevatte, deze verbinding bleek zeer effectief te zijn als een antimicrobiële chemische stof wanneer ze werd aangebracht actueel.

Bovendien beweerden Dodd en Stillmanl dat geen van de nitrofuraanverbindingen in de natuur werd aangetroffen. Tegenwoordig is het nog steeds het geval, alle nitrofuranen worden synthetisch gesynthetiseerd in het laboratorium.

Nitrofuranen werden oorspronkelijk gedefinieerd als chemotherapeutische verbindingen, omdat ze bacteriële infecties onder controle hielden en klaarblijkelijk geen schade toebrachten aan de patiënt die ze had ingenomen..

Tussen 1944 en 1960 werden meer dan 450 verbindingen die vergelijkbaar zijn met nitrofurazon gesynthetiseerd en bestudeerd om hun antimicrobiële eigenschappen te bepalen, maar momenteel worden er slechts zes commercieel gebruikt, dit zijn:

- Nitrofurazon

- Nifuroxim

- Guanofurazine-hydrochloride

- Nitrofurantoïne

- Furazolidon

- Panazona

De meeste van deze verbindingen zijn slecht oplosbaar in water en sommige zijn alleen oplosbaar in zure oplossingen door de vorming van zouten. Ze zijn echter allemaal gemakkelijk oplosbaar in polyethyleenglycolen en in dimethylformamide..

Actiemechanismen

De manier waarop nitrofuranen in organismen werken, is momenteel niet goed begrepen, hoewel gesuggereerd is dat hun werkingsmechanisme te maken heeft met de afbraak van de nitrofuraanring..

Dit breekt af en scheidt zich af binnen de medicinale individuen. Vertakte nitrogroepen reizen door de bloedbaan en worden via covalente bindingen ingebed in de weefsels en celwanden van bacteriën, schimmels en andere pathogenen..

Omdat deze verbindingen na inname snel in het lichaam worden gemetaboliseerd, vormen ze bovendien metabolieten die zich binden aan weefseleiwitten en instabiliteit en zwakte veroorzaken in de structuur van de interne weefsels van de patiënt en de ziekteverwekker..

De verbindingen en verschillende derivaten van nitrofuranen vertonen een variabele effectiviteit in elke bacteriesoort, protozoa en schimmel. Bij lage concentraties werken de meeste nitrofuranen echter als bacteriostatische verbindingen..

Ondanks dat ze bacteriostatisch zijn, worden de verbindingen bacteriedodend wanneer ze in iets hogere concentraties worden aangebracht. Sommige zijn zelfs bacteriedodend in minimale remmende concentraties.

Nitrofuranen kunnen op een residuale manier worden overgedragen naar secundaire soorten, wat werd aangetoond door middel van het volgende experiment:

Varkensvlees werd behandeld met nitrofuranen gemarkeerd met koolstof 14 (C14). Een groep ratten kreeg vervolgens dit vlees te eten en vervolgens werd vastgesteld dat ongeveer 41% van de totale hoeveelheid nitrofuranen die waren gelabeld en aan het vlees werden toegediend, zich in de ratten bevonden..

Classificatie

Nitrofuranen worden doorgaans ingedeeld in twee klassen: klasse A en klasse B..

Klasse A omvat de eenvoudigste nitrofuranen voorgesteld door wat bekend staat als "formule I", waarbij de R-groepen alkyl-, acyl-, hydroxyalkyl- of carboxylgroepen zijn, samen met esters en bepaalde derivaten..

Sommige verbindingen van klasse A of "formule I" zijn: nitrofuraldehyden en hun diacetaten, methylnitrofurylketon, nitrosilvan (5-nitro-2-methylfuran), nitrofurfurylalcohol en zijn esters en andere verbindingen met een vergelijkbare structuur.

In klasse B zijn gegroepeerde derivaten van gewone carbonylen zoals semicarbazon, oxime en de meer complexe analogen die tot nu toe in laboratoria zijn bereid. Deze verbindingen worden "formule II" genoemd.

Beide klassen hebben een uitgesproken antimicrobiële activiteit in vitro, maar sommige leden van klasse B hebben een betere activiteit in vivo dat een van de verbindingen die tot klasse A behoren.

Nitrofuraan metabolieten

Het farmacologische gebruik van nitrofuranen werd door de Europese Unie verboden, want hoewel nitrofuranen en hun derivaten snel worden geassimileerd door het metabolisme van patiënten, genereren ze een reeks stabiele metabolieten die zich aan weefsels binden en potentieel toxisch zijn..

Deze metabolieten worden gemakkelijk afgegeven door de oplosbaarheid van nitrofuranen bij zure pH's..

De zure hydrolyse die plaatsvindt in de maag van dieren en patiënten die met nitrofuranen worden behandeld, produceert dus veel reactieve metabolieten die in staat zijn om covalent te binden aan weefselmacromoleculen, zoals eiwitten en lipiden..

Bij alle voedselproducerende dieren hebben deze metabolieten een zeer lange halfwaardetijd. Wanneer ze als voedsel worden geconsumeerd, kunnen deze metabolieten vrijkomen of, bij gebrek daaraan, hun zijketens.

Voedingsmiddelen van dierlijke oorsprong worden momenteel grondig getest met hoogwaardige vloeistofchromatografie (naam afgeleid van het Engels Hoogwaardige vloeistofchromatografie) om ten minste 5 van de nitrofuraanmetabolieten en hun derivaten te detecteren, dit zijn:

- 3-amino-2-oxazolidinon

- 3-amino-5-methylmorfolino-2-oxazolidinon

- 1-aminohydantoïne

- Semicarbazide

- 3,5-dinitrosalicylzuur-hydrazide

Al deze verbindingen die vrijkomen als metabolieten van chemische nitrofuraanreagentia zijn potentieel kankerverwekkend en mutageen voor DNA. Bovendien kunnen deze verbindingen hun eigen metabolieten afgeven tijdens zure hydrolyse..

Dit houdt in dat elke verbinding een potentieel toxische metaboliet is voor het individu na zure hydrolyse in de maag..

Referenties

1. Cooper, K. M., en Kennedy, D. G. (2005). Nitrofuran-antibioticummetabolieten gedetecteerd in concentraties van deeltjes per miljoen in het netvlies van varkens - een nieuwe matrix voor verbeterde monitoring van nitrofuraanmisbruik. Analist, 130 (4), 466-468.
2. EFSA-panel voor contaminanten in de voedselketen (CONTAM). (2015). Wetenschappelijk advies over nitrofuranen en hun metabolieten in voedsel. EFSA Journal, 13 (6), 4140.
3. Hahn, F. E. (Ed.). (2012). Werkingsmechanisme van antibacteriële middelen. Springer Science & Business Media.
4. Herrlich, P., & Schweiger, M. (1976). Nitrofuranen, een groep synthetische antibiotica, met een nieuw werkingsmechanisme: discriminatie van specifieke messenger-RNA-klassen. Proceedings of the National Academy of Sciences, 73 (10), 3386-3390.
5. McCalla, D. R. (1979). Nitrofuranen. In werkingsmechanisme van antibacteriële middelen (pp. 176-213). Springer, Berlijn, Heidelberg.
6. Miura, K., & Reckendorf, H. K. (1967). 6 De nitrofuranen. In Progress in medicinale chemie (Vol. 5, pp. 320-381). Elsevier.
7. Olive, P. L., en McCalla, D. R. (1975). Schade aan zoogdiercel-DNA door nitrofuranen. Kankeronderzoek, 35 (3), 781-784.
8. Paul, H. E., Ells, V. R., Kopko, F., & Bender, R. C. (1959). Metabole afbraak van de nitrofuranen. Journal of Medicinal Chemistry, 2 (5), 563-584.
9. Vass, M., Hruska, K., en Franek, M. (2008). Nitrofuraan-antibiotica: een overzicht van de toepassing, het verbod en de restanalyse. Veterinarni medicine, 53 (9), 469-500.