第十七章抗生素1. 第三篇 微生物在药学中的应用
微生物与药学的关系密切 :
1 、许多抗生素是微生物的代谢产物 ,
2 、选用微生物来制造医药卫生方面广泛应用的
药物 , 如维生素 , 辅酶;
3 、药品卫生质量的控制需要进行微生物学检验
;
4 、药品和生物制剂应用生物工程技术生产时,
采用工程菌进行,如:胰岛素、干扰素和生长
因子等。
5. 抗生素的现状
目前从自然界发现和分离的抗生素已达
10 , 000 多种,实际应用于生产和医疗上的
抗生素约有一百多种,连同各种半合成衍生
物及其盐类共约三百种。
国外现有的主要抗生素在我国已有生产,其中的
庆大霉素用我国自行分离的菌种生产。
国外没有的抗生素 如创新霉素
国外虽有,但我国发现新的成分或新的用途
如 平阳霉素(或博来霉素)
11. 二、抗生素的分类
目前尚无完善的系统分类方法
1 、根据抗生素的产生来源
( 1 )细菌产生的抗生素 如多粘菌素和短
杆菌肽
( 2 )放线菌产生的抗生素 主要来自链霉菌
属
如 : 链霉素、卡那霉素、四环
素
( 3 )真菌产生的抗生素 如青霉菌属产生
的青霉素,头孢菌属产生的头孢菌素
( 4 )植物和动物产生的抗生素
如 : 地衣和藻类植物产生的地衣酸 被子
植物蒜中制得的蒜素 动物脏器中制得的鱼
12. 2 、根据抗生素的化学结构分类
( 1 ) β- 内酰胺类抗生素
如:青霉素、头孢菌素
[ 特点 ] 分子中有一个含四个原子的酰
胺环,化学上称为 β- 内酰胺环。
[ 来源 ] 它们起初是从真菌产黄青霉
菌和头孢菌属中发现,后来从放线菌
的链霉菌属和诺卡菌属及其某些革兰
阴性菌中也发现。从生物合成角度看
,被认为是从氨基酸聚合而衍生的。
13. [ 机制 ] 抑制细菌细胞壁基本成分肽聚糖的
合成,导致不可逆转的破坏,具有杀菌作用。
早期的青霉素只对革兰阳性和阴性菌有效。
对真菌无用(细胞壁不含肽聚糖),对支原
体无效(无细胞壁)
[ 使用注意问题 ]
除个别外,此类抗生素的毒性非常低。有
时出现极为严重的超敏反应。
14. ( 2 )四环类抗生素 如 金霉素、土霉素和
四环素
[ 特点 ] 具有很广的抗菌谱及较好的治疗果
[ 来源 ] 不同种的链霉菌均能产生四环素类抗
生素
[ 结构特点 ] 由乙酸和丙二酸单位缩合的键
环化而形成;由四个环线形相连而组成。
[ 作用特点 ] 抑制核糖体蛋白的合成,其作
用是可逆的,因此具有抑制作用。抗菌谱
广即革兰阳性与阴性菌、立克次体、衣原
体和某些原虫。
由于其理化性质(在中性 PH 条件下不溶
水)所决定,天然产生的只能口服,化学
半合成获得了一些可用于注射的衍生物及
作用周期较长的。
15. ( 3 )氨基糖苷类抗生素(氨基环醇
类)
[ 来源 ] 包括很广的由链霉菌、小单孢菌和
芽孢杆菌产生的物质。
[ 化学特征 ] 具有环状氨基醇和与之相连的
氨基糖。葡萄糖是氨基醇和氨基糖的来源
。
[ 作用机制 ] 以不可逆的方式作用于核糖体而
抑制蛋白质的合成,具有杀菌作用,主要
作用革兰阳性菌。
16. [ 代表药物 ] 链霉素(第一个发现,也是第一
个对抗生素有效的抗生素)、卡那霉素、庆
大霉素、妥布拉霉素和丁安卡那霉素。
[ 特点 ] 由于分子内含许多羟基,此类抗生素
水溶性非常好,因而不能口服,主要的副
作用为肾和耳毒性。
17. ( 4 )大环内酯类抗生素
[ 化学结构特点 ] 具有一个由不少于 12 个
碳原子,并由内脂基团使其环化。他们是
链霉菌的典型产物,其生物合成是由一系
列乙酸和丙酸单位缩合而成。
[ 分类与作用特点 ] 分两类
a 、抗细菌大环内酯类抗生素
由 14-16 个碳原子构成的内酯环,至少有
两个糖分子;具有抑菌作用;抗菌谱局限
于革兰阳性菌和支原体;典型代表是红霉
素、竹桃霉素;为改善口服吸收率,还半
合成了一些新的衍生物。
18. b 、抗真菌和抗原虫大环内酯类抗生
素
[ 特征 ] 由约 30 个原子组成内酯类,带
有羟基取代基团包含一系列共轭的双键,
也称为多烯类化合物,只有静脉注射才有
活性。
[ 机制 ] 通过干扰细胞膜甾醇类合成诱导细
胞膜畸变,因此对细菌无作用。毒副作用
较大,因而只能有限的用于最需要的病例
。
[ 代表药物 ] 两性霉素 B
20. ♦
( 6 )安莎霉素类
60 年代末期投入临床使用,其典型结构
是具有一条脂肪链,连接两个相对的芳香
环,像是一条链子上的两个篮子。它们由
放线菌属的多种类群所构成,由一系列乙
酸和丙酸单位缩合而成。 如利福霉素
(对革兰阳性菌及分枝杆菌有极强的作
用)、利福平(对分枝杆菌及葡萄球菌效
果尤佳)。
22. ( 8 )抗肿瘤抗生素 属于不同化学类别,
但都以不同机制作用于 DNA 复制。
放线菌素→由酚恶嗪酮环组成带有二个相同的
肽环,它们以其芳香环与 DNA 碱基嵌合,而
影响 DNA 功能,在其真核细胞中主要干扰
RNA 合成。蒽环类化合物(柔红霉素和阿霉
素)→
具有四环结构带有一个取代的糖基,作用于
拓扑异构酶,使 DNA 断裂。
丝裂霉素 C→ 具有三环结构,使二个 DNA 链
中间形成共价键桥。
博来霉素→由轮生链霉菌产生的 9 肽混合物,
以类酶反应使 DNA 链断裂。
26. 5 、采用现代分子生物学技术产生新抗
生素
( 1 )基因克隆产生新抗生素:首先获
得某已知抗生素的结构基因,然后通
过一定的载体将基因片段导入特定的
另一种抗生素产生菌中,则可能产生
完全符合人们设计要求的新抗生素。
( 2 )沉默基因的激活: 引入抗生素
生物合成的调控基因,有可能激发抗
生素产生菌处于休眠状态或沉默状态
的基因系统,从而开启另一结构抗生
素的生物合成开关,得到新抗生素。
41. 3 、发酵 关键阶段 目的是在人工培养条件下
使菌丝体产生大量的抗生素。在发酵罐内进行。
发酵注意事项:
1 、无菌操作 污染杂菌主要是种子和空气过
滤系统污染,各部件渗漏及操作。在发酵的各
阶段应取样进行杂菌检查。
2 、营养需要 发酵培养基应供给微生物生产
繁殖以及生物合成所需的营养,其原料应尽可
能价廉,来源要广。
3 、 pH 值:加入使培养基 pH 值恒定的化合
物:硫酸铵、硝酸钠。
52. α- 酮戊二酸 + 乙酰 CoA
↓
高枸橼酸
↓
高顺乌头酸
↓
高异枸橼酸
↓
α- 氨基己二酸 ( α-AAA )
α-AA-δ- 半缩醛↙ ↘ L-α-AA-L-cys
↙ 酵母氨酸 ↘ L-AA-L-cys-D-val
↙ ↘L-α-AA-6-APA
赖氨酸 ←↙ ↘ 苯乙酸
6-APA 青霉素 G
56. 肽聚糖的合成以大肠埃希菌,其肽聚糖的生
物合成分为三个阶段:
1 、基本单元的形成 肽聚糖是由 N- 乙酰
胞壁酸( MurNAc )、 N- 乙酰葡萄糖胺
( GlcNAc )及短肽侧链组成。它的前体物
质是 UDP-MurNAc- 五肽和 UDP-GlcNAc 。
UDP-GLcNAc 由糖酵解的中间产物 6- 磷酸
果糖生成, UDP-GlcNAc 与磷酸烯醇式丙酮
酸缩合,双键还原形成 UDP-MurNAc , L-
Ala 、 D-Glu 和间 -DAP 相继加到 UDP-
MurNAc 上,生成中间物胞壁酰三肽。所有
的反应均在细胞质内。
58. 金黄色葡萄球菌
① 五肽中第三位氨基酸是 Lys ,而不是 DAP ;
第二位氨基酸是 Gln ,而不是 Glu 。
② 二糖五肽合成后,五个 Gly 分子通过肽键连
接在 Lys 的 ε -NH2 上
③ 转肽反应在五肽次末端 D-Ala 的羧基和末端
Gly 的氨基之间。
63. 四环素类 与核糖核蛋白体 30S 亚基 16SrRNA
上靠近与氨基酰 -tRNA 连接的区域形成可逆复合
物,使氨基酰 -tRNA 不能与结合部位结合,阻
断蛋白质合成的肽链延长。这类抗生素对细菌有
选择性毒性,因为原核细胞中的主动转运体系能
使药物特异性透过细胞,真核生物细胞却能主动
外排此类抗生素。
大环内脂类抗生素 如红霉素 与核糖核蛋白
体 50S 亚基结合,选择性地抑制原核细胞
蛋白质的合成
林可霉素 与核糖核蛋白体 50S 亚基结合,
抑制蛋白质合成的肽链的延长。
65. 利福霉素和利福平
可直接作用于 RNA 聚合酶而抑制
RNA 的合成,主要是特异性抑制 RNA 合
成的初始步骤,对原核生物细胞 RNA 合
成有选择性抑制作用,低浓度可抑制细胞
RNA 聚合霉,而高浓度对 DNA 聚合酶几
乎无作用, 利福霉素类抗生素还能抑制
RNA 指导的 DNA 聚合酶(逆转录酶)和
RNA 复制酶。
蒽环类抗生素:如阿霉素 可致 DNA 断裂
、染色体交换率增高、染色体畸变、抑制
DNA 复制
71. 多重抗药性( multiple drug resistance ):
指某一些微生物可同时对两种以上作用
机制不同的药物所产生的抗药性,也称为
多剂抗药性,这是由于多重抗药性菌株的
遗传物质上带有多种抗药性基因。
72. 交叉抗药性( cross drug resistance ):有些微
生物对结构类似或作用机制类似的抗生素均
有抗药性的现象。
赖药性( drug dependence ):由于基因
突变而致的抗药性,不仅对该药具有
抗性,而且需要该药物作为特殊营养
因素,这种现象称为赖药性。
79. 细菌 β- 内酰胺酶产生一般两种情况:
1 、与具有诱导酶作用的药物接触,酶被诱导
产生,大多数是胞外酶,此类酶一般由质粒编码
, 在革兰阳性菌株的抗药菌中约占 90%.
2 、细菌发生自发突变, β- 内酰胺酶可以稳定
地产生,与诱导药物无关,是一种组成酶,常
常结合在细胞膜上,属于固有的胞内酶。
氨基糖苷类抗生素的抗药菌产生乙酰基转
移酶、磷酸转移酶、腺苷酸转移酶,以及氯霉
素类抗药菌产生的 CM- 乙酰基转移酶,均属抗
药酶(钝化酶)类。
86. 效价 = 检品的抗菌活性 x 100%
标准品的抗菌活性
单位( unit , u ) 是衡量抗生素有效成分的
具体尺度。有以下几种:
1 、重量单位 以抗生素的生物活性部分的重量
作为单位。 1mg=1000 单位( u ),对于不同
盐类的同一抗生素,只要它们的单位相同,即
使盐类重量不同,其实际有效含量是一致的。
如 : 链霉素硫酸盐、土霉素盐酸盐、新霉素钠
(钾)盐等以重量单位表示。
93. 2 、抗生素效价测定方法
(1) 一剂量法 :又称为标准曲线法,是用已知
效价的标准品溶液先制备出标准曲线,并在同
样条件下测出检品溶液的抑菌圈直径平均值之
差,即可在标准曲线上直接查得检品溶液的浓
度,换算成效价。由于实验时检品和标准品都
只用一个剂量,故称一剂量法。
由于操作繁琐,不易规范,未收入药典。