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1、第四讲抗生素类药物第一节概述 第二节青霉素第二节青霉素 第三节链霉素 第四节红霉素 第五节四环素第五节四环素第一节 概述第节 概述 一、定义抗生素是生物在其生命活动过程中产生的（或在生物产物的基础上经化学生物或生物化学方法衍生的）在低微浓度基础上经化学、生物或生物化学方法衍生的）、在低微浓度下能选择性地抑制或影响生物机能的低分子质量化学物质。天然抗生素：青霉素头孢霉素链霉素红霉素四环素天然抗生素：青霉素，头孢霉素，链霉素，红霉素， 四环素。半合成抗生素：氨苄青霉素，头孢噻肟全合成抗生素：氯霉素如何区分抗生素和其他抗菌类1克霉唑等生物无法生产的，完全只能由化学方法合成的抗 菌药（克霉唑等）12复
2、杂结构蛋白药物高分子量或复杂结构的抗菌药物（溶菌酶及蛋白 等药物）2等药物）甘氨酸乙醇大剂量时具有抗菌作用的（甘氨酸，亮氨酸，乙 醇丁醇等）3甘氨酸，乙醇醇，丁醇等）抗生素的发现History:19世纪70年代，法国Pasteur,发现有些微生物可以抑制炭疽杆菌提出了利用微生物抑制另一种微生以抑制炭疽杆菌，提出了利用微生物抑制另一种微生物的现象来治疗一些感染性疾病。抗生素的现状到目前为止，有8000多种抗生素，2/3是由放线菌（strepomyces）产生的并通过化学结构的改造总（strepomyces）产生的，并通过化学结构的改造，总共有3万多种半合成抗生素，它们的分子量为100-1200，
3、普遍应用的包括半合成和盐类的抗生素有350多种，其中以青霉素、头孢霉素、四环素类、氨基糖苷类和大环内以青霉素、头孢霉素、四环素类、氨基糖苷类和大环内脂类最多。抗生素的分类根据作用谱分:根据作用谱分:广谱抗生素，如氨苄青霉素，可抑制G-&G+细菌抗G+菌的抗生素：如青霉素抗G-菌的抗生素：如链霉素抗真菌的抗生素：如制霉菌素抗病毒的抗生素：如四环类抗生素对立克次体积较大病毒有一定抗病毒的抗生素：如四环类抗生素对立克次体积较大病毒有定的作用。抗癌抗生素：如阿霉素（Adriamycin)根据结构分类 -内酰胺类抗生素：包括其青霉素、头孢菌素类等。 它们含有一个四元内酰胺环，为目前最受重视的一类。 氨基
4、糖苷类抗生素：包括链霉素、庆大霉素含有氨基 糖苷类或氨基环醇大环内酯类抗生素：包括红霉素，螺旋霉素等类抗生素素类土霉素以个苯为母核四环类抗生素：四环素类、土霉素以四个苯为母核。多肽类抗生素：多粘菌素、杆菌肽由产孢子杆菌产生。苯烃基胺类抗生素：氯霉素、甲砜氯霉素蒽环类抗生素：阿霉素柔红霉素属于抗癌类抗生素蒽环类抗生素：阿霉素、柔红霉素属于抗癌类抗生素。其他抗生素的应用 医疗上的应用（脑膜炎，抗病毒，抗癌） 农业上的应用（抗细菌真菌，杀虫除草，刺激生长） 畜牧业上的应用（治疗细菌，真菌，病毒等感染） 食品保藏方面的应用（防腐剂，使用量逐渐减少） 工业上的应用（提高产率，产品防腐） 科学研究中的应用
5、（制备选择性培养基，制备动物模型等）第二节 青霉素第二节 青霉素1928年由Fli发现1928年由Fleming发现。是青霉菌产生的一类抗生素，对葡萄球菌链球菌及白喉杆菌等都有明显的杀伤、抑制作用作用。青霉素又被称为青霉素G、peillin G、 盘尼西林、青p霉素钠、苄青霉素钠等。能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的类抗生素是第种能够治疗人类的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素类抗生素是-内酰胺类中一大类抗生素的总称。-内酰胺类(-Lactam antibiotics) 内酰胺类( Lactam antibiotics) 具有4个原子组成的-
6、内酰胺环，抑制细菌细胞壁重 要组成成分肽聚糖的合成，杀伤细菌。但由于4环张力 大，故其化学性质不稳定。根据-内酰胺环是否还连接有其他杂环以及连接何种杂环可分为:青霉素类、头孢菌素类、非典型-内 酰胺抗生素等 特点：毒性小，结构宜改造，种类最多，应用最为广 泛泛。青霉素结构特征青霉素结构特征：一、青霉素结构特征一、青霉素结构特征： - -内酰胺环并噻唑环内酰胺环并噻唑环C6C6- -sidechainsidechainC2C2- -COOHCOOH其中其中6 6- -，2 2- -位为结构改造尤其是半合成提位为结构改造尤其是半合成提供可能供可能。有三个不对称碳原子，故具有旋光性主要的天然青霉素要
7、天然霉根据其侧链取代基组成的不同主要可分为以下根据其侧链取代基组成的不同主要可分为以下 几种：青霉素G：耐酸差（非肠道）青霉素V：耐酸好（可口服）应用于临床 青霉素耐酸好（可口服）青霉素X青霉素F青霉素F青霉素K双氢青霉素F（二）溶解度（二）溶解度 青霉素游离酸在水中的溶解度很小，易溶 于有机溶剂青霉素钾钠盐易溶于水和于有机溶剂。青霉素钾、钠盐易溶于水和 甲醇。（三）稳定性 干燥纯净的青霉素盐很稳定，青霉素水溶 液很不稳定。液很不稳定。（四）过敏反应生产工艺的主要步骤菌种菌种种子制备发酵发酵液预处理结晶具体工艺过程菌种及保存具体程菌种及保存 点青霉（penicilliumnotatum）：弗莱
8、明(A.Fleming)于1929年获得。表面培养只有几个单位，生产能力很低。生产能力很低。 产黄青霉（Pchrysogenum）：深层培养初期仅有100U/mL，70年代前诱变和随机筛选据合成途径理性化筛选原生质体诱变选育基因工程技术育种，现性化筛选原生质体诱变选育基因工程技术育种，现世界工业发酵水平达100000U/mL2016/9/1919 产黄青霉（Penicillium chrosogenum）丝状菌黄孢子丝状菌绿孢子丝状菌发酵单位85000U/L 深层培养 菌丝形态球状菌绿孢子丝状菌：发酵单位85000U/mL绿孢子球状菌 白孢子球状菌发酵单位高对原材菌形球状菌白孢子球状菌：发酵单
9、位高，对原材 料、设备要求高， 提炼收率低 菌落：平坦或皱褶圆形提炼收率低。 菌落：平坦或皱褶，圆形。 分生孢子：链状； 颜色2016/9/1920颜色菌种保存 分生孢子真空冷冻干燥 真空冷冻干燥； 甘油或乳糖等做保护剂在-70或液氮； 生产常用沙土管保存。 菌丝甘油或乳糖等做悬浮剂在-70或液氮； 甘油或乳糖等做悬浮剂，在-70或液氮； 分生孢子传代比菌丝传代更易发生变异，故保存其菌丝体可避免传代造成的变异。生产孢子制备和种子培养 母瓶斜面：甘油+葡萄糖+蛋白胨=拉氏培养基 母瓶培养： 25培养6-7天 ，长成绿色孢子。米孢子母瓶斜面孢子制成悬液移植到大米茄子瓶内 米孢子：母瓶斜面孢子制成悬
10、液，移植到大米茄子瓶内， 25相对湿度50-45%培养6-7天，制成大米孢子，真空干燥保存备用 。22一级种子培养 培养基：葡萄糖玉米浆尿素碳酸钙等培养基：葡萄糖、玉米浆、尿素、碳酸钙、等 控制：温度251，通气1:2V/Vm；搅拌300- 350rpm；pH自然，时间40-45h。350rpm；pH自然，时间40 45h。 质量：菌丝浓度达40%，菌丝形态正常。 按接种量10-15%移入二级种子罐。按接种移级种子罐二级种子培养二级种子培养 培养基：花生饼粉、葡萄糖、玉米浆、等 控制： 251:1-1 5；250-280rpm；pH自然13-控制： 25， 1:1-1.5；250-280rpm
11、；pH自然，13- 15h。 质量：菌丝浓度达40%残糖1 0%以下菌丝粗壮III质量：菌丝浓度达40%，残糖1.0%以下，菌丝粗壮，III 期，无杂菌，效价在700u/ml左右。发酵培养 产黄青霉菌生产过程可分为三个不同的代谢时期：菌丝生长繁殖期青霉素分泌期菌丝自溶期发酵培养工程发酵也会经历类似的时期，产黄青霉菌细胞的生 长发育过程按其生长特征可必划分为6个生长期：长发育过程按其生长特征可必划分为6个生长期：第期：分生孢子发芽，孢子先膨胀，再形成小的芽管， 原生质未分化，有小空胞；第期：菌丝增殖原生质的嗜碱性很强在期末有类第期：菌丝增殖，原生质的嗜碱性很强，在期末有类 脂肪小颗粒；第期：菌丝
12、粗壮、成网状，原生质嗜碱性仍强，形成脂 肪粒，积累贮藏物，没有空胞；第期：菌丝变细，原生质嗜碱性减弱，脂肪粒减少，形 成中小空胞；2016/9/1925成中小胞； 第期：脂肪粒消失，形成大中型的空胞，其中含有一 个或数个中性红染色的大颗粒；个或数个中性红染色的大颗粒； 第期：细胞内看不到颗粒，菌丝断裂，并出现个别自 溶的细胞染色很浅溶的细胞，染色很浅。 I期称为菌丝生长期，菌丝的浓度增加，但一般不I 期称为菌丝生长期，菌丝的浓度增加，但般不 合成青霉素或合成的青霉素较少； 期菌丝适于作发酵罐的种子； 期菌丝适于作发酵罐的种子； V期是青霉素的分泌期，菌丝生长减缓，菌体的代 谢从以生长为特征的初
13、级代谢，转入到以合成次级代谢 产物为特征的次级代谢。 V期合成青霉素的能力最强； 期是菌丝自溶期。发酵罐培养基本参数控制发酵罐容积：100m3，装料：80m3；发酵级数：三级；接种量：种子罐10%，发酵罐20%；发酵周期：180220h；发酵周期：180220h；机械搅拌功率：24kW/m3；转速：150-200r/min；空气流量：3080m3/m3h；空气压力：0.20.4MPa；罐压： 0 03 0 05MPa；罐压： 0.030.05MPa；液相体积传氧系数(Kla)：200/hH值和温度前60小时H6 4 6 626 pH值和温度：前60小时：pH6.4-6.6，26； 60小时后：
14、pH6.7，24。 菌丝浓度3 菌丝浓度：12kg(干重)/m3； 操作方式：中间带放、反复补料分批发酵； 每次带放量10%，间隔24h，共6-10次； 补料液中葡萄糖浓度：500kg/m3； 葡萄糖补加率：1.02.5kg/m3h； 补料液中铵氮浓度：0.250.34kg/m3； 发酵液前体浓度：1.0kg/m3； 发酵液溶氧浓度：30%饱和度；影响青霉素发酵产率的因素影响青霉素发酵产率的因素环境变量： 基质浓度，温度，pH值，溶氧基质浓度，温度，pH值，溶氧生理变量：生理变量： 菌丝浓度，菌丝生长速度，菌丝形态基质浓度控制 在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物 合成酶系产生阻遏
15、（或抑制）或对菌丝生长产生抑制； 而后期基质浓度低又限制了菌丝生长和产物合成 ； 为了避免这一现象 ，在青霉素发酵中通常采用补料分批 操作法即对容易产生阻遏抑制和限制作用的基质进操作法 ，即对容易产生阻遏、抑制和限制作用的基质进 行缓慢流加以维持一定的最适浓度。 青霉素发酵中影响较大的培养基基质有：碳源，氮源， 前体，无机盐2016/9/1930碳源： 产黄青霉菌能利用多种碳源，如乳糖、蔗糖、葡萄糖、阿拉伯糖甘露糖淀粉和天然油脂等阿拉伯糖、甘露糖、淀粉和天然油脂等。 双糖低聚糖和多糖作为碳源有利于青霉素的生物合成葡萄糖对产黄青霉的菌体生长是很好的碳源，工业上常用葡萄糖作为碳源。但对青霉素的生物
16、合双糖、低聚糖和多糖作为碳源有利于青霉素的生物合成，其中以乳糖的效果最好。业上常用葡萄糖作为碳源。但对青霉素的生物合成有明显的阻遏作用。这是因为它的分解代谢物 乳糖能被产生菌缓慢利用而长时间维持青霉素的分泌，会抑制抗生素合成酶而影响青霉素的合成。所以故为青霉素生物合成最好的碳源，但因乳糖成本高，普遍使用有困难。需要严格控制发酵罐中的残糖量。遍使用有困难。丝状菌：补加糖根据残糖量及发酵过程 H决定般残糖降至0 6%以下H上补加糖根据残糖量及发酵过程pH决定。一般残糖降至0.6%以下、pH上升后可开始加糖，每小时加1次，每次加0.070.15%/h ，072hr，控制残放控糖量在0.60.8%；72hr放罐，控制在0.81.0% 。球状菌：球状菌：pH高
