氨基糖苷类抗生素

会计学1氨基糖苷类抗生素

菌落菌丝孢子第1页/共52页第一节氨基糖苷类抗生素概述发展史定义种类特点作用机理第2页/共52页一发展史

1944年链霉素（Streptomycin），

1948年新霉素（Neomycin），

1957年卡那霉素（Kanamycin），对绿脓杆菌效果不好；

1963年庆大霉素（Gentamycin），对绿脓杆菌有特效；

1967年妥布霉素（Tobramycin），

1970年紫苏霉素（Sisomycin，西索敏新），

1971年合成双去氧卡B（Dibekacin），

1972年丁胺卡那霉素（Amikacin），

1982年开发成功乙基紫苏酶素（Netimycin）

第3页/共52页二定义

氨基糖苷类抗生素是由链霉菌、小单孢菌和细菌等所产生的具有氨基糖苷结构的抗生素，这类抗生素的化学结构通常由氨基环醇，氨基糖和糖组成。水溶性好，性质稳定，抗菌谱广，抗菌杀菌能力强，吸收排泄良好，不需要作皮肤过敏实验，用药方便，与β－内酰胺类抗生素有协同等特点。第4页/共52页三临床应用的种类具有抗结核杆菌作用的氨基糖苷（链霉素、卡那霉素）具有抗绿脓杆菌活性的氨基糖苷（庆大霉素、妥布霉素等）抗革兰氏阳性菌与阴性菌，不抗结核杆菌与绿脓杆菌的氨基糖苷（核糖霉素、卡那霉素B）具有特定用途的氨基糖苷（大观霉素、巴龙霉素，新霉素等）第5页/共52页四特点这类抗生素都呈碱性，通常都形成结晶性的硫酸盐或盐酸盐而用于临床。氨基糖苷类抗生素多为极性化合物，水溶性较高、脂溶性较低、性质稳定，抗菌谱广、抗菌杀菌能力强。口服给药时，在胃肠道很难被吸收。注射给药时，与血清蛋白结合率低，绝大多数在体内不代谢失活，以原药形式经肾小球滤过排出，因此对肾脏产生毒性。此类抗生素还有对第八对脑神经有毒性（耳毒性）、引起失聪，神经肌肉阻断和过敏反应。第6页/共52页五作用机理（抑制细菌蛋白质的生物合成）于细菌核蛋白体30S亚基结合，使其不能形成30S始动复合物；引起辨认三联密码错误抑制70S始动复合物的形成，从而抑制了蛋白质合成的始动；抑制肽链延长，并使第1个tRNA自核蛋白体脱落，肽链中氨基酸顺序排错，导致错误蛋白质合成；抑制70S复合物解离，使核蛋白循环不能继续进行。第7页/共52页药物摄取的减少主动外排酶的修饰钝化作用

核糖体结合位点的改变

细菌对氨基糖苷类抗生素产生耐药性机制第8页/共52页六氨基糖苷类抗生素的分类链霉胍衍生物组2-去氧链霉胺衍生物组其他氨基环醇衍生物组有效霉胺类型春日糖胺类型福提霉胺类型第9页/共52页一、链霉素(AminoglycosideAntibiotics)主要的氨基糖苷类抗生素第10页/共52页二、卡那霉素及其衍生物(KanamycinanditsDerivatives)第11页/共52页三、庆大霉素C及其衍生物(GentamicinanditsDerivatives)第12页/共52页第二节链霉素的结构和理化性质链霉胍N－甲基－L－葡萄糖胺链霉糖

结构第13页/共52页链霉素的主要理化性质物理性质稳定性溶解度光学性质链霉素盐类的性质链霉素的降解反应氧化和还原反应醛基反应第14页/共52页一物理性质

游离减为白色粉末，链霉素分子中有3个碱性基团，链霉素在中性溶液中能以三价阳离子形式存在，可用离子交换法进行提取第15页/共52页二稳定性链霉素的水溶性比较稳定，但其稳定性受PH值和温度的影响较大，酸与碱对链霉素都有破坏作用第16页/共52页三溶解度链霉素分子中含有很多亲水性基团，故很容易溶于水，难溶于有机溶剂第17页/共52页四光学性质

链霉素盐等含有许多不对称碳原子，故都具有旋光性。第18页/共52页五链霉素盐类的性质链霉素是一种有机碱，可以和很多无机和有机酸形成盐类磺酸、羧酸、磷酸酯等（不溶于水）用于沉淀的酸有：磷钨酸、苦味酸、甲基橙、雷纳克酸与表面活性剂形成沉淀：3，9-二乙基十三醇-6-磺酸钠第19页/共52页六链霉素的降解反应链霉素H+，H2O链霉胍+链霉二糖胺链霉素NaOH链霉胍+N-甲基-L-葡萄糖胺+麦芽酚麦芽酚遇氯化高铁溶液显紫色，可测定链霉素效价第20页/共52页七氧化和还原反应链霉素被溴水氧化后形成链霉素酸链霉糖中的醛基被还原生成双氢链霉素直接还原法电解还原法化学还原法第21页/共52页八醛基反应伯胺化合物与链霉素在碱性条件下能形成席夫碱沉淀，又可在酸性下或用强酸性阳离子交换树脂处理再分解为链霉素和伯胺。Str-CHO+H2NRStr-CH=N—RStr-CHO+H2NRH2O,OH-H2O,OH+席夫碱第22页/共52页第三节链霉素发酵生产工艺生产菌种发酵工艺控制要点第23页/共52页一生产菌种灰色链霉菌(S.griseus)

灰色链霉菌的孢子柄直而短，不呈螺旋形，孢子量很多，呈椭圆球形。气生菌丝和孢子呈白色。比基尼链霉菌(S.bikinien-sis)灰肉链霉菌(S.griseocarneus)第24页/共52页常用诱变剂物理诱变剂：紫外线，γ射线，快中子，激光化学诱变剂：氮芥，乙烯亚胺，亚硝酸，硫酸二乙酯等第25页/共52页防止菌种变异采取的措施采用冷冻干燥法或沙土管法保存严格掌握保存生产菌种的条件严格控制生产菌落在琼脂斜面上的传代次数定期进行纯化筛选选育新菌种第26页/共52页链霉素的生物合成假设途径一个链霉素分子需要消耗3个葡萄糖分子，7个NH3分子，2个CO2分子和1个甲硫氨酸分子，其中，有3个NH3分子是通过转氨基反应，分别把氨基供体——谷氨酰氨、丙氨酸和谷氨酸的氨基结合到链霉胍上和L-葡萄糖胺的氨基上，另外4个NH3分子是通过鸟氨酸环供给的，其中2个分子又由氨甲酰磷酸酯，另外2分子由天冬氨酸引入，最后转变为精氨酸的脒基，再转移到链霉胺衍生物上。2个CO2也是通过鸟氨酸循环固定的。第27页/共52页链霉素生物合成途径第28页/共52页二发酵工艺及控制要点链霉素发酵生产采用三级或四级发酵培养斜面孢子摇瓶种子二、三级种子发酵培养提取精制第29页/共52页A斜面孢子培养碳源：葡萄糖氮源：蛋白胨，豌豆浸汁等原始斜面质量要求：菌落分布均匀，密度适中，颜色洁白，单菌落丰满第30页/共52页B摇瓶种子培养

种子质量检查指标：菌丝的阶段特征，发酵单位，菌丝粘度或浓度，糖氮代谢，种子液色泽和无杂菌检查。摇瓶培养基的成分为黄豆饼粉，葡萄糖，硫酸铵，碳酸钙等第31页/共52页C种子罐扩大培养种子罐培养为2～3级，接种量一般都为10％，在种子培养过程中必须严格控制好罐温、通气搅拌和泡沫控制，以保证菌丝生长良好，得到合格的种子。第32页/共52页D发酵罐培养及控制要点链霉素的发酵培养基

葡萄糖、黄豆饼粉、硫酸铵、玉米浆、磷酸盐和碳酸钙等（链霉素的发酵需要在高的氧传递水平和适当的低无机磷酸盐浓度下进行）第33页/共52页链霉素发酵条件及中间控制要点溶氧的影响及控制温度的影响及控制pH值的影响及控制中间补料控制第34页/共52页溶氧是灰色链霉菌高度需氧菌，临界溶氧浓度约为10-5mol/L，溶氧在此值以上，细胞的摄氧率达到最大限度，也能保证有较高的发酵单位第35页/共52页温度灰色链霉菌对温度敏感，发酵温度以28.5℃左右为宜第36页/共52页pHpH控制在6.0-7.5之间第37页/共52页中间补料为延长发酵周期，提高产量，链霉素发酵采用中间补碳、氮源根据耗糖速率确定补糖次数和补糖量根据培养基的pH值和氨基氮的含量为指标确定补充氨水或者硫酸铵第38页/共52页第四节链霉素的提取和精制发酵液预处理吸附洗脱精制干燥成品第39页/共52页一发酵液的过滤及预处理用草酸酸化至pH=3左右，直接蒸汽加热，维持2min，冷却，过滤，再用NaOH调pH值至6.7~7.2，得原滤液质量标准外观澄明pH=6.7-7.2温度在10℃以下高价离子含量很少链霉素浓度为5000U/mL第40页/共52页二吸附和解吸生产上常用的树脂1弱酸101×42弱酸101×33AmberliteIRC-50

第41页/共52页三精制主要杂质：链霉胍、二链霉胺、杂质1号精制方法：高交联度树脂精制浓缩和活性炭脱色精制第42页/共52页庆大霉素的发酵与提取庆大霉素的发酵庆大霉素的提取第43页/共52页一种子国内：绛红色小单孢菌；国外：棘孢小单孢菌、橄榄星小单孢菌。

第44页/共52页二发酵1孢子斜面制作与培养基配方分析

沙土管——→母斜面－————→子斜面－————→成熟孢子

孢子的制备用麸皮培养基斜面孢子呈黑色，以外观黑，丰满有光泽为佳摇瓶种子罐种子培养基用：淀粉，黄豆饼粉，葡萄糖，玉米粉，蛋白胨，碳酸钙，硝酸钾及微量的氯化钴配成。

第45页/共52页发酵生产

一级种子——————→繁殖罐——————→发酵罐————————→放罐

发酵培养基主要为：淀粉，玉米粉，黄豆饼粉，蛋白胨，鱼粉。硫酸铵，碳酸钙第46页/共52页变温发酵前期温度为34℃，后期约为32℃PH为7.5-8.0第47页/共52页中间控制：

①依据PH、CC、CL残糖来补糖。当菌丝长浓，残糖不足向其补糖后：若CL↓、pH不变，说明补糖对代谢生长有利：若CL↓、pH↓，则有可能补糖过量，有机酸积累，O2供应不足，CL为控制因素。应当加大空气量，适当补水，或加快搅拌等来提高CL。

②pH高时，可增加补糖量，若残糖高，则可考虑补（NH4）2SO4；

pH低时，可补入CaCO3、NH3•H2O等

第48页/共52页③调节示例

NH2-N低，pH低时：通NH3.H2O。

NH2-N高，pH低时：可加CaCO3。则pH↑；若C也低，则改补醋酸钠。

NH2-N高，pH高时：补糖水，则pH↓，NH2-N↓；若NH2-N↓，pH还不下降，则补加P，促进菌丝代谢。

NH2-N低，pH高时：则补加生理酸性物质如（NH4）2SO4等。

第49页/共52页庆大霉素的提取精制一、过程

发酵液————————→酸化液————————————————→中和液

————————————→饱和树脂——————————————