第八章新抗生素工业生产

第八章抗生素工业生产

第一节概述

一、抗生素的定义和命名

1、传统定义抗生素是微生物在代谢过程中所产生的，具有抑制其它种微生物生长和繁殖，甚至杀死它种微生物的一种化学物质。也有人将抗生素称之为抗菌素。抗生素antibiotics抗菌素antibacterial这种定义的缺陷（1）由于抗生素工业的不断发展，把抗生素的来源仅限于“微生物产生的”就显得狭隘，现在已经知道，抗生素的来源不仅限于细菌、放线菌和真菌等微生物，植物和动物也能产生抗生素，如蒜素、黄连素、鱼腥草素、鱼素等。此外，还可用全化学或半化学的方法来生产抗生素。（2）抗生素的临床应用范围也已远远超出抗菌的范围，有的抗生素对肿瘤细胞有抑制作用，如平阳霉素可用来治疗皮肤和头颈部上皮细胞癌；有的抗生素有抑制某些特异性酶的活力；新霉素、两性霉素B具有降低胆固醇的作用；有的抗生素还有镇咳、止血、改善心血功能、刺激机体生长、增强机体免疫功能的效果，所以不能把抗生素仅仅看作是抗菌药物。2确切定义抗生素是生物包括微生物、动植物在内在其生命活动过程中所产生的或由其它方法获得的，能在低微浓度下有选择性地抑制或影响其它生物机能的有机物质。如青霉素在0.08单位/毫升的低浓度下就能抑制肺炎球菌的生长，所以像某某霉素都是抗生素。2、命名

（1）

凡是动植物或菌类产生的抗生素，其命名是根据动物学，植物学、微生物分类学的名称而定。例如：青霉素、链霉素、赤霉素、灰黄霉素、大蒜素、黄连素、鱼素等。（2）

抗生素的化学结构或性质已经明确的，可根据其化学结构或性质来定名。例如：四环素、氯四环素（金霉素）、氧四环素（土霉素）、氯霉素、环丝霉素、两性霉素、头孢噻吩、头孢氨苄等。（3）

对一些有纪念意义或按抗生素产生菌的分离来源的地名进行命名及习惯上已采用的俗名仍可继续使用。例如：庐山霉素、平阳霉素、井冈霉素、创新霉素、更生霉素。二、抗生素的发展简史1、抗生素与抗生治疗（1）在我国，用微生物或其产品来治病有悠久的历史和丰富的实践。相传2500年前，我们的祖先就用长在豆腐上的霉菌来治疗疮疥等疾病。据《本草拾遗》记载，胡燕巢土治疗疮痈等恶疾，就很可能是利用土壤微生物所产生的抗生物质。（2）在欧洲、墨西哥、南美等地，数世纪前就有用发霉的面包、玉蜀黍等来治疗溃疡、肠道感染和化脓性创切疾病的传染。1874年：Robert观察到生长着灰绿青霉的培养基不易为细菌所污染．1876年：Tyndall报道霉菌溶解细菌的现象，并指出霉菌与细菌之间为了生存而竞争．1877年：巴斯德〔Pasteur)和Jouben首先进行初步治疗尝试．他们发现，给动物接种无害细菌与炭疽杆菌，结果抑制了炭疽病症的发生．1885年：Cantani试图在病人肺部喷雾端杆菌培养悬液，以治疗结核病。1890年：Carperini首次报道某些放线菌之间的拮抗作用。1899年：Emmerich和Low从假单孢菌培养基中得到一抗菌物质，命名为绿脓菌酶，认为它是一种酶，并报告说可用于治疗白喉。1924年：Gratia和Dath注意到某些放线菌的抗菌作用，他们将这一放线菌称为丝链菌，将其培养液命名为白放线菌素。2、抗生素的发现（1）1928年，英国细菌学家弗莱明(Fleming)在研究葡萄球菌变异时发现，污染在培养葡萄球菌双碟上的一株霉菌，能抑制周围的葡萄球菌。特此霉菌分离后得到的纯菌株经鉴定为点青霉。弗莱明将这种菌产生的抗生物质命名为青霉素。细菌生长抑制区域正常细菌生长区域（2）1939年，杜布司有目的地从土境中寻找能拮抗化脓性球菌的细菌，分离出短芽孢杆菌．从此菌株的培养物中提取出名为短杆菌素的抗生物质具有治疗作用。（3）1940年，弗洛里和钱恩重新研究弗莱明的青霉菌，并从培养液中制得了干燥的青霉素制品，经过实验和临床试验，证明青霉素的毒性很小，对金黄色葡萄球菌及其它革兰氏阳性细菌所引起的许多严重疾病有卓越的疗效。（4）1944年，瓦克斯曼发现了由链霉菌产生的链霉素，用于治疗细菌特别结核杆菌引起的感染有特效。（5）1944－1960年，相继发现了氯霉素、金霉素、土霉素、制霉素、丝裂霉素等。（6）60年代，半合成抗生素迅速发展。全世界各个国家都在积极开展新抗生素筛选方面的研究工作，目前，从自然界发现和分离了4300种抗生素，并对其中一些抗生素进行化学结构改造，制备了约30000种半合成抗生素。目前世界各国实际生产和应用于医疗的抗生素大约有120种，连同各种半合成衍生物及盐类共约350余种，其中以青霉素类、头孢菌素类、四环素类及氨基糖苷类和大环内酯类为最多。3、我国抗生素生产概况1953年，我国建立第一个生产青霉素的抗生素制药厂－上海第三制药厂。目前，国内临床上应用的主要抗生素，我国基本上已都有生产，如青霉素、头孢菌素、链霉素、四环素类，氯霉紊、红霉素、卡那霉素、庆大霉素、制霉菌素、灰黄霉素等，并研制出国外没有的抗生素—创新霉素等共计有60多种。三、抗生素剂量表示法及抗菌谱

1、剂量表示法

抗生素的生理活性常用特定的单位－效价单位来表示，即每毫升或每毫克中所含有某种抗生素的有效成分的多少，称之为抗生素的效价单位。稀释单位重量单位（1）稀释单位将抗生素配制成溶液，逐步进行稀释，以抑制某一标准菌株生长的最高稀释度（即最小剂量）作为效价单位。如：

①青霉素的效价：曾以在50mL肉汤培养液中完全抑制金黄色葡萄球菌标准菌株生长所需要的最小剂量作为一个青霉素的效价单位。

②链霉素的效价：以1mL肉汤培养液中完全抑制大肠杆菌标准菌株生长所需要的最小剂量作为一个链霉素的效价单位。③制霉素的效价：则以在1mL肉汤培养液中完全抑制酵母菌生长所需要的最小剂量作为一个效价单位。

稀释单位常用“单位/毫升（U/mL）”或“单位/毫克(U/mg)来表示，如青霉素G钾盐成品效价为1593U/mg。（2）重量单位以抗生素有效成分（即生理活性部分）的重量作为抗生素的效价单位，即1微克作为一个效价单位。如：一个链霉素的重量单位为1微克。

土霉素的发酵单位为34680r/mL。

红霉素的成品效价为945r/mg。重量单位常用微克单位/毫升（r/mL）或微克单位/毫克（r/mg）来表示，各种抗生素的效价单位基准是人们为了生产科研的方便而规定。链霉素、土霉素、红霉素、麦白霉素、卡那霉素、洁霉素、万古霉素、紫霉素、新霉素等的游离碱，其效价基准都是以1mg作1000单位计算。氯霉素、四环素盐酸盐、金霉素盐酸盐等均以1mg作1000单位计算。此外，某些抗生素如青霉素G钠盐1mg定为1667单位，杆菌肽1mg定为55单位，制霉素1mg定为3700单位等，同一种抗生素各种盐类的效价单位应根据其分子量与标准盐类进行换算而得到。例如：青霉素G钠盐（M＝356.4）的理论效价是1667U/mg，求青霉素G钾盐（M＝372.5）的理论效价？（计算得到1593U/mg）2、抗菌谱

例如：某一青霉素药品的作用和用途：为β内酰胺抗生素，对革兰阳性菌及某些革兰阴性菌有较强的抗菌作用，金黄色葡萄球菌(金葡菌)、肺炎球菌、淋球菌及链球菌等对本品高度敏感；脑膜炎双球菌、白喉杆菌、破伤风杆菌及梅毒螺旋体也很敏感。主要用于敏感菌引起的各种急性感染，如肺炎、支气管炎、脑膜炎、心内膜炎、腹膜炎、脓肿、败血症、蜂窝组织炎、乳腺炎、淋病、钩体病、回归热、梅毒、白喉及中耳炎等。不同的抗生素可以有相同的抗菌范围，但是它们的抗菌强度往往会有很大区别，如：抗生素强力霉素四环素土霉素金霉素MIC（r/mL，最小抑菌浓度）8.7560>100>100抗菌作用最强较强次之再次之抗菌谱指某种抗生素所能抑制或杀灭病原体的范围及其所需要的剂量，称之为该种抗生素的抗菌谱。

四、抗生素的分类

1、根据产生抗生素的生物来源分类微生物是产生抗生素的主要来源，其中以放线菌产生的为最多，真菌次之，细菌较少，而高等动植物则很少。（1）细菌产生的抗生素为数不多，用于医疗的有多粘菌素（多粘杆菌产生）、杆菌肽（枯草杆菌）、短杆菌肽（短杆菌）等。（2）真菌产生的抗生素较细菌产生的多，如青霉素，灰黄霉素（黄青霉）、头孢菌素（顶头孢霉菌）。（3）放线菌大多数天然抗生素是放线菌产生的，如灰色链霉菌产生的链霉素，金色链霉菌产生的金霉素、龟裂链霉素产生的土霉素，红色链霉菌产生的红霉素等，还有卡那霉素、庆大霉素、核糖霉素、巴龙霉素、新霉素、春雷霉素、林可霉素、两性霉素及利福霉素等等都是由放线菌产生的。（4）动植物产生的抗生素如大蒜素、红血球素、鱼素等。2、根据抗生素的化学结构分类（1）β-内酰胺类抗生素：这类抗生素的化学结构中都含有一个四元的内酰胺环。NO（2）四环类抗生素这类抗生素的化学结构中都含有一个四并苯的母核。（3）氨基糖苷类抗生素这类抗生素的化学结构中都含有氨基糖苷或氨基环醇。4）大环内酯类抗生素化学结构中都含有一个大环内酯作为配糖基。（5）多烯大环类抗生素不仅有大环内酯，而且在内酯环中还有许多共轭双键。属于这类抗生素的有制霉素、两性霉素、菲律宾霉素、曲古霉素、克念菌素等。

（6）多肽类抗生素抗生素结构中含有多个氨基酸，通过肽键连接成环状、线状或带侧链的环状多肽的结构。（7）其它抗生素未列入上述六类抗生素，均可划入这类抗生素。如创新霉素（又称济南霉素）、赤霉素、井冈霉素、林可霉素、氯霉素、磷霉素等。3、根据抗生素的作用对象（抗菌谱）分类（1）抗革兰氏阳性菌抗生素青霉素、万古霉素、杆菌肽、林可霉素、新生霉素等。（2）抗革兰氏阴性菌抗生素链霉素、多粘菌素、春雷霉素。（3）广谱抗生素既抗革兰氏阳性菌又抗革兰氏阴性菌的抗生素。主要有四环类抗生素、大环内酯类抗生素、头孢菌素类抗生素，大多数氨基糖苷类抗生素、氯霉素、磷霉素以及创新霉素。（4）抗真菌的抗生素多烯大环类抗生素，如制霉素、两性霉素B、曲古霉素、球红霉素以及灰黄霉素等。（5）抗肿瘤的抗生素主要有自力霉素、更生霉素、更新霉素、平阳霉素（博来霉素）、柔红霉素、阿霉素等。（6）抗病毒及抗原虫的抗生素主要有鱼素、抗病毒霉素、杀狂犬病毒素以及巴龙霉素等。4、根据抗生素的酸碱性来分类

（1）酸性抗生素主要有青霉素游离酸、创新霉素、赤霉素、新生霉素、利福霉素等。（2）碱性抗生素主要有氨基糖苷类抗生素（如链霉素、庆大霉素）以及大环内酯类抗生素（红霉素、麦迪霉素、螺旋霉素）。（3）两性霉素这类抗生素结构中既含有酸性基团又含有碱性基团，主要又四环类抗生素（金霉素、四环素、土霉素）以及多烯大环类抗生素（制霉菌素、两性霉素B等）、（4）中性霉素结构中既不包含碱性基团也不包含酸性基团或者是酸性、碱性抗生素所形成的中性盐类，如氯霉素、灰黄霉素、井冈霉素，青霉素钠盐（钾盐）、硫酸新霉素等。5、根据抗生素的作用机制来分类

（1）抑制细胞壁合成的抗生素青霉素类、头孢菌素类以及万古霉素、杆菌肽、环丝氨酸等。（2）影响细胞膜功能的抗生素多粘菌素类、制霉素、两性霉素B等。（3）干扰细胞蛋白质合成的抗生素四环类、氨基糖苷类、大环内酯类及氯霉素等。（4）抑制细胞核酸合成的抗生素利福霉素类、色霉素；自力霉素、平阳霉素、光辉霉素、正定霉素等。（5）抑制细胞生物能作用的抗生素竹桃霉素、抗霉素、短杆菌肽、寡霉素等。四、抗生素用途

1、青霉素类：青霉素G钾、钠盐临床应用已多年，但迄今仍是控制敏感金黄色葡萄球菌、肺炎双球菌等严重传染病（如败血病、肺炎、脑膜炎等）的有效药物。由于青霉素的使用较久，90％以上的葡萄球菌有青霉素产生耐药性，此外青霉素的过敏反应也是临床应用的一大问题，新型半合成的青霉素不仅有抗耐药菌的作用，而且还有抗菌谱广，副作用小等优点，如广谱半合成青霉素－氨苄青霉素、羟氨苄青霉素等，此外还有对绿脓杆菌有良好作用的新型半合成青霉素如羧苄青霉素、磺青霉素等。头孢菌素类与青霉素具有相似抗菌作用。

原因内含不稳定的β-内酰胺环，水溶液不稳定,可发生：降解反应：生成青霉噻唑酸、青霉烯酸等降解产物;聚合反应：青霉素G或6-APA生成高分子聚合物；这些具有致敏性的反应产物（半抗原）与体内蛋白质结合形成抗原，引起变态反应。什么原因呢预防：重在预防严格掌握适应症，避免局部用药；详细询问病史；用药前必须皮试；青霉素需现配现用；静脉给药选用适宜溶媒；避免病人在饥饿状态时用药；注射青霉素后必须至少观察30分钟；必须备好急救药品和急救设备。记住了吗？2、链霉素◆链霉素以及双氢链霉素经多年的临床应用，仍是抗革兰氏阴性菌以及抗结核杆菌的首选药物。◆链霉素硫酸盐的副作用较大，有麻木、眩晕、耳聋等副作用，在临床使用要格外小心，◆目前由于替代药品的增加，现在已基本不使用。链霉素的副作用1、链霉素容易损害听觉神经，可以引起眩晕，运动时失去协调（称共济失调）；2、产生链霉素过敏反应；3、对肾脏的毒性较多；4、有的病人可以出现口唇周围和面部的麻木感。现在就弄清楚！3、四环素类◆四环素、土霉素、金霉素、去甲基金霉素强力霉素等。◆它们均为广谱抗生素，对多种革兰氏阳性菌和阴性菌引起的疾病都有作用，如呼吸道感染、肠道及尿路感染等。◆因四环素类药物对肠胃道副作用较大，通常不是首选药物。4、利福霉素类

◆包括利福霉素SV、利福霉素B二乙胺及利福平，三者临床应用范围基本相似。◆利福平对结核杆菌有很强的抗菌作用，如用于肺结核、生殖泌尿系统结核的治疗等，又发现利福平对麻风杆菌有杀菌作用。5、大环内酯类

◆用于临床的红霉素、竹桃霉素、泰乐霉素等。◆红霉素的抗菌谱和青霉素相似，是治疗耐药性金黄色葡萄球菌感染和溶血性链球菌感染所引起的疾病的首选药物。◆临床上可用于对青霉素过敏的患者。6、制霉素、灰黄霉素◆可用来治疗真菌性疾病。◆灰黄霉素对皮肤真菌病有强大的杀伤作用，可以用来治疗浅部真菌病，如头癣、手足癣等。◆有一定的毒性，不宜长期使用。7、抗肿瘤抗生素

◆临床上使用的自力霉素、更新霉素、博来霉素、平阳霉素、阿霉素等。◆分别对肺癌、胃癌、恶性葡萄胎、鳞状上皮细胞癌、各种类型的急性白血病等有一定的疗效。◆可用这些抗生素和其它药物配合使用，对肿瘤起缓解作用。◆大多数副作用较大。◆许多药物研究机构都致力于抗肿瘤药物的开发。第二节抗生素工业生产概述

一、抗生素的生产方法

1、生物合成法：即微生物发酵法。◆是利用特定的微生物，在一定的条件（培养基、温度、pH、通气、搅拌等）下使之生长繁殖，并在代谢过程中分泌。然后利用抗生素的特定理化性质，选用适当的化学手段将抗生素从发酵产物中分离出来，并加以提取和精制，最终获得符合药典规定的各种抗生素产品。◆生产工艺过程如下：抗生素生产工艺过程

菌种孢子制备种子制备发酵液预处理及过滤种子制备提取过程提取过程成品检验成品包装出厂检验2、全化学合成法

如：氯霉素因其分子结构简单，继发现后很快采用全化学法合成获得成功。◆世界上第一个全化学合成的抗生素。

◆磷霉素也可采用化学全合成方法生产。优点：效率较高，受影响因素少，克服了发酵法生产的缺点，缺点：导致的环境污染问题严重。氯霉素分子结构图3、半化学合成法

即半合成法。◆就是用化学或生物化学的方法改变已知抗生素的化学结构，或引入特定的功能基团而获得的新抗生素品种或起衍生物的总称。◆此方法一般分两个阶段：第一阶段：通过生物合成法制取某种抗生素。第二阶段：将已制得的天然抗生素，再通过化学方法改变其原来的化学结构，从而获得一种新的抗生素。制备半合成抗生素的目的（亦即对抗生素进行结构修饰的目的）①

增强抗菌力；②扩大抗菌谱；③

对耐药菌有效（解决耐药性问题）；④

改善药代动力学性能；⑤

降低毒副反应；⑥

适应制剂的需要。二、生物合成法生产抗生素的工艺过程

1、生产菌种生产菌种必须具备产量高、周期短、性能稳定和容易培养等优点。2、孢子制备就是将保藏的休眠的菌种，在严格的无菌条件下，将其接种到经过灭菌的固体斜面上生长到一定的阶段后，产生大量的孢子。3、种子制备就是斜面生长制备的孢子，接种到摇瓶、小罐、或中罐中，让孢子萌发，产生菌丝，作为种子液接种到大发酵罐。抗生素的生产一般采用多级种子扩培。5、发酵液的预处理抗生素提取的第一道工序，目的在于使发酵液中的蛋白质和某些杂质沉淀，以提高过滤速度。6、提取和精制目的是将发酵液中的抗生素初步浓缩和提纯，提取的方法一般有沉淀法、溶媒萃取法、离子交换法和吸附法等。7、成品检验抗生素成品常规检验的主要项目有：一般形状的鉴别、安全试验、热源试验、无菌试验、酸碱度测定、效价测定、水分测定、混浊度测定、颗粒细度及重金属含量、旋光度等测定。8、成品的分包装就是将大包装原料药进行小包装或加工成多种类型的抗生素剂型，如果是注射用的抗生素剂型，还必须在无菌条件下进行。二、抗生素工业生产的特点

菌体的生长与产物的形成不平行

生产稳定性差

理论产量难以用物料平衡来计算

12

3三、与一般制药工业相比较的特殊问题1、染菌问题◆克服染菌是发酵成败的重要因素。◆染菌问题虽已得到重视，但由于设计技术、设备、管理、操作等方面的因素，有待继续进行研究和解决。2、粮食消耗问题每生产一公斤的抗生素，往往要消耗25-200公斤粮食。解决粮耗问题要从提高生产水平着手，如筛选高产菌株、降低染菌率、采用合理的培养基配方、以粗粮或非粮原料替代葡萄糖、乳搪、蛋白陈等，以合成消沫剂代替食用油，降低发酵终止时的残糖，改进发酵工艺、不断提高提取收率或用离子交换法代替溶媒萃取法等。3、动力消耗问题蒸汽、压缩空气、水、电等是抗生素生产必须具备的耗能四大公用系统。因此，如何从提高产量、降低消耗、节约能源方面进行技术革新又是一个十分重要的问题。4、稳定性和质量问题生产过程中应严格控制工艺条件，使抗生策的破坏尽量减小以利于提高产量，保证质量。第三节抗生素的作用机制和产

生耐药性的机制

一、抗生素的作用机制

根据抗生素对细菌和动物细胞不同结构或不同成分的作用，可将抗生素的作用机制分为以下五种类型：（1）影响细胞壁的合成；（2）影响细胞膜的功能；（3）抑制核酸的生物合成；（4）抑制蛋白质的生物合成。（5）影响细胞的能量代谢。1、影响细胞壁的合成肽聚糖是构成细胞壁的主要成分，占细胞壁总量的60％以上。而革兰氏阴性菌的细胞壁至少可以分为五层，内层也是肽聚糖，但是壁比革兰氏阳性菌的要薄，占细胞壁总量的5～10％，肽聚糖是多条糖链由肽链交联的网状结构，是与细菌生存有关的最重要的细胞壁成分。影响细胞壁合成的抗生素，实际上就是抑制肽聚糖的合成。

如磷霉素、环丝霉素、万古霉素、青霉素类、头孢菌素类和杆菌肽等，它们作用于肽聚糖合成的不同环节：（1）抑制生物合成酶；（2）与载体分子结合；（3）与作用物结合等。

如青霉素族和头孢菌素族抗生素作用于肽多糖合成的第三阶段，在此阶段中，在转肽酶的催化下，线性肽多糖链之间进行交联，肽多糖链之间每两条肽链结合时均释放出一个D－丙氨酸，由于青霉素族抗生素结构中的主核6－氨基青霉烷酸（6－APA）和头孢族结构中主核7－氨基头孢烷酸（7-ACA）与肽多糖结构中的D－丙氨酰－D－丙氨酸二肽相似，此两族抗生素的主核均可竞争性地与转肽酶结合，使转肽酶不能催化肽多糖之间的交联。2、影响细胞膜的功能属于多肽类抗生素的多粘菌素、短杆菌肽等，属于多烯类抗生素的两性霉素、制霉素和曲古霉素等，这类抗生素均可改变细胞膜的通透性，作用机制各有不同：（1）影响细胞膜的结构；（2）与细胞膜的成分结合；（3）可作为离子导体。如多粘菌素，可与细菌细胞膜紧密而持久地结合，影响真菌细胞膜功能。

如多烯类抗生素，如两性霉素B、制霉素等，可与细胞膜的固醇类成分结合，改变细胞膜功能，细菌细胞中不含固醇类物质，所以多烯类抗生素与真菌细胞膜的固醇结合，引起细胞膜通透性改变，使细胞内容物漏出，导致致病菌死亡，而对细菌无抗菌作用。3、抑制核酸生物合成的抗生素（1）影响DNA模板功能

如：丝裂霉素C——破坏DNA的结构博莱霉素——引起DNA单链断裂柔红霉素－－与DNA形成复合物（2）抑制RNA合成的抗生素

如：利福霉素和利福平——直接作用于RNA聚合酶而抑制RNA的合成4、抑制蛋白质合成的抗生素（1）抑制蛋白质合成起始过程如：春雷霉素——作用于核蛋白体30S亚基，抑制fMet-tRNA与30S亚基结合，从而抑制蛋白质的合成。（2）抑制蛋白质合成延长过程

①抑制氨基酰—tRNA和核糖核蛋白体结合如：四环素类，可以抑制氨基酰-tRNA和核糖体结合，从而抑制氨基酰-tRNA与起始复合物中核糖体的结合，使氨基酰tRNA不能与A位结合，阻断蛋白质合成的延长。如：链霉素：对蛋白质的起始、延长、终止阶段均有影响，但其主要作用是与30S亚基结合，抑制蛋白质合成的肽链延长阶段。②抑制转肽反应主要有氯霉素、大环内酯类和林肯霉素类。如，氯霉素：其机制是核糖体50S亚基结合，抑制氨基酰－tRNA与肽酰－tRNA之间的肽键形成。如，大环内酯类：能够与核糖体50S亚基上的特殊部位结合而抑制肽键形成。如，林肯霉素：可以解离核糖体，而且大部分核糖体解离为50S和30S亚基。5、作用于能量代谢系统的抗生素能被抑制剂干扰的三个氧化磷酸化的过程是：(1)三羧酸循环；(2)通过呼吸链的电子传递系统；(3)由电子传递(ATP合成)引起的能量转移。已知作用于氧化磷酸化反应的抗生素有：抗霉素A、寡霉素、短杆菌肽S等。如：抗霉素A，是呼吸链的电子传递系统的抑制剂，它抑制了细胞色素b与细胞色素C1之间的电子传递。如：短杆菌素S和缬氨霉素，是拆开电子传递和磷酸化的偶联的解偶联剂．在这些抗生素的作用下，呼吸照常进行，但不生成ATP．如：寡霉素，抑制了线粒体的ATP酶的活性。二、抗生素耐药性产生的机制

耐受性：重复用药能够降低机体对某些药物的敏感性。在人和动物反复用药时发生敏感性降低的现象称为耐受性（tolerance）耐药性：在微生物和肿瘤细胞多次与药物接触时发生敏感性降低的现象称为耐药性（resistance）。交叉耐药性：病原菌对某种抗菌药物产生的耐药性的同时，对其它作用机制类似的抗菌药物也产生耐药性的现象称为交叉耐药性。多剂耐药性：病原菌可同时对多种作用机制不同的抗生素产生耐药性，称为多剂耐药性。金黄色葡萄球菌

痢疾杆菌

大肠杆菌

结核杆菌利福霉素

链霉素青霉素四环素氯霉素新霉素庆大霉素

1、耐药性的遗传机制（1）耐药菌的来源：遗传学实验证明，自然界中敏感菌群在没有与药物接触到情况下，经常有少数敏感菌自发突变为耐药菌，细菌自发突变频率很低，一般在10-10～10-5之间。但在抗菌药物作用下，敏感菌逐渐被抑制或杀死，耐药菌趁机生长繁殖，被选择出来，形成耐药菌群。所以认为自然界耐药菌的产生是自发突变和选择的结果。（2）耐药性的产生控制细菌耐药性的基因突变可以发生在染色体遗传基因上，也可发生在染色体外的遗传基因上，因此，从遗传角度可将细菌耐药性分为染色体遗传基因决定的耐药性和染色体外的遗传基因控制度耐药性，前者称染色体性的耐药性，后者称染色体外性的耐药性或质体性耐药性。在自然界中发生染色体性耐药性的机率很低，在临床上这类耐药性可在金黄色葡萄球菌和肠道杆菌中通过转导方式而产生，染色体外性耐药性是通过耐药性质粒（R质粒）以接合的方式转移到敏感菌种，可转移多种耐药信息。2、耐药性的生化机制

（1）产生使抗生素失去活性的酶青霉素和头孢菌素耐药菌β－内酰胺酶氯霉素耐药性菌氨基糖苷类抗生素耐药菌氯霉素乙酰转移酶乙酰转移酶磷酸转移酶腺苷转移酶（2）改变抗生素作用部位的结构如：大环内酯类抗生素的耐药菌是由于核蛋白体50S亚基的蛋白质发生变化，与抗生素结合的亲和力降低，或者是由于抗生素与50S亚基中的23S的RNA上的腺嘌呤发生甲基化，致使核蛋白体的立体构性发生改变，与抗生素结合障碍；利福霉素耐药性细菌是由于作用部位RNA聚合酶的β－亚基发生变化，是核心酶不能与抗生素结合，降低了对抗生素的敏感性。（3）改变细胞膜对抗生素的通透性

如：对四环素耐药性的革兰氏阳性菌和阴性菌由于转运四环素的系统被抑制，使四环素不易进入耐药性细菌的细胞膜内。第四节抗生素产品的质量检定

一、抗生素产品检测的常规方法(1)性状及鉴别试验(2)酸碱度测定(3)澄明度检查(4)水分测定(5)杂质吸收度测定(6)安全试验(毒性试验)(7)热原试验(8)降压物质试验(9)无菌试验(10)效价测定(一)性状及鉴别试验一般根据某一抗生素理化特性，如外观、色泽、结晶形态、臭味、比旋度、熔点、溶解度、消光系数等，或某一基团对试剂产生的特殊生色反应等，来鉴别某一抗生素和区别其在质量上的差别。如：链霉素碱

麦芽酚紫色

青霉素

青霉素酶

青霉噻唑酸无抗菌作用土霉素四环素金霉素浓硫酸

紫色朱红色蓝色(二)酸碱度测定抗生素溶液的pH值过高或过低都能使抗生素在短期内失效或者临床使用上引起不良反应。(三)澄明度检查

注射用的抗生素成品，需按规定浓度以纯水配制成一定溶液在规定的光照条件下以肉眼进行检查，其中有无细微不溶性杂质，长短毛点、色点、色片，金属屑等。同时观察溶液的色泽和浑浊度，并与规定的标准比色液及浑浊度进行观察比较。通过上述规定，决定成品是否合乎临床使用要求。

(四)水分测定1.干燥失重法（1）直接干燥法对热比较稳定的如盐酸金霉素、四环素、土霉素等测定水分时可用此法。（2）真空干燥法对热不够稳定或在常压情况下不易干燥的品种，如链霉素、新雾素、制霉素等的水分测定均采用此法。（3）红外线干燥法用干燥法测定水分时，有时由于受真空度或周期限制则可适当考虑采用红外线法。此法干燥的速度快、时间短，且可在较低温度下进行。4.卡尔·费休氏水分测定法(又称碘硫溶液法)费休氏水分测定法又叫卡尔—费休氏(KarlFiscller)水分滴定法，特点是操作简便、专属性强、准确度高，适用于受热易被破坏的药物。因而成为国际通用的水分测定法。USP(23)、BP(1993)、JP(12)亦均采用此法测定水分。费休氏水分测定为非水氧化还原滴定反应，采用的标准滴定液称费休氏试液，是由碘、二氧化硫、吡啶和甲醇按一定比例组成。滴定原理是，利用碘氧化二氧化硫时，需要一定量的水分参加反应，即：I2十SO2十2H2O＝2HI十H2SO­4

每消耗1mol的碘就证明存在着lmol的水，从消耗碘的量可以测定出水分含量。由于上述反应是可逆的，加入无水吡啶能定量地吸收HI和SO2，形成氢碘酸吡啶和硫酸酐吡啶。(五)杂质吸收度测定

一般吸收度以规定浓度，在规定条件下测得的吸收值来表示

。如：盐酸四环素的杂质吸收度规定用0.2％，0.01mol／L的盐酸溶液在430nm波长处测得的吸收值不得超过0.5

(六)安全试验(毒性试验)

安全试验是将一定剂量的抗生素成品溶液注入小鼠体内，在规定时间内观察小鼠死亡情况，以决定抗生素成品是否符合规定的一种方法。其试验操作及判断结果如下：取体重17—20g的健康小鼠(同性别)5只，分别由尾静脉注射按各抗生素成品规定剂量的溶液0.5mL，注射时间为4-5s。注射后48h内不得有死亡，如有死亡，应另取体重18～19g的小鼠10只重新试验，全部小鼠在48h内不得有死亡。(七)热原试验

热原(Pyrogen)也称发热物质(Pyrogenoussubstances)。一般是指细菌等微生物产生的微量即能引起动物体温异常升高的物质的总称。此外还有内源性高分子热原、内源性低分子热原、化学物质、异性蛋白质等。在药剂学上的“热原”通常是指由微生物产生的热原。热原试验是将一定剂量的抗生素成品溶液，静脉注入家兔体内，在规定时间内，观察家兔体温升高的情况，以决定抗生素成品中所含热原的限度是否符合规定的一种方法。(八)降压物质试验

降压物质试验是将组胺对照品与抗生素成品，用麻醉猫(或狗)比较两者引起血压下降的程度；以决定抗生素成品中所含降压物质的限度是否符合规定的一种方法。

(九)抗生素产品的无菌试验抗生素常用的灭活方法有青霉素酶法、盐酸羟胺法、树脂交换法以及微孔薄膜过滤法等。1、青霉素酶法：对青霉素灭活2、盐酸羟胺法：对链霉素的醛基起反应而灭活3、树脂法：如四环素、土霉素、金霉素、卡那霉素等4、无菌薄膜过滤法：应用范围较广，但因操作麻烦(十)效价测定1、物理法2、化学法3、生物法（1）稀释法（2）比浊法（3）扩散法1、稀释法

是用培养基将待测抗生素稀释到一系列的浓度，并依次分装到一系列的容器内，再加入等量的“试验菌株”菌液，放在37℃保温箱内培养一定时间，观察哪一个稀释度能抑制细菌生长，该稀释度即为测定终点，再与同样处理的标准抗生素的终点比较，即可求得待测抗生素的效价。2、比浊法

原理及操作大致与稀释法相同，比浊法也是将不同量的待测品及标准品分别加入培养基中，观察其对“试验菌株”的效应－即细菌生长所引起的混浊，比浊法和稀释法的区别有两点：（1）比浊法的稀释间隔的密度比较近，准确度要高。（2）比浊法不以细菌有无生长的区分为终点，而是将标准品浓度和细菌生长所引起的混浊度求得一定的比例，再由待测品的细菌生长混浊度推算待测品的效价。3、扩散法

使用固体培养基，在培养基凝固以前将“试验菌种”混合进去，在这样备好的培养基表面，可以用种种设计使待测抗生素液或含有抗生素的物质与有菌种的培养基接触，经过培育后，由于抗生素向培养基中扩散，凡抑菌浓度所能达到之处细菌不能生长因而形成透明的抑菌范围，此种范围一般都呈圆形，称为“抑菌圈”。扩散法有几种，其中一种叫管碟扩散法(简称管碟法)为国际上常用的方法。在我国作为法定的抗生素检定法.十一、管碟法测定抗生素效价的原理及方法

（一）、原理在一定范围内，抑菌圈的直径随抗生素浓度的增减而增减。此时，抑菌圈的直径是抗生素浓度的函数。由此，可以得出一条曲线。如果将抗生素的浓度改为对数剂量，则抑菌圈直径与抗生素的对数剂量呈现直线关系。

抑菌圈的半径(r)与下列因素有关(1)抗生素在管中的量(M)(2)抗生素的扩散系数(D)(3)细菌生长达到肉眼可见的时间(T)(4)培养基的厚度(H)。其中的定量关系可用分子扩散定律来推导，得到如下所示的公式：D－扩散系数，毫米2、小时T－抗生素扩散时间（接近细菌生长到肉眼可见的时间），小时。M－在管中的抗生素总量，单位。r－管中心到抑菌圈边缘的距离，毫米。L－管的高度，毫米。H－培养基厚度，毫米。C－最低抑菌浓度，单位/毫升

由于此公式相当于直线方程y=ax+b

因此可以设logM为纵坐标，r2为横坐标时可得截距为log（C.4πDTH，斜率为1/9.21DT的直线。（二）测定方法

1、材料管子一般系用瓷、铝、玻璃或者不锈钢制成，内径一般为6±0.1mm，外径为8±0.1mm，高10±0.1mm的圆筒形管子，小管的两端要求平滑，管的重量要尽可能相等。每批试验所用小管的重量差不超过50毫克。常用双碟(平皿)内径90±0.1mm，深度17—18mm，底部要平坦、光滑。2、培养基各种抗生素测定效价所用的培养基不完全相同，《中国药典》中均有规定。如：3、菌种各种抗生素测定效价所用的菌种不完全相同，《中国药典》中均有规定。常用的菌种有：

金黄色葡萄球菌枯草杆菌藤黄八叠球菌蜡样芽孢杆菌大肠杆菌短小芽孢杆菌黑根霉菌白色念珠菌4、标准品一般都以容易精制达到高纯度的衍生物作为标准品。例如：

青霉素以青霉素G钠盐作为标准品；链霉素以链霉素盐酸盐的氯化钙复盐作为标准品；卡那霉素以含一分子结晶水的一硫酸卡那霉素作为标准品，如果抗生素本身能达到较高纯度，就可以作为标准品，如制霉素。5、标准曲线的制作标准曲线的制备：标准品稀释液、菌种及培养基制备，药典中都有明确规定。取平皿24只，每只平皿中加入底层培养基及含菌的上层培养基，待凝后，分为8组，每组3只，每皿放置小钢管6个，间隔的三个小管内加入抗生素标准品Ck（C1～C8）。管碟法测定抗生素效价的基本条件

精确测定抗生素的效价，必须具备下列几项条件：1.抑菌圈要圆而且边缘清晰。2.抗生素浓度与抑菌圈直径的直线关系范围应宽。3.标准品与样品所作的直线应互相平行4.直线的斜率和截距都应小1.抑菌圈圆与清晰的条件原因：在加小管时抗生素溅出，或者小管底部不平，以及材料污染有抗生素。菌种太老，或污染杂菌，或在倒上层培养基时温度太高，或放置太久。小管彼此间隔太小而抑菌圈较大时，则圈与圈之间彼此影响。抗生素中含盐浓度太高或pH太低培养温度不均匀。培养基厚薄不均匀。2.抗生素浓度与抑菌圈的直线关系抗生素浓度的对数与抑菌圈半径的平方值之间的关系是直线关系，如果为了计算方便，以抑菌圈直径来计算，这样直线关系的范围就较窄，但不妨碍一般抗生素的测定，如样品的效价很难估计，则以抑菌圈的半径的平方值来计算较为合适。3.标准品与样品所作的直线平行问题

标准品与样品所作的直线应互相平行，计算公式是在假定两者平行而斜率相等的前提下推算出来的，如斜率不相等就不能这样计算，所以实验得出的直线应互相平行才能得到精确的数据。要使两者平行，就尽可能的保证标准品和样品的品质一致、条件一致。4.直线的斜率与截距问题（1）斜率越小越好因为斜率越小，则效价差别很小时抑菌圈大小的差别却很大，这样的结果就较为精确。斜率的大小与抗生素扩散速度和菌种生长时间快慢有一定的关系，扩散快，则斜率小，细菌生长慢，则斜率小。（2）直线的截距越小越好

因为同样浓度的抗生素其截距小的所显示的抑菌圈大，如培养基厚度减小一半时，截距就减小，抑菌圈就增大。双碟的制备1.放平皿的台面一定要用水平仪测试，调整至水平状态2.培养基要融化均匀，倒平板后无气泡。3.菌层培养基融化后一定要冷却到一定温度，方可加入试验菌种。4.钢管放置：最好用钢管放置器，人工放置时，应注意使各个钢管下落的高度基本一致。钢管放置妥当后，应使双碟静置10分钟，使钢管在琼脂内稍下沉稳定后，再开始滴加抗生素溶液。抑菌圈的测量（1）测量抑菌圈可用游标卡尺或抑菌圈面积测量仪，用卡尺测量时，眼睛视线应与读数刻度垂直。（2）注意抑菌圈是否圆整，用卡尺测量时可对每个抑菌圈作两次互为垂直测量。第四节典型抗生素生产工艺

一、青霉素概况青霉素(penicillin，又称盘尼西林）是一种非常普通而常用的药物。1928年Fleming（英国人弗莱明）发现青霉素；1940年由弗洛里Florey和钱恩Chain提取并经临床证实青霉素具有卓越疗效和低毒1941年英美合作开发青霉素；采用表面培养法生产青霉素。

1943年开发青霉素生产工艺成功；创造了崭新的青霉素深层培养工艺.。

1945年，弗莱明、佛罗理和钱恩三人，因在青霉素发现利用方面做出的杰出贡献，共同获得了诺贝尔生理学及医学奖金。

青霉素G是应用于临床的第一个抗生素，多年临床已证明它的抗菌作用强、疗效高、毒性低。目前它仍广泛被用于临床，在很多感染性疾病的治疗中仍为首选的药物。起初培养青霉菌时，发酵液中主要合有五种青霉素成分，即青霉素F、G、X、K和双氢F。其中青霉素G（即苄青霉素）较为稳定，作用最强，产量也较高。后来在发酵培养液中加入苯乙酸前体后，所获得的青霉素几乎全部为青霉素G，符合了临床和生产的要求。◆1953年５月，中国第一批国产青霉素诞生，揭开了中国生产抗生素的历史。◆我国青霉素年产量超过2．2万吨，已占世界青霉素年总产量的70％，居世界首位，出口额达1.59亿美元，我国青霉素基本上集中于华药、哈药、石药和鲁抗四家，四家产最占国内青霉素总产量的75％。华北制药达到年产量7000～8000吨（亚洲第一，世界第二）青霉素原料药生产能力的。

青霉素G的毒性很低，但约有5—6％的人用药后出现过敏反应。过敏性休克的发生率各地不同，在0.2-0.002％之间，多见于20一40岁的成年人。肌肉注射青霉素钾盐会产生局部疼痛、红肿，使用钠盐可减轻疼病。二、青霉素生产的菌种早期菌种：点青霉（Penicillinnotatum）发酵单位：几十个单位现在菌种：产黄青霉（Penicillinchrysogenum）发酵单位：原种→100U/mL诱变→30000U/mL

三、发酵工艺要点1.生产种子制备

砂土管孢子→斜面培养基→大米或小米固体培养基（25℃，7天）→一级种子罐（27℃，40h，通气量1：3体积/体积·分，300-350转/分）→10％接种量接种到二级繁殖罐（25℃，10-14h，1：1-1.5体积/体积.分，250-280转/分）。2.种子质量要求：菌丝长稠、不生团，粗壮、有中小空胞。3.培养基：自工业上开始生产青霉素以来，培养基的组成有很多改进，比如：葡萄糖总量

10％

玉米浆

4-5％

苯乙酸滴加总量

0.5-0.8％

猪油或植物油总量

0.5％

pH6.5-7.0四、影响青霉素发酵的因素1、碳源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。乳糖是青霉素合成的最好的碳源，葡萄糖也是比较好的碳源，但必须控制其加入的浓度，因为它容易被菌氧化并产生抑制抗生素合成酶形成的物质而影响青霉素的合成，所以可采用连续添加葡萄糖的方法代替乳糖。2、氮源早期青霉素工业生产中由于采用玉米浆，使产量有很大提高，但由于玉米浆不稳定，宜用其它有机氮源代替，如花生饼粉或棉籽粉等。花生饼粉的优点是质量稳定，便于保藏，一直是青霉素生产的主要有机氮源。而棉籽粉由于含有棉酚，对青霉菌有一定的毒性，影响发酵单位的进一步提高，因此，需将棉籽饼粉经蒸炒及轻汽油萃取，使棉酚含量降至0.18％以下，效果较好。3、前体苯乙酸，或其衍生物苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可作为青霉素G的侧链前体，菌体对前体的利用有两个途径，一是直接结合到产物分子中；二是作为养料和能源作用，即氧化为二氧化碳和水。前体究竟通过哪个途径被菌体利用，主要取决于培养条件以及所用菌种的特性。现代工业生产所用的菌种，前体转化率为46－90％，为了避免前体加入浓度过大而对菌体有毒，除基础料中加入0.07％，其余按需要同氮源一起补入。4、pH在青霉素发酵过程中，pH是通过下列手段来控制：①pH过高，可加糖、硫酸或无机氮源②pH过低，可加入CaCO3、氢氧化钠、氨或尿素，也可提高通气量。5、温度青霉菌生长的最适温度为30℃，而分泌青霉素的适宜温度是在20℃左右，生产上采用变温控制法，使之适合不同发酵阶段的需要，如：5h85h40h35h青霉素变温发酵，产量比在25℃恒温下发酵提高14.7％6、补料发酵过程中，除以中间补糖控制浓度及pH外，补加氮源亦可提高发酵单位。在发酵过程中，与料液一起补入表面活性剂如新洁尔灭、聚氧乙烯、山梨糖醇酐、单油酸酯、单月桂酸酯和三油酸酯等非离子表面活性剂也能增加青霉素的产量。

7、铁离子的影响三价铁离子对青霉素生物合成有显著影响，一般发酵液中铁离子超过30－40微克/毫升，则发酵单位增长缓慢。因此铁罐在使用前必须进行