次级代谢产物

次级代谢产物青霉素——概述青霉素（Benzylpenicillin/Penicillin）又被称为青霉素G、peillinG、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、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β-内酰胺类中一大类抗生素的总称。

青霉素的发现者青霉素的结构青霉素的应用青霉素适用于A组及B组溶血性链球菌、肺炎链球菌、对青霉素敏感金葡菌等革兰阳性球菌所致的各种感染，如败血症、肺炎、脑膜炎、扁桃体炎、中耳炎、猩红热、丹毒、产褥热等。也用于治疗草绿色链球菌和肠球菌心内膜炎(与氨基糖苷类联合)；梭状芽胞杆菌所致的破伤风、气性坏疽、炭疽、白喉、流行性脑脊髓膜炎、李斯特菌病、鼠咬热、梅毒、淋病、雅司、回归热、钩端螺旋体病、奋森咽峡炎、放线菌病等。在风湿性心脏病或先天性心脏病病人进行口腔手术或牙科操作，胃肠道和生殖泌尿道手术或某些操作时，青霉素也可用于心内膜炎的预防。青霉素类药物：

头孢氨苄胶囊、阿莫西林胶囊等青霉素的杀菌作用特点为：

1、对革兰阳性菌作用强（链球菌属、肺炎链球菌、敏感的葡萄球菌）

2、对革兰阴性菌作用弱（脑膜炎奈瑟球菌、淋病奈瑟菌）

3、对繁殖期细菌有作用

4、对静止期细菌无作用

5、对真菌无效（酵母菌、霉菌和蕈菌）青霉素作用机理青霉素是β-内酰胺抗生素，在细胞繁殖期起杀菌作用。,青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可与后者竞争转肽酶，阻碍粘肽的形成，造成细胞壁的缺损，使细菌失去细胞壁的渗透屏障，对细菌起到杀灭作用。青霉素的体内过程青霉素不耐酸，口服迅速被胃酸破坏。故需肌内注射或静脉滴注给药。肌内注射100万U，血药峰浓度20U/ml（12μg/)，给药后半小时内达峰，t1/2约30分钟。静脉滴注2g（333万U)，平均血药浓度为7.5μg/ml。本品体内分布广，对炎性组织比正常组织较易透入且维持时间也较长。静脉给药2g，脑组织内最高浓度为1.38μg/g。青霉素血浆蛋白结合率为65%。在体内基本上不代谢，极少量在肝内代谢，代谢物为青霉噻唑酸。有少量原形药自胆汁排出，绝大部分以原形经肾排泄，其中90%经肾小管排泌，约10%由肾小球滤过。本品排泄快，大部分药物在给药后3-4小时内排出。青霉素的不良反应青霉素毒性很低，主要不良反应为过敏反应。

1．过敏反应包括即刻的过敏休克、速发的皮疹和迟发的过敏反应包括血清病、皮疹和接触性皮炎等。青霉素过敏反应大多为皮疹反应，但应警惕可能发生威胁生命的过敏性休克。美国波士顿药物不良反应监测机构（BCDSP)报告注射青霉素过敏反应发生率为0.1%。另外一些调研结果报道过敏休克发生率为0.004%-0.04%。2．惊厥大剂量青霉素（每日2000万U-2500万U)静脉滴注可能发生惊厥或昏迷。3．血液学异常反应大剂量青霉素治疗可能引起溶血性贫血。也可能引起白细胞减少。

4．肾损害大剂量青霉素治疗有引起肾功能衰竭与间质性肾炎的病例报告。5．赫氏反应青霉素治疗梅毒可于给药后2-8小时内发生赫氏反应：发冷、发热、喉痛、头痛、心动过速、局部病变加重等。注意事项1．青霉素过敏休克抢救原则和方法①应分秒必争，就地抢救，立即使病人头低位躺下。②立即皮下或肌内注射0.1%肾上腺素0.5ml。③迅速准备静脉输液。④如第一次皮下注射肾上腺素尚未见效应，重复注射一次或在输液内加肾上腺素。⑤如以上措施未见效应，静脉注射氢化可的松50-100mp。⑥有呼吸困难时可缓慢静脉注射氨茶碱0.25-0.5g，同时人工呼吸。⑦出现血管神经性水肿、荨麻疹应结抗组织胺药物。⑧保温，注意维持呼吸与循环功能。2．青霉素过敏休克的预防措施①注意询问过敏史，注意观察患者有无过敏疾患或过敏状态。对青霉素过敏者禁用。②应在有抢救过敏休克的条件下才能注射青霉素。③注射青霉素前应作皮内敏感试验，用500U/ml青霉素皮试液，皮内注射0.05-0.1ml，20分钟后观察反应。皮试阳性反应者禁用。注射青霉素后应观察力30分钟。3．青霉素与其他药物的相互作用①丙磺舒（probenecid)通过抑制肾小管排泌作用能延长青霉素类血药浓度维持时间。②青霉素类与氨基糖苷类呈协同作用，但大剂量青霉素类药物可使氨基糖苷类活性降低。③青霉素类与四环素、氯霉素、大环内酯类抗生素呈拮抗作用。青霉素类在抑菌药作用下，由于细菌繁殖受抑制不能充分发挥繁殖期杀菌的作用而呈拮抗。这种拮抗作用虽非属用药禁忌，但如以上抑菌药非治疗必需，则应避免采用拮抗联合，使青霉素充分发挥治疗作用。生产工艺菌种

目前国内青霉素生产菌按其在深层培养中菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种，根据丝状菌产生孢子的颜色又分为黄孢子丝状菌和绿孢子丝状菌，常用菌种为绿孢子丝状菌，如产黄青霉素。青霉素生产菌的生长过程分生孢子发芽期菌丝繁殖期脂肪粒形成期脂肪粒减少，小空孢大空孢自溶分生孢子发芽期↓菌丝繁殖期↓脂肪粒形成期↓脂肪粒减少，小空孢↓大空孢↓自溶青霉素的发酵发酵工艺发酵工艺控制：

发酵工艺控制：

1.基质浓度2.培养基成分的控制

3.温度

4.pH值、溶氧

5.泡沫的控制

发酵工艺控制1.基质浓度：

在发酵过程中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制（如葡萄糖的阻遏和抑制,苯乙酸的生长抑制）,而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合成。所以，在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法，以维持一定的最适浓度。发酵工艺控制2.培养基成分的控制

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A.碳源：

发酵中常用乳酸或葡萄糖。乳糖最为便宜，但因货源较少，很多国家采用葡萄糖代替。但当葡萄糖浓度超过一定限度时，会过分加速菌体的呼吸，以至培养基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，导致pH下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。目前普遍采用淀粉的酶水解产物，葡萄糖化液流加，以降低成本。B.氮源：

主要有机氮源为玉米浆、棉籽饼粉、花生饼粉、酵母粉、蛋白胨等。

玉米浆为较理想的氮源，含固体量少，有利于通气及氧的传递，因而利用率较高。有机氮源还可以提供一部分有机磷，供菌体生长。无机氮如硝酸盐、尿素、硫酸铵等可适量使用。发酵工艺控制C.无机盐：

碳酸钙用来中和发酵过程中产生的杂酸，并控制发酵液的pH值为菌体提供营养的无机磷源一般采用磷酸二氢钾。另外加入硫代硫酸钠或硫酸钠以提供青霉素分子中所需的硫。铁离子对青霉素有毒害作用，应严格控制发酵液中铁含量在30ug/mL以下。现在还有一些工厂采用铁罐发酵，在发酵过程中铁离子便逐渐进入发酵液；发酵时间愈长，则铁离子愈多。铁离子在50µg/ml以上便会影响青霉素的合成。所以青霉素的发酵罐采用不锈钢制造为宜。发酵工艺控制D.前体：

前体的加入是青霉素发酵的关键问题之一。添加苯乙酸或者苯乙酰胺，可以借酰基转移的作用，将苯乙酸转入青霉素分子，提高青霉素G的生产强度。但苯乙酸对发酵有影响，一般以苯乙酰胺较好。也有采用苯乙酸月桂醇酯，其优点是在发酵中月桂醇酯水解，苯乙酸结合进青霉素成品。而月桂酸作为细菌营养剂及发酵液消沫剂，且其毒性比苯乙酸小，但价格较贵。前体要在发酵开始20h后加入，并在整个发酵过程中控制在50µg/ml左右。前体用量大于0.1%时，青霉素的生物合成均下降。所以一般发酵液中前体浓度以始终维持在0.1%为宜。发酵工艺控制3.温度

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青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可能稍有差别,但一般认为应在25°C左右。温度过高将明显降低发酵产率,同时增加葡萄糖的维持消耗,降低葡萄糖至青霉素的转化率。对菌丝生长和青霉素合成来说,最适温度不是一样的,一般前者略高于后者,故有的发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间,到达生产阶段后便适当降低温度,以利于青霉素的合成。

发酵工艺控制4.pH值、溶氧：

pH值：青霉素发酵的最适pH值一般认为在6.8～7.2左右,应尽量避免pH值超过7.0。因为青霉素在碱性条件下不稳定,容易加速其水解。溶氧:对于好氧的青霉素发酵来说,溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到30%饱和度以下时,青霉素产率急剧下降,低于10%饱和度时,则造成不可逆的损害。溶氧浓度过高,说明菌丝生长不良或加糖率过低,造成呼吸强度下降,同样影响生产能力的发挥。在罐的夹层或蛇管中需通冷却水以维持一定罐温。在整个发酵过程中，需不断通无菌空气和搅拌，以维持一定罐压或溶氧。发酵工艺控制5.泡沫的控制：在发酵过程中产生大量泡沫,可以用天然油脂,如豆油、玉米油等或用化学合成消泡剂“泡敌”来消泡。应当控制其用量并要少量多次加入,尤其在发酵前期不宜多用,否则会影响菌体的呼吸代谢。

加消沫剂控制泡沫，必要时还加入酸、碱以调节发酵液的pH。青霉素的提炼工艺及过程溶媒萃取法

青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。利用这一性质，在酸性条件下青霉素转入有机溶媒中，调节pH，再转入中性水相，反复几次萃取，即可提纯浓缩。常用有机溶剂：醋酸丁酯或戊酯萃取2-3次。从发酵取到醋酸丁酯时，pH选择1.8-2.0，从醋酸丁酯反萃到水相时，pH选择6.8-7.4。发酵滤液与醋酸丁酯体积比3-4。萃取总收率在85%左右。工艺流程发酵液→板框过滤→滤液→醋酸丁酯萃取→一次丁酯萃取液→反萃取→反萃取液→醋酸丁酯