b-内酰胺抗生素课件

b-内酰胺抗生素

第一节定义

分子中含有b-内酰胺环并具有抗菌作用的一类化学物质。ab一、b-内酰胺抗生素的分类

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第二节分类和命名青霉烷(penams)青霉烯(penems)碳青霉烯(carbapenems)头孢烯(cephems)

碳头孢烯

氧头孢烯

单环

-内酰胺

氧青霉烷

(棒烷)青霉烷砜(carbacephems)(oxocephems)(monobactams)(oxopenams)(penicillanicacidsulfone)

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第二节分类和命名二、b-内酰胺抗生素的命名青霉烷类（~cillin，~西林）头孢烯类（cef~，头孢~）青霉烯类（~penem，~配能）氧头孢烯类（~oxef，~氧头孢）碳头孢烯类（~carbef，~碳头孢）单环内酰胺类（~onam，~喃）

-内酰胺酶抑制剂类（

-lactamaseinhibitors）复合

-内酰胺抗生素（

-内酰胺抗生素+

-内酰胺酶抑制剂）

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第二节分类和命名三、青霉素的分类类别抗菌谱举例天然青霉素不产生青霉素酶的G(+)细菌（包括除拟杆菌以外的厌氧菌）和螺旋菌青霉素G(Benzylpenicillin)青霉素V(Phenoxymethylpenicillin)氨基青霉素不产生

-内酰胺酶的G(+)和G(-)细菌（包括除拟杆菌以外的厌氧菌）氨苄西林(Ampicillin)阿莫西林(Amoxicillin)海他西林(Hetacillin)耐青霉素酶青霉素用于上述青霉素耐药菌感染，但对MRSA无效甲氧西林(Methicillin)氯唑西林(Cloxacillin)双氯西林(Dicloxacillin)萘夫西林(Nafcillin)苯唑西林(Oxacillin)扩大抗菌谱的青霉素（抗绿脓杆菌）对G(+)细菌的活性不如天然青霉素和氨基青霉素，故主要用于绿脓杆菌感染阿洛西林(Azlocillin)羧苄西林(Carbenicillin)美洛西林(Mezlocillin)哌拉西林(Piperacillin)替卡西林(Ticarcillin)脒基青霉素主要用于G(-)细菌引起的泌尿道感染脒基西林(amidinocillin)

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第二节分类和命名四、头孢菌素的分类类别抗菌谱注射口服第一代Staphylococci(不包括MRSA)Streptococci(不包括Enterococci)Ecoli,Proteus,Klebsiella头孢噻吩(Cephalothin)头孢唑啉(Cefazolin)头孢氨苄(Cephalexin)头孢拉定(Cephradine)头孢羟氨苄(Cefadroxil)第二代同第一代，另加

Haemophilus(包括

-内酰胺酶产生菌)头孢孟多(Cefamandole)头孢呋肟(Cefuroxime)头孢克洛(Cefaclor)头孢丙烯(Cefprozil)头孢呋肟(Cefuroxime)氯碳头孢(Loracarbef)第二代同上另加Bacteroides头孢西丁(Cefoxitin)

第三代同第二代，另加除Pseudomonas以外的其它大多数G(-)杆菌头孢他美(Cefotaxime)头孢曲松(Ceftriaxone)头孢泊肟(Cefpodoxime)头孢布烯(Ceftibuten)头孢克肟(Cefixime)第三/四代同上另加Pseudomonas头孢他啶(Ceftazidime)头孢吡肟(Cefepime)头孢匹罗(Cefpirome)生物合成的

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第三节生物合成与代谢调控分类抗生素主要的产生菌真菌放线菌G(-)细菌青霉烷青霉素产黄青霉

(Penicillium

chrysogenum)点青霉

(P.notatum)纳地青霉

(P.nalgiovense)构巢曲霉

(Aspergillus

nidulans)头孢-3-烯头孢菌素C7-甲氧基头孢菌素C头霉素C头霉素A和B头细菌素噬几丁菌素枝顶头孢

(Cephlosporium

acremonium)*桃色拟青霉（Paecilomyces

persicinus）利波曼链霉菌(Streptomyces

lipmanii)带小棒链霉菌(S.clavuligerus)卡特利链霉菌(S.cattleya)耐内酰胺诺卡氏菌(Nocardia

Lactamdurans)灰色链霉菌(S.griseus)产内酰胺溶杆菌(Lysobacter

lactamgenus)黄杆菌

(Flavobacteriumsp.)棒烷棒酸棒霉素缬棒烷带小棒链霉菌(S.clavuligerus)利波曼链霉菌(S.lipmanii)吸水链霉菌(S.hygroscopicus)抗生素链霉菌(S.antibioticus)碳青霉烯噻烯霉素表噻烯霉素橄榄酸1-碳青霉-2-烯-3-羧酸卡特利链霉菌(S.cattleya)带小棒链霉菌(S.clavuligerus)橄榄链霉菌

(S.olivaceus)胡萝卜软腐欧文氏菌(Erwinia

carotovora)粘质沙雷氏菌(Serratia

marcescens)单环

-内酰胺诺卡杀菌素均匀诺卡氏菌津山亚种

(Nocardia

uniformis

subsp.Tsuyamanensis)单菌胺放射形土壤杆菌(Agrobacterium

radiobacter)嗜酸假单胞菌(Pseudomonasacidophila)

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第三节生物合成与代谢调控青霉素与头孢菌素的生物合成途径（一）

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第三节生物合成与代谢调控青霉素与头孢菌素的生物合成途径（二）

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第三节生物合成与代谢调控青霉素与头孢菌素的生物合成途径（三）

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第三节生物合成与代谢调控

由葡萄糖生物合成青霉素V的理论转化得率

OPC生成率Mol(OPC)/mol(青霉素V)半胱氨酸生物合成途径青霉素V理论得率mol(青霉素V)/mol(葡萄糖)0转硫0.43a0.44b0直接硫化0.50a0.47b0.15转硫0.39a

0.60转硫0.31a

1.00转硫0.26a0.31ba.JorgensenHetal.,1995；b.HersbachGJMetal.,1984.

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第三节生物合成与代谢调控

棒酸的生物合成途径CEAS=羧乙基精氨酸合成酶，

-LS=

-内酰胺合成酶，CAS=棒胺酸合成酶（包括CAS1和CAS2两个同功酶），PAH=原棒胺酸脒基水解酶，CAD=棒醛脱氢酶。

N2-(2-羧乙基)精氨酸脱氧胍基原棒胺酸胍基原棒胺酸原棒胺酸棒胺酸棒酸-9-醛（棒醛）棒酸(CEAS)生物合成中的调控反应碳源调控（葡萄糖效应）：代谢快的碳源青霉素、头孢菌素、棒酸发酵NH4+调控：NH4+

青霉素、头孢菌素发酵氨基酸调控：赖氨酸青霉素、头孢菌素发酵，蛋氨酸头孢菌素发酵pH调控（影响通透酶）磷酸盐调控（一般与碳源调控相联系）

注：“”表示抑制或阻遏，“”表示促进或刺激。调控反应的控制：用流加方法控制效应物在发酵液中的残留浓度

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第三节生物合成与代谢调控

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第四节青霉素的工业生产工艺流程——发酵

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第四节青霉素的工业生产工艺流程——提炼

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第四节青霉素的工业生产青霉素发酵的主要工艺控制点操作变量工艺控制点操作变量工艺控制点发酵罐容积150~200m3发酵温度~25℃装料率~80%发酵液pH~6.5搅拌输入功率3~4kW/m3初始菌体浓度1.5~1.8kg(干重)/m3通气率40~60Nm3/(m3·h)葡萄糖料液浓度~450kg/m3空气压力（表压）0.2MPa葡萄糖补加率1.0~2.5kg/(m3·h)发酵液上方压力（表压）0.03~0.06MPa发酵液中铵氮浓度0.25~0.34kg/m3液相氧体积传递系数(kLa)200h-1发酵液中苯乙酸浓度~0.1kg/m3发酵液中溶氧浓度>30%饱和度发酵时间180~240h青霉素生产菌种——产黄青霉(Penicillium

chrysogenum)的分生孢子

b-内酰胺抗生素第四节青霉素的工业生产

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第四节青霉素的工业生产青霉素发酵过程主要变量的典型变化曲线

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第四节青霉素的工业生产

青霉素发酵过程中的代谢流分布（发酵100小时的数据。括号内的数字是代谢流分布的摩尔百分比。）

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第四节青霉素的工业生产

青霉素生产工艺要点（一）

生产菌种的长期保存要采用孢子悬浮液液氮低温（-196℃）存放或真空冷冻干燥管冷藏（4℃）的方法，而不采用传统的沙土管保藏方法，以便在较长时间（5~10年）内保持菌种的存活和生产能力稳定。琼脂斜面种子（孢子）密封后在4~15℃下可以短时间保存，但最好不要超过3个月。米孢子的基质可以是大米或小米，培养成熟后密封可以在4~15℃下保存不超过3个月；如果在密封前真空干燥，则可以保存不超过6个月。种子罐以达到对数生长的后期为培养成熟指标，不能随意延长或缩短培养时间；同时要考虑培养液的流动性，以不影响通过管道向发酵罐接种的速度为宜。

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第四节青霉素的工业生产

青霉素生产工艺要点（二）发酵罐的发酵条件要严格按工艺要求进行控制，特别是各项补料要适应工艺对溶氧、pH及维持量的要求，不能过量，也不能不足；为了减少过程空气湿度对发酵液体积的影响，在湿度偏高或偏低的季节，要适当提高或降低用于补料的糖液浓度。氨水既作为发酵的氮源，又用来调节发酵过程中的pH，它的补入要根据发酵液的pH和铵氮含量与补硫酸铵协调进行。发酵液过滤要尽量提高速度，缩短时间，为此一般需要在过滤前对发酵液进行絮凝处理，絮凝剂的加入量随絮凝剂种类不同而异，以达到最大絮凝效果而不过量为宜。除种子制备和发酵过程要严防杂菌侵入外，提取的各工序也应尽量保持无菌，因为污染细菌极有可能产生能破坏青霉素的青霉素酶；特别是过滤，由于操作时间长，料液营养丰富，容易滋生杂菌，故必须定期对设备和过滤介质进行清洗和灭菌，必要时可在过滤前加入4‰福尔马林防腐。

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第四节青霉素的工业生产

青霉素生产工艺要点（三）青霉素对热、酸、碱都不稳定，而萃取操作正好处于不稳定pH范围内，故萃取过程要尽量降低温度，缩短时间，以减少青霉素的降解；离心萃取速度快，青霉素在不稳定pH下维持时间短，是目前生产上普遍采用的方法。由于一次萃取对象的发酵滤液中含有不少可溶性蛋白质，容易在萃取界面形成乳化层，影响萃取和相分离，故应尽可能提高发酵液过滤质量，并在萃取过程中加入适量破乳剂。结晶操作要掌握好晶体形成的速度，以达到理想的晶形和晶粒大小；为此，必须控制结晶时的温度和结晶反应剂加入的速度，并保持适当转速的搅拌。提取过程中使用的过程水、溶媒及其它原辅料，都要有严格的质量要求，设备、周围环境和操作人员也要严格保持清洁，以避免带进杂质和杂菌，影响产品质量。

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第五节头孢菌素C的工业生产生产菌种：枝顶头孢（Cephalosporium

acremonium），又称产黄枝顶孢（Acremonium

chrysogenum）。生产流程：枝顶头孢斜面培养摇瓶培养种子罐发酵过滤超滤吸附解吸吸附解吸锌络合结晶过滤干燥头孢菌素锌盐

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第五节头孢菌素C的工业生产工艺控制点：发酵液残油：微量，但离心后肉眼可见；铵氮：0.5~0.7g/L；pH：~6.5。原料消耗：物质名称消耗量(kg/m3发酵液)物质名称消耗量(kg/m3发酵液)氧80~160玉米浆50~75豆油70~130无机盐17~23糖30~120氨10~20Cephalosporium

acremonium

的气生菌丝和孢子囊Cephalosporium

acremonium

的菌丝和节孢子节孢子

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第六节棒酸的工业生产生产菌种：带小棒链霉菌（Streptomyces

clavuligerus）

生产流程：带小棒链霉菌孢子斜面培养摇瓶培养种子罐培养发酵冷却过滤离子交换对向逆流萃取结晶重结晶成盐棒酸钾

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第六节棒酸的工业生产生产中的主要原材料消耗（按发酵单位3800mg/ml计）发

酵提

取精

制原材料规格消耗量原材料规格消耗量原材料规格消耗量大豆粉脱油50%27.8kg乙酸80%10.3kg乙基己酸钾

2mol/L3.2L糊精13.7kg苛性钠47%37.1kg丙酮*33.5L乙酸80%4.8kg树脂0.7kg异丙醇*66.0L甘油13.3kg氯化钠17.1kg液氮34.2m3消沫剂0.7kg三丁胺1.1kg絮凝剂13.3kg活性炭5.0kg助滤剂22.5kg丙酮*42.6L甲基异丁基酮*90.4L液氮20.5m3*丙酮、甲基异丁基酮和异丙醇的回收率分别为80%、88%和75%沉没培养的链霉菌(Streptomyces)菌丝

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第七节半合成青霉素和头孢菌素的生产6-氨基青霉烷酸（6-APA）的酶法生产工艺原理：青霉素G6-APA苯乙酸青霉素酰胺酶作用点

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第七节半合成青霉素和头孢菌素的生产

6-氨基青霉烷酸（6-APA）的酶法生产工艺流程：E.coli或Bacillusmegaterium

培养青霉素酰胺酶分离、纯化酶包埋6-APA

青霉素G钾磷酸盐缓冲液*固定化酶柱萃取结晶

(*pH8.4)

苯乙酸结晶萃取母液

以上各步的收得率为：青霉素G裂解95%~96%，6-APA分离和纯化97%，苯乙酸分离和纯化80%。生产1kg6-APA约需2kg青霉素G钾。回收的苯乙酸可用作青霉素发酵前体。固定化酶柱可反复使用，使用次数不少于500次。

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第七节半合成青霉素和头孢菌素的生产

7-氨基脱乙酰氧头孢烯酸（7-ADCA）的生产

酯化氧化扩环重排水解结晶裂解青霉素G脱乙酰氧头孢菌素G

青霉素酰胺酶

7-ADCA

苯乙酸注：裂解所用的酶与制备6-APA的酶是同一种酶，并采用同样的方法固定、装柱。按目前的生产水平，生产1kg7-ADCA大约需要消耗2.5kg青霉素G钾。苯乙酸的回收率为75%~80%。

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第七节半合成青霉素和头孢菌素的生产

7-氨基头孢烯酸（7-ACA）的生产D-氨基酸氧化酶（Trigonopsis

variabilis,Fusarium

solani）

脱羧

GL-7-ACA酰胺酶（Pseudomonassp.)头孢菌素C

-酮己二酰-7-氨基头孢烯酸

戊二酰-7-氨基头孢烯酸

(GL-7-ACA)7-ACA

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第七节半合成青霉素和头孢菌素的生产

用基因重组Penicillium

chrysogenum菌株生产头孢菌素中间体

单、双箭头分别表示由Penicillium

chrysogenum发酵和由固定化Pseudomonas酰胺酶进行的反应

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第七节半合成青霉素和头孢菌素的生产

b-内酰胺抗生素侧链——对羟基苯甘氨酸的酶法生产PseudomonasstriataSP2262(海因酶)DL-对羟基苯海因(DL-HPH)PseudomonasstriataSP2262(水解酶)反应中间体D-对羟基苯甘氨酸(D-HPG)

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第七节半合成青霉素和头孢菌素的生产

几种半合成b-内酰胺抗生素的酶法合成苯甘氨酸甲酯6-APA转酰基酶转酰基酶转酰基酶苯乙醇酸甲酯

苯甘氨酸甲酯7-ADCA7-TACA

氨苄西林

头孢氨苄

头孢羟唑

+++

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——青霉烷类（一）分类通用名R1R2发明年代天然苄青霉素(Benzylpenicillin)，青霉素G(penicillinG)－H1928天然耐酸苯氧甲基青霉素(Phenoxymethylpenicillin)青霉素V(penicillinV)－H1953耐酸苯氧乙基青霉素(Pheneticillin)－H1960耐酶甲氧西林(Methicillin)－H1960(现已停止临床应用）

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——青霉烷类（二）分类通用名R1R2发明年代耐酶氯唑西林(Cloxacillin)－H1962双氯西林(Dicloxacillin)－H1964广谱氨苄西林(Ampicillin)－H1961

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——青霉烷类（三）分类通用名R1R2发明年代广谱环己西林(Ciclacillin)

－H1967巴氨西林(Bacampicillin)1972酞氨西林(Talamipicillin)1972仑氨西林(Lenampicillin)1981

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——青霉烷类（四）分类通用名R1R2发明年代广谱阿莫西林(Amoxicillin)

－H1968匹氨西林(Pivampicillin)1972阿泊西林(Aspoxicillin)

－H1977

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——青霉烷类（五）分类通用名R1R2发明年代广谱,抗铜绿色假单胞菌(绿脓杆菌)磺苄西林(Sulbenicillin)

－H1968替卡西林(Ticarcillin)

－H1964哌拉西林(Piperacillin)

－H1976

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（一）分类通用名R1R2发明年代第一代头孢烯（注射）头孢噻吩(Cefalotin)1962头孢噻啶(Cefaloridine)1974头孢匹林(Cefapirin)1968头孢唑啉(Cefazolin)头孢替唑(Ceftezole)19691969

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（二）分类通用名R1R2发明年代第一代头孢烯（口服）头孢氨苄(Cefalexin)－CH31966头孢拉定(Cefradine)－CH31969头孢沙定(Cefroxadine)－OCH31974头孢克罗(Cefaclor)－Cl1974头孢三嗪(Cefatrizine)1974

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（三）分类通用名R1R2发明年代第一代头孢烯（口服）头孢羟氨苄(Cefadroxil)－CH31969第二代头孢烯（注射）头孢替安(Cefotiam)1974头孢呋辛(Cefuroxime)1971头孢孟多(Cefamandole)1970

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（四）分类通用名R1R2发明年代第二代头孢烯（口服）头孢呋辛酯(Cefuroxime

axetil)与羧基成酯部分：1980头孢替安环己酯(Cefotiam

hexetil)与羧基成酯部分：1983第三代头孢烯（注射）头孢噻肟(Cefotaxime)1976头孢唑肟(Ceftizoxime)－H1978头孢甲肟(Cefmenoxime)1976

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（五）分类通用名R1R2发明年代第三代头孢烯（注射）头孢地嗪(Cefodizime)1978头孢曲松(Ceftriaxone)1979头孢匹胺(Cefpiramide)1975头孢他啶(Ceftazidime)1979

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（六）分类通用名R1R2发明年代第三代头孢烯（注射，抗绿脓杆菌）头孢磺啶(Cefsulodin)1971头孢哌酮(Cefoperazone)1976头孢匹罗(Cefpirome)1981头孢吡肟(Cefepime)1984

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（七）分类通用名R1R2发明年代第三代头孢烯（注射，抗绿脓杆菌）头孢唑兰(Cefozopran)1991头孢瑟利(Cefoselis)1993第三代头孢烯(口服)头孢克肟(Cefixime)1981头孢布烯(Ceftibuten)－H1985

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（八）分类通用名R1R2发明年代第三代头孢烯（口服）头孢地尼(Cefdinir)1982头孢特然酯(Cefteram

pivoxil)1984另外，2位羧基与特戊酰氧甲基成酯：头孢他美酯(Cefetamet

pivoxil)

－CH31976另外，2位羧基与特戊酰氧甲基成酯：

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第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——头孢烯类（九）分类通用名R1R2发明年代第三代头孢烯（口服）头孢泊肟仲丙酯(Cefpodoxime

proxetil)19812位羧基与仲丙氧甲酰氧乙基成酯：头孢托仑特戊酯(Cefditoren

pivoxil)19882位羧基与特戊酰氧甲基成酯(下同)：头孢卡喷特戊酯(Cefcapene

pivoxil)1986

b-内酰胺抗生素

第八节临床应用的主要

b-内酰胺抗生素——

7-甲氧头孢烯(头霉素)类分类通用名R1R2发明年代头霉素类头孢西丁(Cefoxitin)1971头孢美唑(Cefmetazole)1974头孢替坦(Cefotetan)1979头孢拉宗(Cefbuperazone)1980头孢米诺(Cefminox)1980

b-内酰胺抗生素

第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——氧头孢烯类通用名R1R2发明年代拉氧头孢(Latamoxef,Moxalactam)1979氟氧头孢(Flomoxef)1985

b-内酰胺抗生素

第八节临床应用的

主要b-内酰胺抗生素

——碳青霉烯类通用名R1R2脱氢肽酶-Ⅰ(DHP-Ⅰ)抑制剂发明年代亚胺配能+西斯他定(Imi