b-内酰胺抗生素课件

b-內醯胺抗生素

第一節定義

分子中含有b-內醯胺環並具有抗菌作用的一類化學物質。ab一、b-內醯胺抗生素的分類

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第二節分類和命名青黴烷(penams)青黴烯(penems)碳青黴烯(carbapenems)頭孢烯(cephems)

碳頭孢烯

氧頭孢烯

單環

-內醯胺

氧青黴烷

(棒烷)青黴烷碸(carbacephems)(oxocephems)(monobactams)(oxopenams)(penicillanicacidsulfone)

b-內醯胺抗生素

第二節分類和命名二、b-內醯胺抗生素的命名青黴烷類（~cillin，~西林）頭孢烯類（cef~，頭孢~）青黴烯類（~penem，~配能）氧頭孢烯類（~oxef，~氧頭孢）碳頭孢烯類（~carbef，~碳頭孢）單環內醯胺類（~onam，~喃）

-內醯胺酶抑制劑類（

-lactamaseinhibitors）複合

-內醯胺抗生素（

-內醯胺抗生素+

-內醯胺酶抑制劑）

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第二節分類和命名三、青黴素的分類類別抗菌譜舉例天然青黴素不產生青黴素酶的G(+)細菌（包括除擬桿菌以外的厭氧菌）和螺旋菌青黴素G(Benzylpenicillin)青黴素V(Phenoxymethylpenicillin)氨基青黴素不產生

-內醯胺酶的G(+)和G(-)細菌（包括除擬桿菌以外的厭氧菌）氨苄西林(Ampicillin)阿莫西林(Amoxicillin)海他西林(Hetacillin)耐青黴素酶青黴素用於上述青黴素耐藥菌感染，但對MRSA無效甲氧西林(Methicillin)氯唑西林(Cloxacillin)雙氯西林(Dicloxacillin)萘夫西林(Nafcillin)苯唑西林(Oxacillin)擴大抗菌譜的青黴素（抗綠膿桿菌）對G(+)細菌的活性不如天然青黴素和氨基青黴素，故主要用於綠膿桿菌感染阿洛西林(Azlocillin)羧苄西林(Carbenicillin)美洛西林(Mezlocillin)呱拉西林(Piperacillin)替卡西林(Ticarcillin)脒基青黴素主要用於G(-)細菌引起的泌尿道感染脒基西林(amidinocillin)

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第二節分類和命名四、頭孢菌素的分類類別抗菌譜注射口服第一代Staphylococci(不包括MRSA)Streptococci(不包括Enterococci)Ecoli,Proteus,Klebsiella頭孢噻吩(Cephalothin)頭孢唑啉(Cefazolin)頭孢氨苄(Cephalexin)頭孢拉定(Cephradine)頭孢羥氨苄(Cefadroxil)第二代同第一代，另加Haemophilus(包括

-內醯胺酶產生菌)頭孢孟多(Cefamandole)頭孢呋肟(Cefuroxime)頭孢克洛(Cefaclor)頭孢丙烯(Cefprozil)頭孢呋肟(Cefuroxime)氯碳頭孢(Loracarbef)第二代同上另加Bacteroides頭孢西丁(Cefoxitin)

第三代同第二代，另加除Pseudomonas以外的其他大多數G(-)桿菌頭孢他美(Cefotaxime)頭孢曲松(Ceftriaxone)頭孢泊肟(Cefpodoxime)頭孢布烯(Ceftibuten)頭孢克肟(Cefixime)第三/四代同上另加Pseudomonas頭孢他啶(Ceftazidime)頭孢吡肟(Cefepime)頭孢匹羅(Cefpirome)生物合成的

-內醯胺抗生素

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第三節生物合成與代謝調控分類抗生素主要的產生菌真菌放線菌G(-)細菌青黴烷青黴素產黃青黴(Penicillium

chrysogenum)點青黴(P.notatum)納地青黴(P.nalgiovense)構巢麯黴(Aspergillus

nidulans)頭孢-3-烯頭孢菌素C7-甲氧基頭孢菌素C頭黴素C頭黴素A和B頭細菌素噬幾丁菌素枝頂頭孢(Cephlosporium

acremonium)*桃色擬青黴（Paecilomyces

persicinus）利波曼鏈黴菌(Streptomyces

lipmanii)帶小棒鏈黴菌(S.clavuligerus)卡特利鏈黴菌(S.cattleya)耐內醯胺諾卡氏菌(Nocardia

Lactamdurans)灰色鏈黴菌(S.griseus)產內醯胺溶桿菌(Lysobacter

lactamgenus)黃桿菌(Flavobacteriumsp.)棒烷棒酸棒黴素纈棒烷帶小棒鏈黴菌(S.clavuligerus)利波曼鏈黴菌(S.lipmanii)吸水鏈黴菌(S.hygroscopicus)抗生素鏈黴菌(S.antibioticus)碳青黴烯噻烯黴素表噻烯黴素橄欖酸1-碳青黴-2-烯-3-羧酸卡特利鏈黴菌(S.cattleya)帶小棒鏈黴菌(S.clavuligerus)橄欖鏈黴菌(S.olivaceus)胡蘿蔔軟腐歐文氏菌(Erwinia

carotovora)粘質沙雷氏菌(Serratia

marcescens)單環

-內醯胺諾卡殺菌素均勻諾卡氏菌津山亞種(Nocardia

uniformis

subsp.Tsuyamanensis)單菌胺放射形土壤桿菌(Agrobacterium

radiobacter)嗜酸假單胞菌(Pseudomonasacidophila)

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第三節生物合成與代謝調控青黴素與頭孢菌素的生物合成途徑（一）

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第三節生物合成與代謝調控青黴素與頭孢菌素的生物合成途徑（二）

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第三節生物合成與代謝調控青黴素與頭孢菌素的生物合成途徑（三）

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第三節生物合成與代謝調控

由葡萄糖生物合成青黴素V的理論轉化得率

OPC生成率Mol(OPC)/mol(青黴素V)半胱氨酸生物合成途徑青黴素V理論得率mol(青黴素V)/mol(葡萄糖)0轉硫0.43a0.44b0直接硫化0.50a0.47b0.15轉硫0.39a

0.60轉硫0.31a

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

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第三節生物合成與代謝調控

棒酸的生物合成途徑CEAS=羧乙基精氨酸合成酶，

-LS=

-內醯胺合成酶，CAS=棒胺酸合成酶（包括CAS1和CAS2兩個同功酶），PAH=原棒胺酸脒基水解酶，CAD=棒醛脫氫酶。

N2-(2-羧乙基)精氨酸去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)生物合成中的調控反應碳源調控（葡萄糖效應）：代謝快的碳源青黴素、頭孢菌素、棒酸發酵NH4+調控：NH4+

青黴素、頭孢菌素發酵氨基酸調控：賴氨酸青黴素、頭孢菌素發酵，蛋氨酸頭孢菌素發酵pH調控（影響通透酶）磷酸鹽調控（一般與碳源調控相聯系）

注：“”表示抑制或阻遏，“”表示促進或刺激。調控反應的控制：用流加方法控制效應物在發酵液中的殘留濃度

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第三節生物合成與代謝調控

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第四節青黴素的工業生產工藝流程——發酵

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第四節青黴素的工業生產工藝流程——提煉

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第四節青黴素的工業生產青黴素發酵的主要工藝控制點操作變數工藝控制點操作變數工藝控制點發酵罐容積150~200m3發酵溫度~25℃裝料率~80%發酵液pH~6.5攪拌輸入功率3~4kW/m3初始菌體濃度1.5~1.8kg(幹重)/m3通氣率40~60Nm3/(m3·h)葡萄糖料液濃度~450kg/m3空氣壓力（表壓）0.2MPa葡萄糖補加率1.0~2.5kg/(m3·h)發酵液上方壓力（表壓）0.03~0.06MPa發酵液中銨氮濃度0.25~0.34kg/m3液相氧體積傳遞係數(kLa)200h-1發酵液中苯乙酸濃度~0.1kg/m3發酵液中溶氧濃度>30%飽和度發酵時間180~240h青黴素生產菌種——產黃青黴(Penicillium

chrysogenum)的分生孢子

b-內醯胺抗生素第四節青黴素的工業生產

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第四節青黴素的工業生產青黴素發酵過程主要變數的典型變化曲線

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第四節青黴素的工業生產

青黴素發酵過程中的代謝流分佈（發酵100小時的數據。括弧內的數字是代謝流分佈的摩爾百分比。）

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第四節青黴素的工業生產

青黴素生產工藝要點（一）

生產菌種的長期保存要採用孢子懸浮液液氮低溫（-196℃）存放或真空冷凍乾燥管冷藏（4℃）的方法，而不採用傳統的沙土管保藏方法，以便在較長時間（5~10年）內保持菌種的存活和生產能力穩定。瓊脂斜面種子（孢子）密封後在4~15℃下可以短時間保存，但最好不要超過3個月。米孢子的基質可以是大米或小米，培養成熟後密封可以在4~15℃下保存不超過3個月；如果在密封前真空乾燥，則可以保存不超過6個月。種子罐以達到對數生長的後期為培養成熟指標，不能隨意延長或縮短培養時間；同時要考慮培養液的流動性，以不影響通過管道向發酵罐接種的速度為宜。

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第四節青黴素的工業生產

青黴素生產工藝要點（二）發酵罐的發酵條件要嚴格按工藝要求進行控制，特別是各項補料要適應工藝對溶氧、pH及維持量的要求，不能過量，也不能不足；為了減少過程空氣濕度對發酵液體積的影響，在濕度偏高或偏低的季節，要適當提高或降低用於補料的糖液濃度。氨水既作為發酵的氮源，又用來調節發酵過程中的pH，它的補入要根據發酵液的pH和銨氮含量與補硫酸銨協調進行。發酵液過濾要儘量提高速度，縮短時間，為此一般需要在過濾前對發酵液進行絮凝處理，絮凝劑的加入量隨絮凝劑種類不同而異，以達到最大絮凝效果而不過量為宜。除種子製備和發酵過程要嚴防雜菌侵入外，提取的各工序也應儘量保持無菌，因為污染細菌極有可能產生能破壞青黴素的青黴素酶；特別是過濾，由於操作時間長，料液營養豐富，容易滋生雜菌，故必須定期對設備和過濾介質進行清洗和滅菌，必要時可在過濾前加入4‰福馬林防腐。

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第四節青黴素的工業生產

青黴素生產工藝要點（三）青黴素對熱、酸、堿都不穩定，而萃取操作正好處於不穩定pH範圍內，故萃取過程要儘量降低溫度，縮短時間，以減少青黴素的降解；離心萃取速度快，青黴素在不穩定pH下維持時間短，是目前生產上普遍採用的方法。由於一次萃取對象的發酵濾液中含有不少可溶性蛋白質，容易在萃取介面形成乳化層，影響萃取和相分離，故應盡可能提高發酵液過濾品質，並在萃取過程中加入適量破乳劑。結晶操作要掌握好晶體形成的速度，以達到理想的晶形和晶粒大小；為此，必須控制結晶時的溫度和結晶反應劑加入的速度，並保持適當轉速的攪拌。提取過程中使用的過程水、溶媒及其它原輔料，都要有嚴格的品質要求，設備、周圍環境和操作人員也要嚴格保持清潔，以避免帶進雜質和雜菌，影響產品品質。

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第五節頭孢菌素C的工業生產生產菌種：枝頂頭孢（Cephalosporium

acremonium），又稱產黃枝頂孢（Acremonium

chrysogenum）。生產流程：枝頂頭孢斜面培養搖瓶培養種子罐發酵過濾超濾吸附解吸吸附解吸鋅絡合結晶過濾乾燥頭孢菌素鋅鹽

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第五節頭孢菌素C的工業生產工藝控制點：發酵液殘油：微量，但離心後肉眼可見；銨氮：0.5~0.7g/L；pH：~6.5。原料消耗：物質名稱消耗量(kg/m3發酵液)物質名稱消耗量(kg/m3發酵液)氧80~160玉米漿50~75豆油70~130無機鹽17~23糖30~120氨10~20Cephalosporium

acremonium

的氣生菌絲和孢子囊Cephalosporium

acremonium

的菌絲和節孢子節孢子

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第六節棒酸的工業生產生產菌種：帶小棒鏈黴菌（Streptomyces

clavuligerus）

生產流程：帶小棒鏈黴菌孢子斜面培養搖瓶培養種子罐培養發酵冷卻過濾離子交換對向逆流萃取結晶重結晶成鹽棒酸鉀

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第六節棒酸的工業生產生產中的主要原材料消耗（按發酵單位3800mg/ml計）發酵提取精制原材料規格消耗量原材料規格消耗量原材料規格消耗量大豆粉脫油50%27.8kg乙酸80%10.3kg乙基己酸鉀2mol/L3.2L糊精13.7kg苛性鈉47%37.1kg丙酮*33.5L乙酸80%4.8kg樹脂0.7kg異丙醇*66.0L甘油13.3kg氯化鈉17.1kg液氮34.2m3消沫劑0.7kg三丁胺1.1kg絮凝劑13.3kg活性炭5.0kg助濾劑22.5kg丙酮*42.6L甲基異丁基酮*90.4L液氮20.5m3*丙酮、甲基異丁基酮和異丙醇的回收率分別為80%、88%和75%沉沒培養的鏈黴菌(Streptomyces)菌絲

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第七節半合成青黴素和頭孢菌素的生產6-氨基青黴烷酸（6-APA）的酶法生產工藝原理：青黴素G6-APA苯乙酸青黴素醯胺酶作用點

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第七節半合成青黴素和頭孢菌素的生產

6-氨基青黴烷酸（6-APA）的酶法生產工藝流程：E.coli或Bacillusmegaterium

培養青黴素醯胺酶分離、純化酶包埋6-APA

青黴素G鉀磷酸鹽緩衝液*固定化酶柱萃取結晶

(*pH8.4)

苯乙酸結晶萃取母液

以上各步的收得率為：青黴素G裂解95%~96%，6-APA分離和純化97%，苯乙酸分離和純化80%。生產1kg6-APA約需2kg青黴素G鉀。回收的苯乙酸可用作青黴素發酵前體。固定化酶柱可反復使用，使用次數不少於500次。

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第七節半合成青黴素和頭孢菌素的生產

7-氨基脫乙醯氧頭孢烯酸（7-ADCA）的生產

酯化氧化擴環重排水解結晶裂解青黴素G脫乙醯氧頭孢菌素G

青黴素醯胺酶

7-ADCA

苯乙酸注：裂解所用的酶與製備6-APA的酶是同一種酶，並採用同樣的方法固定、裝柱。按目前的生產水準，生產1kg7-ADCA大約需要消耗2.5kg青黴素G鉀。苯乙酸的回收率為75%~80%。

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第七節半合成青黴素和頭孢菌素的生產

7-氨基頭孢烯酸（7-ACA）的生產D-氨基酸氧化酶（Trigonopsis

variabilis,Fusarium

solani）

脫羧

GL-7-ACA醯胺酶（Pseudomonassp.)頭孢菌素C

-酮己二醯-7-氨基頭孢烯酸

戊二醯-7-氨基頭孢烯酸

(GL-7-ACA)7-ACA

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第七節半合成青黴素和頭孢菌素的生產

用基因重組Penicillium

chrysogenum菌株生產頭孢菌素中間體

單、雙箭頭分別表示由Penicillium

chrysogenum發酵和由固定化Pseudomonas醯胺酶進行的反應

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第七節半合成青黴素和頭孢菌素的生產

b-內醯胺抗生素側鏈——對羥基苯甘氨酸的酶法生產PseudomonasstriataSP2262(海因酶)DL-對羥基苯海因(DL-HPH)PseudomonasstriataSP2262(水解酶)反應中間體D-對羥基苯甘氨酸(D-HPG)

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第七節半合成青黴素和頭孢菌素的生產

幾種半合成b-內醯胺抗生素的酶法合成苯甘氨酸甲酯6-APA轉醯基酶轉醯基酶轉醯基酶苯乙醇酸甲酯

苯甘氨酸甲酯7-ADCA7-TACA

氨苄西林

頭孢氨苄

頭孢羥唑

+++

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——青黴烷類（一）分類通用名R1R2發明年代天然苄青黴素(Benzylpenicillin)，青黴素G(penicillinG)－H1928天然耐酸苯氧甲基青黴素(Phenoxymethylpenicillin)青黴素V(penicillinV)－H1953耐酸苯氧乙基青黴素(Pheneticillin)－H1960耐酶甲氧西林(Methicillin)－H1960(現已停止臨床應用）

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——青黴烷類（二）分類通用名R1R2發明年代耐酶氯唑西林(Cloxacillin)－H1962雙氯西林(Dicloxacillin)－H1964廣譜氨苄西林(Ampicillin)－H1961

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——青黴烷類（三）分類通用名R1R2發明年代廣譜環己西林(Ciclacillin)

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

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——青黴烷類（四）分類通用名R1R2發明年代廣譜阿莫西林(Amoxicillin)

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

－H1977

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——青黴烷類（五）分類通用名R1R2發明年代廣譜,抗銅綠色假單胞菌(綠膿桿菌)磺苄西林(Sulbenicillin)

－H1968替卡西林(Ticarcillin)

－H1964呱拉西林(Piperacillin)

－H1976

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（一）分類通用名R1R2發明年代第一代頭孢烯（注射）頭孢噻吩(Cefalotin)1962頭孢噻啶(Cefaloridine)1974頭孢匹林(Cefapirin)1968頭孢唑啉(Cefazolin)頭孢替唑(Ceftezole)19691969

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（二）分類通用名R1R2發明年代第一代頭孢烯（口服）頭孢氨苄(Cefalexin)－CH31966頭孢拉定(Cefradine)－CH31969頭孢沙定(Cefroxadine)－OCH31974頭孢克羅(Cefaclor)－Cl1974頭孢三嗪(Cefatrizine)1974

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（三）分類通用名R1R2發明年代第一代頭孢烯（口服）頭孢羥氨苄(Cefadroxil)－CH31969第二代頭孢烯（注射）頭孢替安(Cefotiam)1974頭孢呋辛(Cefuroxime)1971頭孢孟多(Cefamandole)1970

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（四）分類通用名R1R2發明年代第二代頭孢烯（口服）頭孢呋辛酯(Cefuroxime

axetil)與羧基成酯部分：1980頭孢替安環己酯(Cefotiam

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

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第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（五）分類通用名R1R2發明年代第三代頭孢烯（注射）頭孢地嗪(Cefodizime)1978頭孢曲松(Ceftriaxone)1979頭孢匹胺(Cefpiramide)1975頭孢他啶(Ceftazidime)1979

b-內醯胺抗生素

第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（六）分類通用名R1R2發明年代第三代頭孢烯（注射，抗綠膿桿菌）頭孢磺啶(Cefsulodin)1971頭孢呱酮(Cefoperazone)1976頭孢匹羅(Cefpirome)1981頭孢吡肟(Cefepime)1984

b-內醯胺抗生素

第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（七）分類通用名R1R2發明年代第三代頭孢烯（注射，抗綠膿桿菌）頭孢唑蘭(Cefozopran)1991頭孢瑟利(Cefoselis)1993第三代頭孢烯(口服)頭孢克肟(Cefixime)1981頭孢布烯(Ceftibuten)－H1985

b-內醯胺抗生素

第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（八）分類通用名R1R2發明年代第三代頭孢烯（口服）頭孢地尼(Cefdinir)1982頭孢特然酯(Cefteram

pivoxil)1984另外，2位羧基與特戊酰氧甲基成酯：頭孢他美酯(Cefetamet

pivoxil)

－CH31976另外，2位羧基與特戊酰氧甲基成酯：

b-內醯胺抗生素

第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——頭孢烯類（九）分類通用名R1R2發明年代第三代頭孢烯（口服）頭孢泊肟仲丙酯(Cefpodoxime

proxetil)19812位羧基與仲丙氧甲酰氧乙基成酯：頭孢托侖特戊酯(Cefditoren

pivoxil)19882位羧基與特戊醯氧甲基成酯(下同)：頭孢卡噴特戊酯(Cefcapene

pivoxil)1986

b-內醯胺抗生素

第八節臨床應用的主要

b-內醯胺抗生素——

7-甲氧頭孢烯(頭黴素)類分類通用名R1R2發明年代頭黴素類頭孢西丁(Cefoxitin)1971頭孢美唑(Cefmetazole)1974頭孢替坦(Cefotetan)1979頭孢拉宗(Cefbuperazone)1980頭孢米諾(Cefminox)1980

b-內醯胺抗生素

第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——氧頭孢烯類通用名R1R2發明年代拉氧頭孢(Latamoxef,Moxalactam)1979氟氧頭孢(Flomoxef)1985

b-內醯胺抗生素

第八節臨床應用的

主要b-內醯胺抗生素

——碳青黴烯類通用名R1R2脫氫肽酶-Ⅰ(DHP-Ⅰ)抑制劑發明年代亞胺配能+西斯他定(Imipenem