抗生素发酵工程.ppt
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1、关于抗生素发酵工程现在学习的是第1页,共39页第一节 抗生素概论一、抗生素的定义一、抗生素的定义传统的定义:传统的定义:抗生素(抗生素(antibioticantibiotic)是微生物细胞产生的能)是微生物细胞产生的能以低浓度抑制其他微生物细胞生长的化学物质。以低浓度抑制其他微生物细胞生长的化学物质。现代定义:现代定义:抗生素是生物细胞产生的能以低浓度抑制其抗生素是生物细胞产生的能以低浓度抑制其他生物细胞生长或功能的化学物质他生物细胞生长或功能的化学物质 抗生素与药理活性物质的区别:抗生素与药理活性物质的区别:l药理活性物质药理活性物质作用于动植物体本身的生理功能(如免疫作用于动植物体本身的
2、生理功能(如免疫调节、降血脂、降血糖、降血压、抗炎、减肥、动植物生长调节、降血脂、降血糖、降血压、抗炎、减肥、动植物生长促进、植物生长抑制等等)促进、植物生长抑制等等)l抗生素抗生素作用于动植物体内的寄生(或赘生)生物(细菌、作用于动植物体内的寄生(或赘生)生物(细菌、真菌、病毒、癌细胞等)真菌、病毒、癌细胞等)现在学习的是第2页,共39页 据据世世界界卫卫生生组组织织(WHO)1999(WHO)1999年年统统计计,全全世世界界每每年年有有14001400万万人人死死于于感感染染病病,占占死死亡亡人人数数的的第第一一位位,其其次次是是心心脏脏病病、癌癌症症和和脑脑疾疾病病,分分别别为为750
3、750万人、万人、700700万人和万人和550550万人。万人。一一种种新新的的抗抗生生素素研研制制的的费费用用大大约约需需要要十十几几亿亿美美金金和和1010到到1515年年的的过过程程,而而使使用用不不当当,3 3到到5 5年病菌就会对这种药物产生耐药性。年病菌就会对这种药物产生耐药性。我我国国的的金金黄黄色色葡葡萄萄球球菌菌的的耐耐青青霉霉素素比比例例已已经经高高达达90%90%,造造成成肺肺炎炎的的病病菌菌在在社社区区的的标标本本有有20%20%可可以以耐耐药药,而而在在医医院院内内这这一一比比例例可可以以达达到到60%60%。肺肺炎炎链链球球菌菌已已有有45%45%耐耐青青霉霉素素
4、,70%70%耐耐红霉素。红霉素。现在学习的是第3页,共39页二、青霉素的发现者及二、青霉素的发现者及1945年诺贝尔生理学医学奖获得者年诺贝尔生理学医学奖获得者Alexander Fleming(1881-1955)B.Chain(1906-1979)W.Florey(1898-1968)返回现在学习的是第4页,共39页三、微生物产生抗生素三、微生物产生抗生素1 1、放线菌产生的抗生素:、放线菌产生的抗生素:链霉菌属链霉菌属:放线菌素、链霉素等:放线菌素、链霉素等6060种类。种类。小单抱菌属小单抱菌属:红霉素(大环内酯类)、新霉素(氨基环醇类):红霉素(大环内酯类)、新霉素(氨基环醇类)诺
5、卡氏菌属诺卡氏菌属:肌霉素(氨基环醇类)、诺卡氏菌素:肌霉素(氨基环醇类)、诺卡氏菌素现在学习的是第5页,共39页2 2、细菌产生抗生素、细菌产生抗生素芽孢杆菌属:芽孢杆菌属:多粘芽孢杆菌和多粘芽孢杆菌和 枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌假单胞菌属:假单胞菌属:铜绿假单胞菌(绿脓杆菌)铜绿假单胞菌(绿脓杆菌)杆菌肽、粘杆菌素、多黏菌素等多肽类。杆菌肽、粘杆菌素、多黏菌素等多肽类。3 3、真菌产生抗生素、真菌产生抗生素青霉属:青霉属:青霉素、灰黄霉素。青霉素、灰黄霉素。头孢菌属:头孢菌属:头孢霉素头孢霉素现在学习的是第6页,共39页四、抗生素的分类(一)四、抗生素的分类(一)类类亚类亚类主要品种主要品种
6、-内酰内酰胺类胺类(-Lactams)青霉素类青霉素类头孢烯类头孢烯类氧头孢烯类氧头孢烯类碳头孢烯类碳头孢烯类青霉烯类青霉烯类碳青霉烯类碳青霉烯类单环内酰胺单环内酰胺类类-内酰胺酶内酰胺酶抑制剂抑制剂 青霉素青霉素G,青霉素,青霉素V,氨苄西林,氨苄西林,阿莫西林,阿莫西林,头孢噻吩,头孢唑啉,头孢氨头孢噻吩,头孢唑啉,头孢氨苄,头孢羟氨苄,苄,头孢羟氨苄,拉氧头孢,氟氧头孢拉氧头孢,氟氧头孢氯碳头孢氯碳头孢瑞替配能,法罗配能瑞替配能,法罗配能亚胺配能,帕尼配能,美洛配亚胺配能,帕尼配能,美洛配能,比阿配能能,比阿配能氨曲喃,卡鲁莫喃氨曲喃,卡鲁莫喃棒酸,舒巴坦,三唑巴坦,舒棒酸,舒巴坦,三唑
7、巴坦,舒他西林,三唑配能他西林,三唑配能 现在学习的是第7页,共39页HNONSCH3CH3HCOO-H-lactam ring-内酰胺环内酰胺环R现在学习的是第8页,共39页抗生素的分类(二)抗生素的分类(二)类类亚亚类类主要品种主要品种氨基糖苷类氨基糖苷类(Amino-glycosides)天天然然半半合合成成 链霉素,卡那霉素,庆大米星链霉素,卡那霉素,庆大米星(庆大庆大霉素霉素),小诺米星,小诺米星(小诺霉素小诺霉素),核糖,核糖霉素,妥布霉素,紫苏霉素,阿斯霉素,妥布霉素,紫苏霉素,阿斯米星米星(福提霉素福提霉素),大观霉素,新霉素,大观霉素,新霉素,春日霉素,有效霉素春日霉素,有效
8、霉素半合成卡那霉素:阿贝卡星,阿米半合成卡那霉素:阿贝卡星,阿米卡星,地贝卡星;半合成紫苏霉素:卡星,地贝卡星;半合成紫苏霉素:奈替米星;半合成庆大霉素:衣替奈替米星;半合成庆大霉素:衣替米星米星现在学习的是第9页,共39页抗生素的分类(三)抗生素的分类(三)类类亚类亚类主要品种主要品种大环内酯大环内酯类类(Macro-lactones)14员环员环15员环员环16员环员环20员员红霉素红霉素,竹桃霉素,半合成红霉素克拉霉,竹桃霉素,半合成红霉素克拉霉素、罗红霉素、地红霉素、氟红霉素素、罗红霉素、地红霉素、氟红霉素阿齐霉素阿齐霉素(半合成红霉素半合成红霉素)柱晶白霉素柱晶白霉素(北里霉素北里霉
9、素),交沙霉素,麦迪,交沙霉素,麦迪霉素,罗他霉素霉素,罗他霉素(丙酰柱晶白霉素丙酰柱晶白霉素),乙酰,乙酰螺旋霉素螺旋霉素和丙酰螺旋霉素和丙酰螺旋霉素(半合成螺旋霉素半合成螺旋霉素),三冈霉素,三冈霉素(半合成麦迪霉素半合成麦迪霉素),泰洛菌素,泰洛菌素,除虫菌素,双氢除虫菌素除虫菌素,双氢除虫菌素(半合成除虫菌素半合成除虫菌素),环氧噻酮,环氧噻酮藤霉素藤霉素(他克莫司他克莫司),雷帕霉素,雷帕霉素(昔洛莫司昔洛莫司)现在学习的是第10页,共39页 红霉素A 克拉霉素 罗红霉素 氟红霉素 R1 H CH3 H HR2 O O NOCH2O(CH2)2OCH3 OR3 H H H F现在学习
10、的是第11页,共39页抗生素的分类(四)抗生素的分类(四)类类亚类亚类 主要品种主要品种四环素类四环素类(Tetra-cyclines)天然天然半合半合成成 四环素,土霉素,金霉素,四环素,土霉素,金霉素,去甲基金去甲基金霉素霉素脱氧土霉素脱氧土霉素(多西环素多西环素),甲烯土霉素,甲烯土霉素(米他环素米他环素),二甲胺四环素,二甲胺四环素(米诺环素米诺环素)多肽类多肽类(peptides)杆菌肽,短杆菌肽杆菌肽,短杆菌肽S,多粘菌素,多粘菌素B,粘杆菌素,卷曲霉素,结核放线菌素,粘杆菌素,卷曲霉素,结核放线菌素,丝裂霉素,环孢素丝裂霉素,环孢素(环孢菌素环孢菌素),古斯,古斯莫司,乌苯美司,
11、二丙膦莫司,乌苯美司,二丙膦 现在学习的是第12页,共39页作用机制(一)作用机制(一)作用机制作用机制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位抑制细菌抑制细菌细胞壁肽细胞壁肽聚糖生物聚糖生物合成合成 -内酰胺类内酰胺类磷霉素磷霉素糖肽类糖肽类环丝氨酸环丝氨酸杆菌肽杆菌肽抑制转肽酶活性,破坏肽聚糖相互交联抑制转肽酶活性,破坏肽聚糖相互交联和肽聚糖生物合成中的和肽聚糖生物合成中的UDP-N-乙酰葡糖乙酰葡糖胺丙酮酰转移酶结合,阻断胺丙酮酰转移酶结合,阻断UDP-N-乙酰乙酰葡糖胺向葡糖胺向UDP-N-乙酰胞壁酸的转化乙酰胞壁酸的转化与与D-丙氨酰丙氨酰-D-丙氨酸结合,抑制转糖基丙氨酸结合,抑制转
12、糖基和转肽反应和转肽反应抑制丙氨酸消旋酶和抑制丙氨酸消旋酶和D-丙氨酰丙氨酰-D-丙氨酸丙氨酸合成酶合成酶抑制焦磷酸酶,阻断肽聚糖跨膜载体十一抑制焦磷酸酶,阻断肽聚糖跨膜载体十一聚异戊二烯醇再生聚异戊二烯醇再生现在学习的是第13页,共39页作用机制(二)作用机制(二)作用机制作用机制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位破坏微生破坏微生物细胞质物细胞质膜功能膜功能多烯类多烯类唑类抗真唑类抗真菌药物菌药物托萘酯托萘酯(发发癣退癣退)多粘菌素多粘菌素B,粘杆菌粘杆菌素素短杆菌肽短杆菌肽S脂肽类脂肽类(Daptomycin)与组成真菌细胞膜的麦角固醇结合而破坏与组成真菌细胞膜的麦角固醇结合而破坏膜功
13、能膜功能抑制真菌羊毛固醇脱甲基酶抑制真菌羊毛固醇脱甲基酶(细胞色素细胞色素P-450),阻断麦角固醇合成,阻断麦角固醇合成抑制真菌角鲨烯单加氧酶抑制真菌角鲨烯单加氧酶类似阳离子洗涤剂的作用,破坏细菌细胞类似阳离子洗涤剂的作用,破坏细菌细胞膜的磷脂结构膜的磷脂结构切断细菌电子传递系统与氧化磷酸化的偶切断细菌电子传递系统与氧化磷酸化的偶联联与与G(+)细菌的脂磷壁酸结合,使细胞质膜细菌的脂磷壁酸结合,使细胞质膜去极化,从而破坏膜的传输功能去极化,从而破坏膜的传输功能现在学习的是第14页,共39页作用机制(三)作用机制(三)作用机制作用机制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位抑制蛋白抑制蛋白质生物
14、合质生物合成成氨基糖苷类氨基糖苷类四环素类四环素类氯霉素、林氯霉素、林肯霉素和大肯霉素和大环内酯类环内酯类春日霉素春日霉素卷曲霉素卷曲霉素噁唑烷二酮噁唑烷二酮类类与核糖体与核糖体30S亚基和亚基和50S亚基结合,抑制肽亚基结合,抑制肽酰酰-tRNA转位转位与与30S亚基结合,抑制氨基脂酰基亚基结合,抑制氨基脂酰基-tRNA与与mRNA密码子依赖性核糖体密码子依赖性核糖体A位结合位结合作用于作用于50S亚基中的亚基中的23S核蛋白体核蛋白体RNA(rRNA),抑制肽酰基转移酶,抑制肽酰基转移酶抑制抑制30S亚基与甲酰蛋氨酸亚基与甲酰蛋氨酸-tRNA复合物的复合物的形成形成与与30S及及50S亚基
15、结合,抑制蛋白质合成的亚基结合,抑制蛋白质合成的开始阶段和延长过程的转位开始阶段和延长过程的转位与与50S亚基的亚基的23S rRNA结合,干扰结合,干扰70S功功能起始复合物的形成能起始复合物的形成现在学习的是第15页,共39页作用机制(四)作用机制(四)作用机制作用机制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位抑制抑制DNA生物合成生物合成 磺胺类磺胺类甲氧苄啶甲氧苄啶,氨甲蝶氨甲蝶呤呤,氨基蝶呤氨基蝶呤丝裂霉素丝裂霉素C博来霉素博来霉素萘啶酸,奎诺酮萘啶酸,奎诺酮类,新生霉素类,新生霉素抑制细菌二氢叶酸合成酶抑制细菌二氢叶酸合成酶抑制细菌二氢叶酸还原酶抑制细菌二氢叶酸还原酶抑制抑制DNA复制
16、时的双链打开复制时的双链打开与与DNA结合,切断结合,切断DNA的一条链的一条链抑制细菌抑制细菌DNA促旋酶促旋酶(拓扑异构酶拓扑异构酶)抑制抑制RNA生物合成生物合成 桑吉霉素,丰加桑吉霉素,丰加霉素霉素放线菌素放线菌素D蒽环类蒽环类利福霉素类利福霉素类抑制转录反应抑制转录反应抑制抑制DNA依赖性依赖性RNA聚合酶聚合酶抑制抑制DNA依赖性依赖性RNA和和DNA聚合酶聚合酶抑制细菌抑制细菌DNA依赖性依赖性RNA聚合酶聚合酶现在学习的是第16页,共39页作用机制(五)作用机制(五)作用机作用机制制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位作用于作用于细胞内细胞内的阳离的阳离子子离子载体类抗生素离
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- 抗生素 发酵 工程
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