次级代谢产物

次级代谢产物---青霉素
青霉素——概述
青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又被称为青霉素G 、peillin G、 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%。
脂肪粒减大少空，孢小空孢
↓
大自空溶孢
↓
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 。
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→醋酸丁酯萃取→ 二次丁酯萃取液→脱水脱色→结晶液→结晶→ 湿晶体
工艺要点
1.发酵液的预处理
发酵结束后，将发酵液泵入贮存罐，迅速冷却到0℃以下，因为 青霉素在常温时稳定性差，细菌繁殖也较快，容易导致青霉菌被破 坏。
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。
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。
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。
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。发酵工艺来自制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。
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。
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
分分生生孢孢子子发发芽芽期期
菌丝↓繁殖期
菌丝繁殖期
脂肪粒↓形成期
脂肪粒形成期
脂肪粒减少↓ ，小空孢
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。
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
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 :
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。
青霉菌菌丝较粗，比较容易过滤，因此，可采用鼓式过滤机或 板框过滤机进行过滤。为提高过滤效率，一般对30% 体积的发酵液 进行中性回流过滤，以利用其菌丝体作为助滤剂，其他发酵液采用 10%硫酸酸化至pH(5.0+o.1),以使蛋白质与菌体发生凝聚，容易过 滤。
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。
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。