生物化学抗生素概述
抗生素 科普
抗生素科普
1 什么是抗生素？
抗生素是指能够杀死或抑制细菌生长的药物。
它们通常是从微生
物中提取的，如细菌，真菌和链霉菌。
2 抗生素的历史
抗生素的历史可以追溯到20世纪初。
英国生物化学家亚历山
大·弗莱明发现了一种名为青霉素的细菌，该菌能杀死常见的病原菌。
然而，弗莱明很快发现，细菌会逐渐变得抗拒青霉素，因此他转而研
究其他抗生素。
3 抗生素的种类
目前，有数百种抗生素。
广谱抗生素，如头孢菌素和青霉素，可
以杀死许多种不同类型的细菌，而狭谱抗生素，如红霉素，只能杀死
特定类型的细菌。
4 抗生素的使用
抗生素只对细菌感染有效，不能对病毒感染有效。
当医生诊断出
细菌感染后，就会开具抗生素处方。
患者必须按照医生的指示使用抗
生素，通常要使用完整个疗程，这有助于杀死所有的细菌并避免抗生
素耐药性。
5 抗生素的副作用
抗生素与其他药物一样，也会产生副作用。
常见的副作用包括腹泻，呕吐，头痛和过敏反应等。
罕见的副作用包括肝脏和肾脏损伤。
6 抗生素的问题
抗生素耐药性已经成为全球关注的重要问题。
过度使用抗生素会导致细菌变得更加顽强，从而对抗生素产生耐药性。
这意味着抗生素会在治疗过程中变得无效，给医生治疗感染带来困难。
因此，人们应该在使用抗生素时谨慎，避免不必要的使用。
总之，抗生素是一种重要的药物，可以有效地治疗细菌感染。
然而，人们应该注意抗生素的使用和副作用，并避免不必要的使用，以减少抗生素耐药性的风险。
生物防治-08农用抗生素
农用抗生素一、农用抗生素概述要了解农用抗生素不得不从抗生素开始，我们都离不开抗生素，列举常用抗生素。
抗生素的发现是人们研究微生物拮抗关系的结果，微生物在其生活环境中常分泌一些物质，与其它微生物发生寄生作用、竞争作用和抗生作用。
目前，虽然已有人工化学合成的抗生素和从高等动植物组织中提取的抗生素，但是抗生素的最主要来源仍然是微生物。
细菌、放线菌和真菌都是能产生抗生素，其中尤以放线菌最为突出，它所产生的抗生素种类最多，实用价值也最大。
随着抗生素事业的不断扩大，除了医疗用途外，抗生素在农业上的应用也获得迅速发展，特别是50年代以来，由于公共卫生和环境保护的要求，使高效、低毒、无残毒的农用抗生素，作为植物保护剂的要求不断增长，受到世界各国的普遍重视，成为当代微生物农药研究工作中迅速发展的一个重要方面。
1.农用抗生素的概念抗生素antibiotics在日常生活中早已为人们所熟知，它是青霉素、链霉素、土霉素、卡那霉素等一类物质的总称。
它是由微生物生命活动过程中所产生的一类特殊的次生代谢产物。
微生物产生的次生代谢产物实际上包括很多小分子化合物，如抗生素、色素、生物碱、毒素等。
而抗生素是其中具有特异性抗菌作用的一类次级代谢产物，即在有效浓度很低的情况下，通过生物化学的作用，能够选择性地抑制某些生物的生长和代谢活动，甚至杀死它们，而对产生菌本身则没有或很少有影响的一种化学物质。
在不同的研究时期，不同的学科，抗生素有不同的含义。
早在1942年，美国学者Waksman曾给抗生素下过这样的定义：“抗生素是微生物在新陈代谢过程中产生的、具有抑制它种微生物生长或代谢作用的化学物质。
”但是随着抗生素研究工作的进展和领域的日益扩大，上述抗生素的定义显然就很难确切地概括抗生素这个名词的含义了。
所以，随着对抗生素认识逐步深化，人们对抗生素这个术语也曾一再做过补充和修改，但是，由于抗生素牵涉到很多学科和领域，所以它的定义应该从各种角度来考虑。
《生物化学》抗生素
利福霉素SV(rifamycin SV)为难溶的酸性化合物， 橙黄色结晶，其钠盐为红橙色结晶，能溶于水，水溶液能 在室温下保存3年。
利福霉素族抗生素为广谱抗生素，对G+和G-以及结核 分支杆菌均有明显的抗菌作用。在临床上主要用于治疗结 核病以及麻风病，对金黄色葡萄球菌、肺炎双球菌等感染 也有明显疗效。
抗肿瘤抗生素的探索
肿瘤是蛋白质异常合成和细胞恶性增生的结果，现 在有趋势认为核酸分子的改变是细胞癌变最关键的原始 环节，抗肿瘤抗生素的作用机理可能与它干扰癌变细胞 的蛋白质和核酸的异常代谢有关。现介绍一种临床效果 较好的抗癌抗生素--争光霉素。
从植物中寻找抗肿瘤药物，在国内外已成为抗癌药 物研究的重要组成部分。例如，红豆杉中紫杉醇。
1. 四环素的化学结构 2. 四环素的理化性质 3. 四环素的抗菌作用
四环素
土霉素
四环素 理化性质
四环素族均为酸碱两性化合物，本身及其盐 类都是黄色或淡黄色的晶体，在干燥状态下极为 稳定。除金霉素外，其他四环素族的水溶液相当 稳定。四环素族能溶于稀酸、稀碱等，略溶于水 和低级醇。但不溶于醚及石油醚。
氯霉素的理化性质
氯霉素为白色或无色的针状或片状结晶， 熔点149.7—150.7ºC。易溶于甲醇、乙醇、丙 醇及乙酸乙酯，微溶于乙醚及氯仿，不溶于苯 及石油醚。氯霉素极稳定，其水溶液经5h煮沸 也不失效。
四环素族抗生素
临床上应用的四环素族抗生素主要是金霉素 (aureomycin)、土霉素(terranmycin)和四环素 (tetracycline)。
红霉素 Erythromycin
具有大环内酯的基本结构
结构特征
1.内酯结构有14元~16元大环
2.通过内酯环上羟基和去氧氨基糖 或6-去氧糖缩合成碱性甙
抗生素概述、分类与发酵生产工艺
对生长中的细胞有效，静止细胞无效。
2、触发细菌自溶酶活性。
抗生素概述、分类和发酵 生产工艺
结构特性
CH CH
O CChemPasteNr
β-lactams
NH2 CH
3.1.2 抗生素的命名原则
（1）根据来源生物的属名定名抗生素，如青霉素。 （2）根据化学结构和性质定名抗生素，如四环素
类抗生素。 （3）一些习惯性俗名、发现的地名等命名，如正
定霉素、井冈霉素、金霉素、土霉素等。
抗生素概述、分类和发酵 生产工艺
3.1.3、抗生素的分类
一． 根据微生物来源分类 ； 二． 根据抗生素的作用机制分类； 三． 按医疗作用对象分类 ； 四． 按作用性质分类； 五． 按抗生素获得途径分类； 六． 按应用范围分类； 七． 根据生物合成途径分类； 八． 根据化学结构分类 。
S CH
OC N
CH2 CO NH
青核(penam)
S CH CH
ChemOPCastNer
苯乙酸 （侧链Ｒ）
6-氨基青霉烷酸(6-APA) (母核)
S
CH3 C
CH3 CH COOH
NH2 CH2
CH
CH2
CO
N
C CH3
ChemPasteCr
COOH
头核(cepham)
S
CH3 C
CH3 CH COOH来自3.2 β-内酰胺类抗生素
青霉素
抗生素概述、分类和发酵 生产工艺
3.2.1 发展概况
1929年，英国的Fleming——青霉素的发现。 1940年，Florey & Chain, 临床应用青霉素。 1945年，意大利的Brotzu发现一株顶头孢霉
补充内容一抗生素
7.0 6.0 5.0
通电
－ － + + － － －－ + + 7.0 － － － + + －－ 6.0 － － + + －－ 5.0
－－ － － －+ －－ － － －+ －－ － － －+ －－ － － －+
（二）区带电泳： 1、乙酸纤维素薄膜电泳
－
乙酸纤维素薄膜电泳
凝胶浓度： a+b T（Acr和Bis总浓度）%=
m
×100% ×100%
C（交联剂百分比）%= a=Acr克数 b=Bis克数
b a+b
m=缓冲液体积（ml）
凝胶浓度T% (C=2.6%) 5 10 15
分子量kD范围
凝胶浓度T% (C=5%) 5 10 15
分子量kD范围
30-200 15-100 10-50
＋
2、凝胶电泳
包括琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳 （1）聚丙烯酰胺凝胶：由单体丙烯酰胺（Acr）和交联剂N， N-甲叉双丙烯酰胺（Bis）在加速剂N,N,N,N-四甲基乙二胺 （TEMED）和催化剂过硫酸铵（AP）或核黄素（VB2）的 作用下聚合交联成三维网状结构的凝胶。以此凝胶为支持物 的电泳称为聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）。 A、 TEMED催化AP生成硫酸自由基：S2O822SO4B、硫酸自由基的氧原子激活Acr单体并形成单体长链 C、 Bis将单体长链间连成网状结构
三、层析技术 层析（chromatography）：色谱。利用物质 的吸附能力、溶解能力、亲和力、阻滞作用等物理 性质不同对混合物进行分离分析的方法。
抗生素和激素的分类和原则
一种抗生素只作用于一定的微生物,称作抗生素的选择性作用； 抗生素对人和动植物的毒性小于微生物,称作选择性毒力； 抗生素可能引起微生物的耐药性。
(四) 新抗生素的寻找
常用划线法或杯蝶法。
（五）一些重要抗生素的化学和医疗特性
1.青霉素:属于内酰胺类抗生素,副作用小； 2.链霉素:属于氨基环醇类抗生素,副作用小； 3.氨基环醇类抗生素:包括链霉素、新酶素、巴龙霉素、卡那霉 素、庆大酶素等； 4.氯霉素：副作用较大； 5.四环素族抗生素：包括土霉素、金霉素、四环素等； 6.红霉素：属于大环内酯类抗生素，包括麦迪霉素等； 7.多肽类抗生素：种类较多，毒性较大； 8.利福霉素类抗生素：对结核病和麻风病有特效； 9.创新霉素：常用于大肠杆菌引起的疾病； 10.灰黄霉素和制霉菌素：常用做外用药。
激素的分类
激素按化学本质可分为三大类： 含氮激素（包括蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素） 固（甾）醇类激素 脂肪酸衍生物激素（二十碳四烯酸） 也有分成四类的： 肽类激素，3~200个aa，包括所有的下丘脑激素、垂体激素、 胰（岛）激素（胰岛素、胰高血糖素及生长激素抑制素）。 胺类激素，Tyr衍生的低分子量化合物（甲状腺素、去甲肾上 腺素及甲状腺旁素）。 类固醇激素，包括肾上腺皮质激素、Vit D形式的激素和性激 素。 二十碳酸类激素，花生四烯酸衍生物（前列腺素、白三烯和 凝血烷）。
（三)改变细胞膜的通透性 多肽类抗生素通过改变细胞膜的通透性杀伤原
核细胞及真核细胞。 (四)干扰细胞壁的形成
青霉素抑制原核生物细胞壁合成的转肽酶。 (五)作用于能量代谢系统或作为抗代谢物
抗霉素A，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ霉素，短杆菌肽S等抑制氧化磷酸 化作用，对真核生物作用较强。
生物化学中的抗生素与抗菌机制
生物化学中的抗生素与抗菌机制抗生素是一类能够抑制细菌生长或杀死细菌的化学物质，它在现代医学和兽医学中被广泛应用来治疗各种细菌感染疾病。
抗生素按照其来源和治疗谱可以分为天然抗生素、半合成抗生素和全合成抗生素。
其中，天然抗生素是从真菌、细菌、植物等自然物质中提取得到的，如青霉素、庆大霉素等；半合成抗生素是在天然抗生素的基础上经过化学改造或合成得到的，如阿莫西林、头孢菌素等；全合成抗生素则是完全通过人工合成的，如氟喹诺酮类抗生素等。
抗菌机制是抗生素发挥作用的生物化学过程，其主要包括以下几种方式：一、靶点抑制：抗生素能够与细菌特定的靶点结合，干扰靶点的功能从而影响细菌生长和繁殖。
比如，β-内酰胺类抗生素通过抑制细菌细胞壁合成酶（靶点）的活性，阻碍了细菌细胞壁的合成，导致细菌死亡。
二、膜破坏：某些抗生素能够破坏细菌细胞膜的完整性，导致细菌细胞内外物质交换受阻，细菌失去生存能力。
例如，多肽类抗生素通过破坏细菌细胞膜的结构，使细菌发生渗透性改变，导致细菌死亡。
三、核酸损伤：部分抗生素会影响细菌的核酸合成和修复，导致细菌遗传物质的损伤和突变，最终导致细菌死亡。
例如，喹诺酮类抗生素通过结合细菌DNA酶抑制DNA的复制和修复，阻碍细菌的遗传信息传递。
四、代谢干扰：一些抗生素可以干扰细菌的代谢途径，阻碍细菌正常的营养摄取和代谢过程，导致细菌能量耗尽无法生存。
例如，氨基糖苷类抗生素会与细菌核糖体结合，阻碍蛋白质合成，从而导致细菌死亡。
总的来说，抗生素与抗菌机制是一系列复杂的生物化学反应过程，不同种类的抗生素通过不同的机制作用于细菌，最终实现了对细菌的生长和繁殖的控制和杀灭。
在临床应用和药物研发中，深入理解抗生素与抗菌机制的关系，有助于更好地选择合适的抗生素药物治疗细菌感染疾病，同时也为新型抗生素的研发和创新提供了理论和实践基础。
生物化学中的抗生素与抗菌机制，是一个充满挑战和机遇的领域，也是医学和生命科学领域中的重要研究内容。
第三章 抗生素概述
（4）四环类抗生素
四环素、金霉素、土霉素
（5）多肽类抗生素
多粘菌素、放线菌素、杆菌肽
（6）多烯类抗生素 两性霉素、曲古霉素、制霉菌素
（7）蒽环类抗生素
柔红霉素、阿霉素（多柔比星）、正定霉素
（8）苯羟基胺类抗生素 氯霉素、甲砜氯霉素 （9）环桥类抗生素 利福霉素
（10）其他抗生素 磷霉素、创新霉素
新中国成立前，我国抗生素药物完全依靠进口
1949年以后北京、上海等地建立了抗生素研究室 1953年5月1日青霉素在上海第三制药厂正式投入生产， 开创了中国抗生素工业。 1958年6月3日，我国最大的抗生素联合企业华北制药厂 建成投产。 随后氯霉素、红霉素、卡那霉素、新霉素、杆菌肽等60 多个品种研制成功。
细菌感染的疾病 脑膜炎 真菌感染 头藓、手足癣等 抗肿瘤 肺癌、胃癌 抗病毒方面等 调节人体生理功能 免疫抑制剂
、肺炎、鼠疫及结核病
2、抗菌药物的不良反应
抗菌药物长期而广泛的使用，尤以不合理 滥用，诱使致病菌出现耐药性菌株，而且日渐 增多，造成了一些临床上“难治”的感染疾病 各类抗菌药结构改造的品种，对付“难治” 感染，效果较好。对免疫功能低下状态并发的 深部内脏真菌感染，目前还没有理想的药物。
④植物及动物产生：蒜素、黄连素、 鱼素
2.根据抗生素的化学结构分类：
（1）β-内酰胺类抗生素 青霉素、头孢菌素、硫霉素、头霉素
O
N
R O N
S
CH3 CH3
R1 O N
S R2 CO O H
CO O H
（2）氨基糖苷类抗生素
链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素
（3）大环内酯类抗生素 红霉素、螺旋霉素、麦迪霉素
1.寻找新的微生物资源 稀有放线菌 极端微生物 海洋微生物
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一、发现
一类微生物抑制或杀死其他种类微生物的作用称为拮抗作用。
拮抗作用是微生物界的普遍现象，早在微生物发现之前，人们已经利用拮抗作用治病，如我国人利用豆腐上的霉治疗疮，美洲人用发霉的面包治疗伤口化脓等。
随着微生物学的发展，人们认识到了拮抗作用的本质，开始有意识地研究。
本世纪初，已经分离出多种抗生素，但其效率不高，毒性较大，没有实用价值。
1929年，英国人Flemming在培养葡萄球菌时，发现从空气中落到培养基上的一种青霉菌能抑制其周围的葡萄球菌生长。
他进一步研究发现青霉菌分泌一种抗菌物质，能抑制葡萄球菌生长，于是把它命名为青霉素。
他没有进行动物试验，青霉素也没有用于临床。
直到1940年，牛津大学研究小组提出“青霉素是一种化学治疗剂”，才将它应用于临床。
同年，瓦克斯曼发现链霉素，抗生素时代开始，陆续发现了许多抗生素，成功地治疗了肺炎、结核等传染病，使人类寿命显著提高。
此后三十年间，发现的抗生素有数千种，有上百种被广泛应用，抗生素已经成为一个独立的工业部门。
二、概念
抗生素是能以低浓度抑制或影响活的机体生命过程的次级代谢产物及其衍生物。
抗生素的概念是不断扩大的，最初只包括对微生物的作用，现在已经有抗肿瘤、抗真菌、抗病毒、抗原虫、抗寄生虫以及杀虫、除草的抗生素。
近年来把来源于微生物的酶抑制剂也包括在抗生素中，总数已超过9000种。
三、作用机理
（一）作用特点
1.选择性作用一种抗生素只对一定种类的微生物有作用，即抗菌谱。
青霉素一般只对革兰氏阳性菌有作用，多粘菌素只对革兰氏阴性菌有作用，它们的抗菌谱较窄。
氯霉素、四环素等对多种细菌及某些病毒都有抑制作用，称为广谱抗生素。
2.选择性毒力抗生素对人和动物的毒力远小于对病菌的毒力，称为选择性毒力。
通常抗生素可在极低浓度下有选择地抑制或杀死微生物。
选择性毒力是化学治疗的基础。
3.耐药性细菌在抗生素的作用下，大批敏感菌被抑制或杀死，但也有少数菌株会调整或改变代谢途径，变成不敏感菌，产生耐药性。
A.机理：
a.酶促破坏：如β-内酰胺酶（青霉素酶）使青霉素水解，氨基环醇类抗生素常被钝化，如磷酸化、酰苷酰化、N-乙酰化等。
b.细菌改变敏感部位：链霉素通过与30S亚基结合而抑制蛋白质合成，某些细菌小亚基上的蛋白发生突变，不与链霉素结合，产生耐药性。
c.降低细胞膜的通透性：细菌可以合成抗生素透过的阻碍物，可以发生突变使抗生素不被转运，也可以产生将抗生素运出体外的拮抗系统。
B.产生与传播：耐药性的产生是由于突变造成的，抗生素的作用是将未突变的微生物杀死，从而使突变体被选择出来。
有些耐药性基因位于抗性质粒上，可以通过细菌的接合而传播。
C.对策：除寻找新的抗生素以外，在临床上应该合理使用抗生素，避免滥用，防止耐药菌的产生。
也可通过耐药机理的研究寻找对策，如用抑制剂抑制青霉素酶。
（二）作用机理
1.抑制核酸的合成有些抗生素可抑制核酸的合成，其抑制机理是多种多样的。
例如，博莱霉素可引起DNA链的断裂；丝裂霉素C能与DNA形成交联，抑制DNA的复制；利福霉素则通过与细菌RNA聚合酶的结合来抑制转录反应。
2.抑制蛋白质的合成蛋白质的合成十分复杂，因此抑制的作用点也很多。
（1）抑制氨基酸的活化。
例如，吲哚霉素是色氨酸的类似物。
（2）抑制蛋白质合成的起始。
如氨基环醇类抗生素。
链霉素与小亚基结合。
（3）抑制肽链的延伸。
如四环素，封闭小亚基的氨酰位点。
氯霉素主要是与细菌核糖体的50S亚基结合而抑制肽酰基转移反应。
（4）使翻译提前终止。
如嘌呤霉素。
3.改变细胞膜的通透性多肽抗生素如多粘菌素E、短杆菌素S等具有表面活性剂的作用，能降低细菌细胞膜的表面张力，改变膜的通透性，甚至破坏膜的结构。
这样细胞内物质外泄，使细菌死亡。
4.干扰细胞壁的形成青霉素、头孢菌素等可干扰细胞壁的形成，使细菌变
形，甚至破裂、死亡。
5.干扰细菌的能量代谢。
如抗霉素A、寡霉素等，是氧化磷酸化的抑制剂。
四、来源
（一）微生物来源
抗生素的来源广泛，但最主要的是微生物，特别是土壤微生物，占70％左右。
有应用价值的抗生素几乎都是微生物产生的。
1.放线菌目是抗生素的主要来源，已知的抗生素中有45％是放线菌产生的。
其中主要集中在链霉菌属，其次是小单孢菌属和诺卡氏菌属。
此外，近年来有许多新抗生素来源于这三个属以外，即所谓稀有放线菌属。
链霉菌属发现最早，研究最多，常见的链霉素、土霉素、四环素等都来自链霉菌属。
2.细菌对细菌的研究比放线菌长，但一直因为毒性较大而应用不多。
芽孢杆菌属的多粘芽孢杆菌和枯草杆菌，假单孢菌属的绿脓杆菌和肠道细菌是主要来源。
芽孢杆菌产生的多数是肽类，如多粘菌素和短杆菌肽等。
其中多粘菌素类是重要的抗革兰氏阴性细菌的抗生素之一。
这些抗生素肾毒性较大，主要作为局部用药。
3.真菌主要来自不完全菌纲曲霉菌科的青霉属和曲霉属，以β内酰胺类为主。
（二）非微生物来源
植物中，长春花碱等用于抗肿瘤，从卫矛科植物中提取出的美登素对有丝分裂有显著的抑制作用。
近年来，人们开始从海洋生物中寻找抗生素。
从海绵动物门中得到了多种新颖独特的抗微生物、抗肿瘤、抗病毒的化合物，如具有抗病毒作用的核苷类化合物等。
此外，化学诱变、基因工程技术等技术已经用于菌种改良，半合成抗生素已经大规模生产。