青霉素和头孢菌素 (2)优秀课件
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头孢克洛(Cefaclor) 头孢丙烯(Cefprozil) 头孢呋肟(Cefuroxime) 氯碳头孢(Loracarbef)
第二代 第三代
同上另加Bacteroides
头孢西丁(Cefoxitin)
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)
节孢子
10
一、头孢菌素C生产菌种(三)菌种保存
• 采用冷冻干燥法或液氮法。 • 由于保存的大部分是营养菌丝，长期保存
后生命力的恢复较差，故经过保存的菌株 应对存活细胞进行计数。并在摇瓶及中试 条件下进行生产能力试验，挑选复壮的菌 落作为生产用种子。 • 一般选择含麦芽提取物和优质蛋白胨的固 体培养基较为合适。
• 由于扩环和羟化是头孢菌素C生物合成途径的限
速步骤，因此可以用现代基因工程技术构建含有
扩环／羟化酶基因的质粒，将其转入工业生产菌
株中，以获得显著提高头孢菌素C生产能力的基
因工程菌。
8
Cephalosporium acremonium 的气生菌丝和孢子囊
9
Cephalosporium acremonium 的菌丝和节孢子
• 头孢菌素P活性中等，但耐药性发展非常迅速 ；头孢菌素N活性极差；只有头孢菌素C (Cephalosporin C) 抗菌谱广，毒性小而发展 起来。
7
一、头孢菌素C生产菌种(二)菌种选育
• 顶头孢霉M8650是用于工业生产的原始亲株，全 世界所有高产菌株差不多都是由它反复诱变、筛 选得到的。
wenku.baidu.com
• 通过诱变在完全培养基上获得蛋氨酸营养缺陷株 ，然后转入加有各种含硫化合物(如硫酸盐)以代 替蛋氨酸的基本培养基，可以筛选出不需要加入 蛋氨酸的高产突变株，从而降低发酵成本。
• 由于头孢菌素C抗菌活性低，在半合成青霉素 启示下，通过结构改造获得了很多更有效的半 合成头孢菌素，因此头孢菌素C是目前各种半 合成头孢菌素的起始原料之一，目前临床上应 用的都是它们的半合成衍生物。
4
类别 第一代
第二代
抗菌谱
头孢菌素的分类
注射
Staphylococci (不包括 MRSA) Streptococci (不包括 Enterococci) E coli, Proteus, Klebsiella
11
二、头孢菌素C生物合成与代谢调控 (一)生物合成概述
• 头孢菌素C也是由L-α-氨基己二酸、L-半胱氨酸和L缬氨酸经三肽途径生物合成的。而且，在异青霉素N 之前和青霉素的生物合成途径一样。
• 在顶头孢霉中，异青霉素N在异构酶的作用下，将异 青霉素N转化为青霉素N，再由扩环酶(脱乙酰氧头孢 菌素C合成酶)催化扩环生成脱乙酰氧头孢菌素C，最 后通过羟化和转乙酰基反应得到头孢菌素C。
14
二、头孢菌素C生物合成与代谢调控 (三)生物合成的调控
• 较高的葡萄糖浓度不影响异青霉素N合成酶， 主要阻遏扩环酶的生成。只有当葡萄糖接近 耗尽时，头孢菌素C才大量合成。高浓度的磷 酸盐助长这种碳源阻遏。
• 扩环和羟化是头孢菌素C生物合成中的关键反应和限 速阶段。在顶头孢霉中，催化这一反应的是一种叫做 扩环／羟化酶的双功能酶，它需要Fe2+、分子氧、α酮戊二酸及还原剂(如抗坏血酸或二硫苏糖醇)作为辅 助因子。
12
C
头 孢 菌 素 的 生 物 合 成 途 径
13
二、头孢菌素C生物合成与代谢调控 (二)顶头孢霉的硫代谢
3
• 头孢菌素C(CephalosporinC，简称头C或CPC) 是由Newton和Abraham于1953年继青霉素之 后，在自然界中发现的第二种类型的β-内酰胺 抗生素，
• 头孢菌素C与青霉素类结构的不同在于母核7氨基头孢烯酸(7-ACA)取代了6-氨基青霉烷酸 (6-APA)，这种差异使头孢类抗生素可以耐青 霉素酶，在化学与生物学性质上与青霉素有许 多共同特征，抗菌作用机制也是抑制细菌细胞 壁肽聚糖的合成，对人体安全低毒。
青霉素和头孢菌素 (2)优秀课件
1
第二节 头孢菌素C生产
• 头孢菌素简介 • 一、头孢菌素C生产菌种 • 二、头孢菌素C生物合成与代谢调控 • 三、头孢菌素C的发酵 • 四、头孢菌素C的分离纯化工艺
2
头孢菌素C(CephalosporinC，简称头C或CPC)
可看作是由α-氨基已二酸、半胱氨酸、缬氨酸和 醋酸四部分结合而成
头孢泊肟(Cefpodoxime) 头孢布烯(Ceftibuten) 头孢克肟(Cefixime)
第三/四 同上另加Pseudomonas 代
头孢他啶(Ceftazidime) 头孢吡肟(Cefepime) 头孢匹罗(Cefpirome5)
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
同第一代，另加 Haemophilus (包括-内 酰胺酶产生菌)
头孢噻吩 (Cephalothin) 头孢唑啉(Cefazolin)
头孢孟多 (Cefamandole) 头孢呋肟 (Cefuroxime)
口服 头孢氨苄(Cephalexin) 头孢拉定(Cephradine) 头孢羟氨苄(Cefadroxil)
• 硫可以通过两种途径由顶头孢霉掺入头孢菌 素C分子中。一种是和青霉素发酵一样的硫 酸盐还原途径，另一种是蛋氨酸的逆转硫途 径。
• 野生顶头孢霉菌株不能利用硫酸盐，故只能 以蛋氨酸为基质，主要通过逆转硫途径提供 硫。
• 通过突变筛选获得的能有效利用硫酸盐的工 业生产菌株，可在不加蛋氨酸的情况下高效 地合成头孢菌素C。
6
一、头孢菌素C生产菌种(一)菌种来源
• 1945年，意大利的Brotzu从撒丁岛城市排污 口附近的海水中发现一株顶头孢霉 (Cephalosporium acremonium)，并证明它的 代谢产物具有广谱抗细菌作用。
• 1953年，Abraham从这一霉菌的发酵液中分 离出三种化合物，即头孢菌素C、N和P。
第二代 第三代
同上另加Bacteroides
头孢西丁(Cefoxitin)
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)
节孢子
10
一、头孢菌素C生产菌种(三)菌种保存
• 采用冷冻干燥法或液氮法。 • 由于保存的大部分是营养菌丝，长期保存
后生命力的恢复较差，故经过保存的菌株 应对存活细胞进行计数。并在摇瓶及中试 条件下进行生产能力试验，挑选复壮的菌 落作为生产用种子。 • 一般选择含麦芽提取物和优质蛋白胨的固 体培养基较为合适。
• 由于扩环和羟化是头孢菌素C生物合成途径的限
速步骤，因此可以用现代基因工程技术构建含有
扩环／羟化酶基因的质粒，将其转入工业生产菌
株中，以获得显著提高头孢菌素C生产能力的基
因工程菌。
8
Cephalosporium acremonium 的气生菌丝和孢子囊
9
Cephalosporium acremonium 的菌丝和节孢子
• 头孢菌素P活性中等，但耐药性发展非常迅速 ；头孢菌素N活性极差；只有头孢菌素C (Cephalosporin C) 抗菌谱广，毒性小而发展 起来。
7
一、头孢菌素C生产菌种(二)菌种选育
• 顶头孢霉M8650是用于工业生产的原始亲株，全 世界所有高产菌株差不多都是由它反复诱变、筛 选得到的。
wenku.baidu.com
• 通过诱变在完全培养基上获得蛋氨酸营养缺陷株 ，然后转入加有各种含硫化合物(如硫酸盐)以代 替蛋氨酸的基本培养基，可以筛选出不需要加入 蛋氨酸的高产突变株，从而降低发酵成本。
• 由于头孢菌素C抗菌活性低，在半合成青霉素 启示下，通过结构改造获得了很多更有效的半 合成头孢菌素，因此头孢菌素C是目前各种半 合成头孢菌素的起始原料之一，目前临床上应 用的都是它们的半合成衍生物。
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类别 第一代
第二代
抗菌谱
头孢菌素的分类
注射
Staphylococci (不包括 MRSA) Streptococci (不包括 Enterococci) E coli, Proteus, Klebsiella
11
二、头孢菌素C生物合成与代谢调控 (一)生物合成概述
• 头孢菌素C也是由L-α-氨基己二酸、L-半胱氨酸和L缬氨酸经三肽途径生物合成的。而且，在异青霉素N 之前和青霉素的生物合成途径一样。
• 在顶头孢霉中，异青霉素N在异构酶的作用下，将异 青霉素N转化为青霉素N，再由扩环酶(脱乙酰氧头孢 菌素C合成酶)催化扩环生成脱乙酰氧头孢菌素C，最 后通过羟化和转乙酰基反应得到头孢菌素C。
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二、头孢菌素C生物合成与代谢调控 (三)生物合成的调控
• 较高的葡萄糖浓度不影响异青霉素N合成酶， 主要阻遏扩环酶的生成。只有当葡萄糖接近 耗尽时，头孢菌素C才大量合成。高浓度的磷 酸盐助长这种碳源阻遏。
• 扩环和羟化是头孢菌素C生物合成中的关键反应和限 速阶段。在顶头孢霉中，催化这一反应的是一种叫做 扩环／羟化酶的双功能酶，它需要Fe2+、分子氧、α酮戊二酸及还原剂(如抗坏血酸或二硫苏糖醇)作为辅 助因子。
12
C
头 孢 菌 素 的 生 物 合 成 途 径
13
二、头孢菌素C生物合成与代谢调控 (二)顶头孢霉的硫代谢
3
• 头孢菌素C(CephalosporinC，简称头C或CPC) 是由Newton和Abraham于1953年继青霉素之 后，在自然界中发现的第二种类型的β-内酰胺 抗生素，
• 头孢菌素C与青霉素类结构的不同在于母核7氨基头孢烯酸(7-ACA)取代了6-氨基青霉烷酸 (6-APA)，这种差异使头孢类抗生素可以耐青 霉素酶，在化学与生物学性质上与青霉素有许 多共同特征，抗菌作用机制也是抑制细菌细胞 壁肽聚糖的合成，对人体安全低毒。
青霉素和头孢菌素 (2)优秀课件
1
第二节 头孢菌素C生产
• 头孢菌素简介 • 一、头孢菌素C生产菌种 • 二、头孢菌素C生物合成与代谢调控 • 三、头孢菌素C的发酵 • 四、头孢菌素C的分离纯化工艺
2
头孢菌素C(CephalosporinC，简称头C或CPC)
可看作是由α-氨基已二酸、半胱氨酸、缬氨酸和 醋酸四部分结合而成
头孢泊肟(Cefpodoxime) 头孢布烯(Ceftibuten) 头孢克肟(Cefixime)
第三/四 同上另加Pseudomonas 代
头孢他啶(Ceftazidime) 头孢吡肟(Cefepime) 头孢匹罗(Cefpirome5)
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
同第一代，另加 Haemophilus (包括-内 酰胺酶产生菌)
头孢噻吩 (Cephalothin) 头孢唑啉(Cefazolin)
头孢孟多 (Cefamandole) 头孢呋肟 (Cefuroxime)
口服 头孢氨苄(Cephalexin) 头孢拉定(Cephradine) 头孢羟氨苄(Cefadroxil)
• 硫可以通过两种途径由顶头孢霉掺入头孢菌 素C分子中。一种是和青霉素发酵一样的硫 酸盐还原途径，另一种是蛋氨酸的逆转硫途 径。
• 野生顶头孢霉菌株不能利用硫酸盐，故只能 以蛋氨酸为基质，主要通过逆转硫途径提供 硫。
• 通过突变筛选获得的能有效利用硫酸盐的工 业生产菌株，可在不加蛋氨酸的情况下高效 地合成头孢菌素C。
6
一、头孢菌素C生产菌种(一)菌种来源
• 1945年，意大利的Brotzu从撒丁岛城市排污 口附近的海水中发现一株顶头孢霉 (Cephalosporium acremonium)，并证明它的 代谢产物具有广谱抗细菌作用。
• 1953年，Abraham从这一霉菌的发酵液中分 离出三种化合物，即头孢菌素C、N和P。