第6章抗生素的生物合成
2013执业兽医资格考试药理学第六章抗生素
R1
S
R2
OCOCH3 Cefalothin (头孢噻吩) 用钠盐,耐酶主要用于 革兰氏阳性菌,注射给药
R2
N O
O CH3
R1=R2=H R1=H, R2=Cl R1=R2=Cl R1=Cl, R2=F
苯唑西林 Oxacillin 氯唑西林 Cloxacillin 双氯西林 Dicloxacillin 氟氯西林 Flucloxacillin
3、广谱半合成青霉素
X R CONH N O H S CH3 CH3 COOH
第六章
1.
抗生素Antibiotics
概念 抗生素是微生物的代谢产物或合成的类似 物，在体外能抑制微生物的生长和存活，而对宿 主不会产生严重的毒副作用。 – 主要作用抑制病原菌生长，抗感染。 – 抗肿瘤活性，免疫抑制或刺激植物生长的作 用。
分类 以产生抗生素的菌种分类 临床作用分类 化学结构分类 生物合成 菌种选育 发酵 提纯 半合成：用生物合成方法合成母体后，再进行 人工改造，制备抗生素。 5. 作用机制 2. • • • 3. • • • 4.
头孢噻啶 Cefaloridine 头孢拉定 Cefradine 头孢噻肟 Cefotaxime 头孢曲松 Ceftriaxone
H
-CH3
S H2N N C N OCH3
H
-CH2OCOCH3
S H2N N O C N OCH3 H HO N N N S CH2 CH3
OCH3 HO CHCH2 CONH COOH O N
Penicillin N (青霉素 N)
H
NH2 (CH2)3
R=
HO O
Fermentation Derivater of Cephalo sporium
发酵工程-第九章-抗生素
PG
Pka 2.7
RCONH
6
4
5S
CH3
HH
7
O
N1
3 CH3
2
COOH
H
2S，5R，6R
临床用其钠盐、钾盐或普鲁卡因盐，增强水溶性。 粉针剂，有效期2年 临床用粉针剂，现用现配
不稳定性
β –内酰胺环是青霉素中最 不稳定的部分，原因是
1、四元环和五元环稠合， 环的张力大
2、两个环不在同一平面， 青霉素结构中β-内酰胺环 中羰基和氮原子的孤对电 子不能共轭， 易受到亲核 性或亲电性试剂的进攻， 使β-内酰胺环破裂。
(二）一般生产流程
抗生素发酵阶段一般主要包括：孢子制备、种子 制备和发酵，这是进行微生物逐步扩大培养过 程。
1、孢子制备 目的是将沙土管保存的菌种进行 培养，以制备大量孢子供下一步种子制备之用， 一般于试管、扁瓶或摇瓶内进行。
2、种子制备 目的是使有限数量的孢子发芽繁 殖，获得足够菌丝体以供发酵之用。在种子罐 内进行。通过种子制备，可以缩短发酵罐内菌 丝体繁殖生长的时间，增加抗生素合成的时间。 一般通过种子罐1-3次，再移种到发酵罐中－内酰胺类抗生素 （二）四环类抗生素
（三）氨基糖苷类抗生素 （四）大环内酯类抗生素 （五）多烯大环类抗生素 （六）多肽类抗生素 （七）蒽环类抗生素 （八）其他类
四、根据作用机制
（一）抑制细胞壁合成 （二）影响细胞膜功能 （三）抑制和干扰蛋白质合成 （四）抑制核酸合成 （五）抑制细菌生物能作用
OH
H+ or HgCl2
-CO2
NH O
Penilloaldehyde
CHO
O
NH S H
生物制药：第六章 四环类抗生素
化学性质----脱水化合物
H3C OH
H
OH O
OH
N CH3 CH3
OH OH
四 环 素 浓 度 /（ U/mL）
溶解性
9000 6000
3000 0 0 2 4 6 8 10 pH值 四环素-水平衡曲线
能与各种酸碱形成盐。在pH4.5-7.2间难溶于水，其盐易水解。 在极性弱的溶剂中，如酯、醚、芳烃等，溶解度较小或不溶。
在有机溶剂中，其盐酸盐和游离碱的溶解度相近。
稳定性
第六章 四环类抗生素
第一节 概 述
四环类抗生素是以四并苯为母核的一类有机化合 物。
对G+、G-、螺旋体、立克次氏体、支原体、衣 原体、原虫 (球虫、阿米巴原虫)等均可产生抑制作 用，故称为广谱抗生素。
R4 R3 R2 R1 N
四
环
H H OH
素
OH O OH O
OH CONH2
分类
可变部分
H3C
CH3
OH
N
4
OH OH
O
OH O
OH O H2N
土霉素：
(5α - OH-四环素）
H3C
OH
O
H N CH3 CH3
6
5
4
OH
H
OH O
OH O
OH
金霉素：
（7-Cl-四环素） Cl H3C OH
6
H
O H2N
N CH3 CH3
微生物学课后习题(第二部分)
微生物学课后习题（第二部分）第六章微生物的生长及其控制复习思考题1.名词解释:生长,繁殖,活菌染色法,菌落形成单位(cfu),同步生长,生长产量常数(Y),恒浊器,怛化器,连续发酵,嗜冷菌,中温菌,嗜热菌,最适生长温度,专性好氧菌,兼性厌氧菌,微好氧菌,耐氧菌,厌氧菌,超氧阴离子自由基,超氧化物岐化酶(SOD),PRAS培养基,厌氧罐,亨盖特滚管技术,厌氧手套箱,摇瓶培养,曲,曲法培养,通风曲,污染,巴氏消毒法,间歇灭菌法,连续加压蒸气灭菌法,梅拉特反应,石碳酸系数,抗生素,抗代谢药物,选择毒力,(抗生素)效价,半合成抗生素,6-APA,生物药物素。
2.什么叫典型生长曲线?它可分几期?划分的依据是什么? 3.延滞期有何特点?如何缩短延滞期?4.指数期有何特点?处于此期的微生物有何应用?5.什么叫生长速率常数(R)?什么叫代时(G)?它们如何计算?6.稳定期为何会到来?有何特点?7.什么叫连续培养?有何优点?为何连续时间是有限的? 8.什么是高密度培养,如何保证好氧菌的高密度培养? 9.目前,一般认为氧对厌氧菌毒害的机机制是什么?10.微生物培养过程中pH变化的规律如何?如何调整? 11.微生物培养装置的类型和发展有哪些规律?12.什么叫发酵罐?试用简图表示并注明其主要构造和运转要点。
13.现代试验室中,培养厌氧菌的“三大件”是什么?试设计一表格比较三者的特点。
14.试述生产实践上微生物培养装置发展的几大趋势,并总结其中的一般规律。
15.试列表比较灭菌、消毒、防腐和化疗的异同,并各举若干实例。
16.利用加压蒸气对培养基进行灭菌时,常易带来哪些不利影响?如何避免? 17.影响湿热灭菌效果的主要因素有哪些?在实践中应如何正确对待? 18.试以磺胺及其增效剂TMF 为例,说明化学治疗剂的作用机制。
19.什么叫抗菌谱?试举五例。
20.抗生素对微生物的作用机制分几类?试各举一例。
21.什么叫抗药性(耐药性)?其产生途径有哪些?试以磺胺药为例加以说明。
(完整版)生物技术制药习题答案(夏焕章版)
第一章绪论填空题1. 生物技术制药的特征高技术、高投入、高风险、高收益、长周期。
2. 生物药物广泛应用于医学各领域，按功能用途可分为三类，分别是治疗药物、预防药物、诊断药物。
3.现代生物药物已形成四大类型：一是应用DNA重组技术制造的基因重组多肽、蛋白质类治疗剂；二是基因药物；三是来自动物植物和微生物的天然生物药物；四是合成与部分合成的生物药物；4.生物技术的发展按其技术特征来看，可分为三个不同的发展阶段，传统生物技术阶段；近代生物技术阶段；现代生物技术阶段。
5.生物技术所含的主要技术范畴有基因工程；细胞工程；酶工程；发酵工程；蛋白质核酸工程和生化工程；选择题1.生物技术的核心和关键是（A ）A 细胞工程B 蛋白质工程C 酶工程D 基因工程2. 第三代生物技术（ A ）的出现，大大扩大了现在生物技术的研究范围A 基因工程技术B 蛋白质工程技术C 海洋生物技术D细胞工程技术3.下列哪个产品不是用生物技术生产的（D ）A 青霉素B 淀粉酶C 乙醇D 氯化钠4. 下列哪组描述（A ）符合是生物技术制药的特征A高技术、高投入、高风险、高收益、长周期B高技术、高投入、低风险、高收益、长周期C高技术、低投入、高风险、高收益、长周期D高技术、高投入、高风险、低收益、短周期5. 我国科学家承担了人类基因组计划（C ）的测序工作A10% B5% C 1% D 7%名词解释1.生物技术制药采用现代生物技术可以人为的创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医学药品，称为生物技术制药。
2.生物技术药物一般说来，采用DNA重组技术或其它生物新技术研制的蛋白质或核酸来药物称为生物技术药物。
3.生物药物生物技术药物是重组产品概念在医药领域的扩大应用，并与天然药物、微生物药物、海洋药物和生物制品一起归类为生物生物药物。
简答题1.生物技术药物的特性是什么？生物技术药物的特征是：（1）分子结构复杂（2）具有种属差异特异性（3）治疗针对性强、疗效高（4）稳定性差（5）免疫原性（6）基因稳定性（7）体内半衰期短（8）受体效应（9）多效应和网络效应（10）检验特殊性2.简述生物技术发展的不同阶段的技术特征和代表产品？（1）传统生物技术的技术特征是酿造技术，所得产品的结构较为简单，属于微生物的初级代谢产物。
第六章普通微生物学课后习题及答案2
一、名词解释灭菌：指采用某种强烈的理化因素杀死物体中所有微生物的措施，包括病原微生物和非病原微生物。
消毒：只利用某种较温和的方法以杀死、消除或降低材料或物体上的病原微生物，使之不能引起疾病的方法；它可以起到防止感染或传播的作用。
防腐：指在某些化学物质或物理因子作用下，能防止或抑制微生物生长繁殖但又未完全致死微生物的一种措施，它能防止食物腐败或防止其他物质霉变，这是一种抑菌作用。
共生关系：两种微生物紧密结合在一起形成一种特殊的共生体，在组织和形态上产生了新的结构，在生理上有一定的分工。
互生关系：两种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。
寄生关系：指一种生物生活在另一种生物的体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。
前者称为寄生物，后者称为寄主或宿主。
拮抗关系：由某种生物所产生的某种代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的关系。
分批培养：将微生物置于一定容积的培养基中，经过培养生长，最后一次收获的培养方式。
连续培养：又称开放培养在一个恒定的容积的流动系统中培养微生物，一方面以一定速率不断加入新的培养基，另一方面有以相同的速率流出培养物，以使培养系统中的细胞数量和营养状态保持恒定。
纯培养：在适宜条件下培养纯种得到的培养物。
微生物纯种分离：将多种混杂微生物经某种技术或方法分离成纯种的过程。
混菌培养：两种或两种以上的微生物加以调节控制，不会互相干扰，生长不受抑制，生长在一起的培养方法。
二元培养：由两种具有特定关系的微生物组成的混合培养物。
同步培养：使培养物中所有的微生物细胞都处于相同的生长阶段的培养方法连续培养：又称开放培养在一个恒定的容积的流动系统中培养微生物，一方面以一定速率不断加入新的培养基，另一方面有以相同的速率流出培养物，以使培养系统中的细胞数量和营养状态保持恒定。
恒浊连续培养：根据培养器内微生物的生长密度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养方法。
第二版生物制药技术习题答案完整版
第二版生物制药技术习题答案HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】第一章绪论1、生化药物：从生物体分离纯化所得的一类结构上十分接近人体内正常生理活性物质的，能调节人体生理功能以达到预防和治疗疾病目的的物质。
P12、按照药物的化学本质，把生物药物分为氨基酸类、蛋白质类、酶类、核酸类、多糖类、脂类、维生素及辅酶类。
P3-53、生物药物的原料来源分为动物、植物、微生物、海洋生物、人体五大类。
P54、肝素的化学成分属于一种多糖，其最常见的用途是抗血凝。
P45、SOD的中文全称是超氧化物歧化酶，能专一性清除氧自由基。
P46、辅酶在人体内的酶促反应中起重要的递H、递e等作用，有药用价值，人体生化反应中重要的辅酶：NAD、NADP、FMN和FAD 。
P47、前列腺素的成分是一大类含五元环的不饱和脂肪酸，重要的天然前列腺素有PGE1、PGE2、PGF2α等。
P58、请说明酶类药物主要有几类，并分别举例。
P4第二章生物药物的质量管理与控制1、中试：是把已取得的实验室研究成果进行放大的研究过程。
P282、热原：是指在药品中污染有能引起动物及人的体温升高的物质。
P423、生物检定法：利用药物对生物体的作用以测定其效价或生物活性的一种方法。
4、生物药物质量检验的程序包括取样、鉴别、检查、含量测定、写出检验报告。
5、药物的ADME表示药物在体内的整个过程，它们分别是吸收Absorption、分布Distribution、代谢Metabolism、排泄Excretion。
6、生物药物在表示含量的时候有百分含量和活性效价两种。
7、英美等国在药品的质量管理上采取典型的主副典机制，其中美国的药典和副药典分别简称为 USP 和 NF 。
8、在生物药物的质量管理规范中，GMP、GLP、GCP分别指良好药品生产规范、良好药品实验研究规范、良好药品临床试验规范。
9、为了对新兴的基因工程药物进行质量管理，中国在2000年编制并颁布了中国生物制品规程。
第六章微生物的生长及控制答案
第六章微生物的生长及控制一、填空1. 研究细菌遗传、代谢性常采用指数生长期时期的细胞。
2. 用物理或化学方法杀死物品上大部分微生物的过程称消毒3. 防丄是采用一定方法阻止或抑制微生物生长，防止物品腐坏。
4. 干热灭菌的温度160C ~170 C、时间2h。
5. 影响微生物代时的主要因素有菌种、营养成分、营养物浓度和培养温度。
6. 影响微生物生长的主要因素有温度、ph、营养、02和水活度等。
7. 实验室常见的干热灭菌手段有烘箱内热空气灭菌和火焰灼烧;而对牛奶其他液态食品一般采用巴氏灭菌，其温度为60~65 C,时间为30min。
8. 通常，放线菌最适ph范围为7.5~8.5，酵母菌的最适ph范围为3.8~6.0，霉菌的最适ph范围为4.0~5.8。
9. 一条典型的生长曲线至少可分为延滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期四个生长时期。
10. 试列出几种常用的消毒剂如苯酚、新洁尔灭、次氯酸和福而马林等。
11. 抗生素的作用机理有抑制DNA 复制、抑制蛋白质合成、抑制RNA 转录和抑制细胞壁的合成。
12. 获得纯培养的方法有：划线分离、平板涂布、显微镜直接挑取和浇注平板法等方法。
13. 抗代谢药物中的磺胺类是由于与对氨基苯甲酸相似，从而竞争性与二氢叶酸合成酶结合，使不能合成二氢叶酸。
14. 常用5~30%的盐渍腌鱼、肉，可久贮不变质的原因是高渗使细胞失水死亡。
15. 厌氧菌因为缺乏S0D，故易被02毒害致死。
16. 实验室活菌记数常采用菌落法、特殊染色法，总菌数记数常采用显微镜________板法。
17. 干热灭菌时必须在160C下维持2h时间才能达到彻底灭菌，一般根据是否能杀死芽孢制定灭菌条件的。
18. —般可通过机械筛选和环境条件诱导两类方法获得微牛物的同步牛长。
19. A..FIeming等发现了一种广泛存在于卵清、人的泪液等的一种酶溶菌酶仝能在水解细菌的细胞壁，水解为点是$1.4糖苷键。
20. 根据微生物生长与氧的关系，可以分为好氧彳________物三大类型。
2024年高中生物新教材同步必修第二册 第6章 生物的进化生物有共同祖先的证据 第2节 自含答案
2024年高中生物新教材同步必修第二册第6章生物的进化第1节生物有共同祖先的证据第2节自然选择与适应的形成课程内容标准核心素养对接1.基于化石的直接证据，认同当今生物具有共同的祖先。
2.运用比较解剖学、胚胎学、细胞生物学和分子生物学等间接证据，说明当今生物具有共同的祖先。
3.运用达尔文的自然选择学说解释适应的形成，说明适应是自然选择的结果。
1.生命观念——结合实例理解适应的普遍性和相对性。
2.科学思维——比较拉马克的进化学说和达文尔的自然选择学说，深刻理解适应是自然选择的结果。
3.社会责任——认同生物是不断进化的，当今的各种生物来自共同祖先。
知识点1生物有共同祖先的证据1.达尔文的生物进化论2.地层中陈列的证据——化石3.当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据知识点2自然选择与适应的形成1.适应的普遍性和相对性2.适应是自然选择的结果(1)拉马克的进化学说否定了神创论和物种不变论(2)达尔文的自然选择学说(1)生物的遗体、遗物或生活痕迹就叫作化石。
(×)(2)化石是研究生物进化的重要证据。
(√)(3)不同种真核生物细胞色素c的氨基酸组成有差异，属于分子水平的证据。
(√)(4)同源器官和痕迹器官属于比较解剖学的证据。
(√)(5)达尔文完全否定了拉马克的进化学说，强调了自然选择的作用。
(×)(6)自然选择学说阐明了基因突变在细菌抗药性产生中的作用。
(×)教材P102“图6－3”拓展1.回答下列有关问题：(1)蝙蝠的翼、鲸的鳍、猫的前肢与人的上肢骨骼相比，在结构上有相似之处，而且排列顺序也基本一致，这说明了生物之间存在一定的亲缘关系，它们可能都是由共同的原始祖先进化而来的。
(2)这四种前(上)肢内部结构模式非常一致，但功能迥异，在形态上差别也很大，这说明结构与功能相适应。
教材P106“思考·讨论”拓展2.为什么极地狐狸的耳朵短而圆，非洲沙狐的耳朵长而大？提示极地狐狸耳朵短而圆，有利于减少散热，非洲沙狐耳朵长而大，有利于增加散热。
第6章抗生素的生物合成
第一节 研究方法
完整地阐明生物合成过程应包括： (1)促成分子建成的初级代谢物结构单元的确立。 (2)代谢途径中中间产物的分离；这些产物的结构可
能会提供关于反应次序问题的合理假设。 (3)催化每一个反应的酶的鉴定。 (4)操纵基因及其序列和组成的确定。
阻断变株可通过对产生菌进行诱变处理，然后分 离出那些不具有产生抗生素能力的菌落而获得。
将这些变株一次两个在同一摇瓶内培养，发酵液 进行抗菌活性的测定。
两种不同的突变株进行共培养
突变株单独培养时不能产生抗生素，但将 两种不同的突变株进行共培养时，则可以 产生抗生素，表明这两种突变株的突变发 生在生物合成途径中的两个不同的阶段。
在菌株培养过程中，这些中间产物则转变为终产物分子。 终产物分子的质子NMR可以显示在酶促反应中，该原子 是否被保留或被取代。
二、中间代谢物的鉴定
生物合成反应中某一步反应不能进行的突变株的 分离，是用来鉴定合成途径中某些中间产物的一 种普遍采用的适宜手段。这些被称为“阻断变株” 的突变体，常导致培养基中那些无法参与下一步 反应的底物的积累。
对核磁共振光谱峰及其偶合常数的多重性的高分辨分析， 可以揭示出两个原子是否在整个代谢过程中都连结在一 起，还是保持相对独立，或是通过不同的代谢途径掺入 的。
通过利用氘标记的前体物的NMR的研究，同样可以获取 重要的信息。与氢不同，氘在NMR中不会产生质子的共 振信号。在生物合成反应机制的研究中，氘作为一种特 殊的标记物质，在生物合成过程的反应位点上取代单个 或多个氢原子。
13C标记前体
在利用13C标记前体时，掺入单个原子的情况可以 通过产物的核磁共振(NMR)光谱来显示。
利用这项技术，分子中单个碳原子在共振光谱中以 高峰出现，其高度与其中13C的含量几乎成正比。
第6章 抗生素类药物的分析
第6章抗生素类药物的分析抗生素是指在低微浓度下即可对某些生物的生命活动有特异抑制作用的化学物质的总称。
是细菌、放线菌和真菌等微生物的代谢产物，对各种病原微生物有强大的抑制或杀灭作用。
6.1概述临床应用的抗生素，主要由生物合成-微生物发酵培养、经化学纯化、精制和化学修饰制得。
与化学合成相比，生物合成制备的抗生素，包括临床应用的抗生素，主要由生物合成发酵和提纯两大步骤。
由于发酵工艺过程复杂，不易控制。
6.1.1 抗生素类药物的主要特点1．化学纯度较低。
虽经精制提纯，一般仍含有杂质，存在较多的同系物，较多的异构体，并且降解的产物多。
2．活性组分易发生变异。
微生物菌株的变化、发酵条件的变化均可引起产品质量的变化。
3．稳定性差。
抗生素分子结构中的活泼基团不太稳定，易分解使其疗效降低，或使其失效，有时甚至引起毒副作用。
4．制备过程中易被异物污染的可能性大。
6.1.2 抗生素类药物的常规检查项目为了保证用药的安全有效，各国药典都制定了抗生素标准，规定了抗生素类药物的杂质检查项目和含量测定方法，从而保证测定结果的可靠性。
抗生素类药物的常规检验项目主要包括以下三个方面：1．鉴别试验用化学方法、理化方法以及生物学方法鉴别其属何种抗生素、何种盐或酯类，包括有官能团的显色反应、光谱法、色谱法和生物学法。
2．杂质检查抗生素类药物的检查项目除一般杂质检查外，还有以下一些特殊的检查项目。
1）毒性试验限制药品中引起急性毒性反应的杂质。
2）热原试验限制药品中引起体温异常升高的致热杂质。
3）降压试验限制药品中含有降低血压的杂质。
4）无菌试验检查药品中细菌污染的情况。
5）澄明度检查限制药品中不溶性杂质。
6）水分测定限制药品中水分含量。
7）特殊杂质检查用化学及理化方法检查药品中某些特殊杂质的含量或提取溶剂的残留量。
此外，某些抗生素，如灰黄霉素，其粒度与疗效有关，故规定控制结晶颗粒的大小。
3．效价测定抗生素的有效成分含量测定方法，主要分为微生物学法和化学及物理化学法两大类。
抗生素和生产
留糖、氮含量、pH、发酵液黏度
§4 发酵液的预处理 一、确定预处理方法的基本条件 1.了解抗生素存在的部位 2.稳定性 PH、温度 3.提取工艺对滤液质量的要求
离子交换法提取抗生素时滤液对无机离子 、灰分含量、澄清度方面比较严格
溶媒萃取法要求蛋白含量低
青霉素发酵：
2 u/ml →250 u/ml →1000 u/ml →70000u/ml
1928年 1943年 1945年
现在
选育(mutation and selection):
菌种经过诱变因素处理，然后用随机方法或
理性化方法进行筛选，获得目的变种。
二、自然选育及诱变育种
1. 自然选育
利用微生物在一定条件下产生自发突变 的原理，通过分离，筛选排除衰变型菌落， 从中选择维持原有生产水平的变株。达到纯 化、复壮菌种、稳定生产的自的。
一、青霉素的发现
1928年，Fleming发现霉素
1940年，Chain\Florey成功地分离出青霉素纯品 。 二、抗生素工业生产 1943年，美国公司开始大量生产青霉素。 1953年，上海第三制药厂开始生产青霉素。
青霉素溶解其附近的葡萄球菌菌落
抑菌圈
§3 抗生素剂量表示法及抗菌谱 一、抗生素剂量表示法
2. 影响细胞膜功能的抗生素，多粘菌素、制 霉菌素、两性霉素B
3. 抑制和干扰细胞蛋白质合成的抗生素，四 环类、链霉素、红霉素、氯霉素
• 抑制核酸合成的抗生素，利福霉素、丝裂霉 素、博莱霉素、正定霉素
• 抑制细菌生物能作用的抗生素，短杆菌肽抑 制氧化磷酸化作用
§5 抗生素用途
医疗药物、农牧业、食品保藏方面的应用。 医用抗生素应具备的条件： ①难使病原菌产生耐药性 ②具有较大的差异毒力。 ③杀菌力强或药理活性高 ④与体液或分泌物接触不致降低其活力
生物技术制药第6章
40年代末至50年代， 40年代末至50年代，确定了腺嘌呤和生长 年代末至50年代 素的比例是控制芽和根形成的主要条件之 比例高时产生芽，比例低时生成根。 一，比例高时产生芽，比例低时生成根。 60年代初 分离出植物的原生质， 年代初， 60年代初，分离出植物的原生质，开发了 化学成分完备的生长培养基。 化学成分完备的生长培养基。 60至70年代中叶 年代中叶， 60至70年代中叶，开发培养基和研究培养 方法。 方法。 75-85年优化细胞生长和次级代谢产物形 75-85 年优化细胞生长和次级代谢产物形 成的研究。 成的研究。 90年代红豆杉细胞培养生产抗癌新药紫杉 90年代红豆杉细胞培养生产抗癌新药紫杉 醇。
1、无机盐
有大量元素和微量元素，30毫克每升为界限 毫克每升为界限， 有大量元素和微量元素，30毫克每升为界限， 大量有氮、 大量有氮、硫、磷、钾、镁、钙、氯、钠。 微量有铁、 微量有铁、锰、碘、钼、铜、锌。磷的消耗 很快，但机体自身可产生磷可满足需要，氮 很快，但机体自身可产生磷可满足需要， 常以铵盐或硝酸盐形式提供。 常以铵盐或硝酸盐形式提供。钾、镁、钙、 离子对细胞代谢必不可少镁离子参与多种辅 酶和激活子的合成；钾离子、 酶和激活子的合成；钾离子、钙离子可抑制 某些酶的活性， 某些酶的活性，有时钙离子也可保持某些酶 的活性或稳定性。微量元素的作用是参与辅 的活性或稳定性。 酶的形成，并可诱导酶的合成。 酶的形成，并可诱导酶的合成。
二、植物细胞培养的发展简史
19世纪上半叶， 提出了细胞学说， 20世 19 世纪上半叶， 提出了细胞学说 ， 20 世 世纪上半叶 纪初叶， 纪初叶 ， 德国著名植物学家依据细胞理 论 ， 首次提出了高等植物的器官和组织 可以不断分割， 直至单个细胞。 20世纪 可以不断分割， 直至单个细胞 。 20世纪 20年代初至 30年代 年代初至30 年代， 20 年代初至 30 年代 ， 胚胎培养和器官培 养取得了一些成果。 养取得了一些成果。 30年代末至 40年代 年代末至40 年代， 30 年代末至 40 年代 ， 植物细胞器官与营 养需求之间的关系。 养需求之间的关系。
抗生素名词解释药物化学
抗生素名词解释药物化学
抗生素是一类能够抑制或杀灭细菌、真菌或其他微生物生长和繁殖的药物。
它们是由微生物（如细菌、真菌、放线菌等）产生的天然产物或经化学合成得到的药物。
抗生素的药物化学结构和作用机制多样，常见的抗生素包括
β-内酰胺类、青霉素类、四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类、糖肽类、多肽类等。
这些抗生素通过不同的方式影响细菌的生长和繁殖，从而发挥抗菌作用。
抗生素的药物化学结构决定了它们的抗菌活性、药代动力学特性和药物相互作用等。
例如，β-内酰胺类抗生素的药物化学结构包含β-内酰胺环结构，这使得它们能够抑制细菌的细胞壁合成，从而导致细菌死亡。
青霉素类抗生素则包含β-内酰胺环和青霉素核心结构，通过抑制细菌的细胞壁合成酶来发挥抗菌作用。
抗生素的药物化学还涉及到它们的药代动力学特性，如吸收、分布、代谢和排泄等。
这些特性会影响抗生素在体内的药效和副作用。
此外，抗生素的药物化学还与药物相互作用有关。
抗生素可能
与其他药物发生相互作用，影响它们的疗效或增加不良反应的风险。
因此，在使用抗生素时，医生需要考虑药物相互作用的可能性，并
进行合理的用药管理。
总的来说，抗生素作为一类重要的药物，其药物化学结构和作
用机制对其抗菌活性、药代动力学特性和药物相互作用等方面具有
重要影响。
了解抗生素的药物化学有助于我们更好地理解其作用机
制和合理使用。
抗生素的生物合成
• 1、大环内酯抗素的生物合成
• 大环内酯抗生素又可分为非多烯类和多烯类
• 前者有12元环的：酒霉素和新酒霉素；
• 3. 次级代谢酶的专一性低
• 一条途径中缺失某一个酶后，该酶反应前面的 物质并不积累，反应顺序后面的酶仍能起作用， 产生出一个分支代谢产物。例如金霉素链霉菌
（S. aureofaciens）失去氯化能力或培养基中
没有氯化物存在时，不能合成金霉素。但用于 合成金霉素的中间产物，仍可进行氨基化、甲 基化反应，进而合成四环素。
三、抗生素生物合成的研究方法
• 与次级代谢产物的多样性不同，微生物生物合成次级 代谢产物的生化反应可以归纳为数目有限的若干条生 物合成途径。论证生物合成途径的一般步骤为：①确 定构成目的产物的构建单位即生源；②确定生物合成 途径中的关键的中间产物，合理地推断反应顺序；③ 分离鉴别生物合成反应中的关键酶。
• 6. 次级代谢与质粒的关系
• 吖啶黄插入质粒DNA双链碱基对之间，造成碱 基对增加或减少，高温则使质粒变性。它们使 原来产生抗生素的质粒不能复制，从而影响抗 生素的产生，说明了质粒控制着抗生素的合成。
• 从春日霉素和金丝霉素产生菌春日链霉菌的体 内分离出质粒，经电镜观察有三种不同长度 （15μm、3.4μm和0.59μm）的DNA。含有 15μmDNA的质粒控制春日霉素的合成；含有 3.4μm DNA的质粒，控制金丝霉素合成。
• ③噻唑环的形成。噻唑环的形成过程也还不甚清楚
• ④青霉素G、6－APA的形成。三肽化合物闭环以后，形 成异青霉素N，它是合成各种青霉素的前体。其中的侧 链是α-氨基己二酸。它可以被酰基转移酶催化转换成其 他侧链。在发酵液中加入苯乙酸，与α-氨基己二酸进行 交换后，带上苯乙酸侧链就是青霉素G。异青霉素N被 青霉素酰化酶催化使侧链裂解生成6－APA。它是合成 各种半合成青霉素的主要原料。
第章抗生素
抗生素药物杀菌作用的4种主要机制：
1．抑制细菌细胞壁的合成
抑制细胞壁的合成会导致细菌细胞破裂死亡，以 这种方式作用的抗菌药物至少包括青霉素类和头 孢菌素类，哺乳动物的细胞没有细胞壁，膜相互作用而影响膜 的渗透性，这对细胞具有致命的作用。以这种 方式作用的抗生素有多粘菌素和短杆菌素。
青霉素类 包括天然青霉素和半合成青霉素。
青霉素钠 苄青霉素 青霉素G
β-内酰胺环 6-氨基青 四氢噻唑环 霉烷酸 6-苯乙酰胺基 (6-APA)
O HH 4
NH 6 5 S
7N 3
O
1 H
2 COONa
由半胱氨酸、缬氨酸及侧链构成
O
HH NH 6 5
S4
7N 3
O
1 H
2 COONa
–呼吸道、泌尿道、皮肤和软组织、生殖器官等 部位
C-3位取代基的重要性
非经典
碳青霉烯
青霉烯
氧青霉烷 单环的 β-内酰胺
结构特征
1. 都具有一个四元的b-内酰胺环； 2. N相邻的C上连有一个-COOH； 3. b-内酰胺的-C上均有一个酰胺侧链； 4. 立体化学：稠合环都不共平面。
O HH S
N H
N O
ONa O
X单晶衍射 苄青霉素钾的三维立体结构图像
一、青霉素类 二、头孢菌素类 三、非经典的β-内酰胺抗生素及β-内酰胺酶抑制剂
作用机制 抑制细菌细胞壁的生物合成。
细菌细胞壁 包裹在细胞外面的一层刚性
结构 –决定着微生物细胞的形状 –保护,不因内部高渗透压而 破裂
细菌细胞壁成分：
主要成分 粘肽 线型高聚物在粘肽转肽酶的催化下，经 转肽反应形成网状的细胞壁
β-内酰胺类抗生素的作用部位
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所积累的产物可以被分离和鉴定
为证实这些产物的确是生物合成途径的中间 产物，可以通过原始出发菌株，由这些中间 产物转变为终产物的实验以进行评价。
例如，我们可以将中间产物加入到产生菌的 细胞悬浮物中，几小时后，测定其中抗生素 的生成量，再与对照组中合成抗生素的量进 行比较。
(2)乙酸中的羧基碳缩合成丙二酸的亚甲基碳；与此同时， 丙硫脂二酶酸作的用自下由与羧A基C以P相CO连2接的。形式失去，形成乙酰乙酸，在
(3)乙酰乙酸中的酮基被还原为羟基。随后脱水产生一个双 键，该双键在第二步还原反应中被饱和生成丁酸酯部分。
(4)延伸中的链被转移到缩合酶，另一个丙酸单位与ACP连 接，反应重复进行，直至达到适合的链长。由硫脂酶将该 脂肪酸释放出去。
13C标记前体
在利用13C标记前体时，掺入单个原子的情况可以 通过产物的核磁共振(NMR)光谱来显示。
利用这项技术，分子中单个碳原子在共振光谱中以 高峰出现，其高度与其中13C的含量几乎成正比。
标记物的渗入度可由所标记分子的峰值与天然产物 的峰值之比来表示(13C的天然富足度为1.1％) 。
第六章 抗生素的生物合成 及产生的遗传学
第一节 研究方法
完整地阐明生物合成过程应包括： (1)促成分子建成的初级代谢物结构单元的确立。 (2)代谢途径中中间产物的分离；这些产物的结构可
能会提供关于反应次序问题的合理假设。 (3)催化每一个反应的酶的鉴定。 (4)操纵基因及其序列和组成的确定。
确定生物合成基因两种不同策略
1．将某种抗生克隆。从这些抗性克隆中分离出编码自身抗性 的基因，然后可以着手分离侧翼的结构基因。
2．利用在相类似的生物合成途径中功能相似的基 因通常具有的高度的同源性，可将相类似的生物合 成途径的基因进行杂交。
一、追踪技术
为确定相应的结构单元，将所设想的抗生素前体 用14C，3H或13C等同位素标记，再将其加入到产 生菌的培养物中，最好是在生长后期加入。
经过一段时间的培养后，提取其中相应的抗生素， 纯化，检测所掺入的同位素。
在使用放射性同位素进行标记的过程中，常常需 要对分子进行化学降解，以确定放射性同位素所 掺入的组成该分子的原子。
分子常为小的分支的脂肪酸，并且还形成 15～17个碳的分支脂肪酸。 另外，还常伴随有一步还原反应被省掉， 形成线性不饱和脂肪酸。
聚酮类抗生素合成的聚合反应不同点
聚酮类抗生素合成的聚合反应过程还由两 种类型的合成酶所催化：多功能酶I型聚酮 亚甲基合酶(PKS I)和多酶复合物II型聚酮 亚甲基合酶(PKS II)。
在脊椎动物和酵母中，FAS是含有两个亚 基(I型FAS)的大的多功能酶；而在细菌和 较高等的植物中，则是一个多酶复合体， 可被分解为七个以上不同的酶(II型FAS)。
脂肪酸聚合反应的几个必要的步骤
(1)作为乙酸起始物分子和作为丙二酸延长单位与合成酶如 硫脂酶相连接：乙酸与缩合酶亚基(或区域)相连接，而丙 二酸与酰基载体蛋白(ACP)相连接。
(2)肽类抗生素，由氨基酸缩合而成，其过 程与聚酮体合成的过程相似。
(3)类异戊二烯类抗生素，由多个异戊二烯 单位缩合而成。
(4)氨基糖苷类抗生素，由多个糖单位聚合 而成，类似于多糖的合成过程。
一、初级代谢与次级代谢的关系
次级代谢物的大量生成与细胞的初级代谢 相比发生了相当大的变化。这种变化体现 在要为次级代谢物的生成提供物质和能量 (ATP)以及还原性辅酶。
将产抗株(尤其是高产突变株)与不产抗株 作比较，二者中与抗生素生物合成并无直 接关系的酶的水平也可能存在实质性的不 同。
二、抗生素“家族”的合成
一个微生物株系常常会产生几种代谢物，这些代 谢物在其化学结构与生物学活性上相类似，因而 共同组成一个抗生素“家族”。
家族化合物的生成并不仅仅局限于抗生素类，而 是次级代谢的一个普遍特征，这一特征归因于酶 对相应底物缺乏特异性。事实上，酶通常只识别 底物分子的特异区。结构非常相似的比较大的分 子，在与酶促作用位点无空间关系的区域内，存 在一些细小的差异。这些大分子物质在相应的反 应中，会被酶当作底物而识别。
叶酸
O H 5
3 4 N6
N
C H 2 N
2 H 2N N N 7
H
18
C O N H C H C H 2C H 2C O O H C O O H
蝶啶焦磷酸酯
对氨基苯甲酸 谷氨酸
蝶啶焦磷酸酯
对氨基苯甲酰谷氨酸
相似代谢物的聚合
(1)来源于聚酮体合成的抗生素。其聚合反 应机制与脂肪酸合成反应的机制相类似。
转氨基
霉
阻
断
对氨基苯丙酮酸
变
株
全
素 的 生
部 中 羟基化
物
间 产
合
物 的
成
方
法
还原
氧化
酶已被鉴定
C
( )
谢氨这 中基种 只出产 有现物 对在的 位苯一 或甲个 邻酸与 位羧众 氨基不 基的同 苯间的 甲位特 酸上征 。在初级代，是有一个
12 3
2 13
重排
-H2O
-H2O
成安
中莎
关霉
键素
的和
中丝
间裂
第三节 初级代谢产物向抗生素 或抗生素组成部分的转化
一、与氨基酸代谢有关的生物合成途径 二、与核苷酸代谢有关的生物合成途径 三、与辅酶代谢有关的生物合成途径
一、与氨基酸代谢有关的生物合成途径
一些抗生素，或一些大分子抗生素的组成 部分，来源于氨基酸合成代谢或分解代谢 的中间产物。
由
氯
分 离
生物合成基因确定后，将其核苷酸序列与数据库中 已知的序列进行比较，可以揭示出基因产物的功能 和特性，即其酶促作用和调节机能。而且，所推断 的酶的氨基酸序列可能有助于我们了解生物合成反 应的机制。
第二节 生物合成反应与途径
合成抗生素的酶促反应与生成初级代谢产 物的中间代谢并非有根本的不同。
事实上，催化特殊代谢物合成的酶是由普 通代谢中的酶进化而来。
克拉维酸的生物合成途径
精氨酸
环化 环化
β位羟基化
二、与核苷酸代谢有关的生物合成途径
具有核苷类结构的抗生素是经过与核苷酸 合成有关的途径，或通过常见核苷的修饰 作用而生成的。
核苷酸合成的途径
1. 从头合成。 2. 通过一种称为“补救途径”的方式合成。
这种补救途径包括外源嘌呤或嘧啶碱基的 核糖基化作用。 有几种抗生素是从修饰常见的核苷或核苷 酸而生成的。
三、酶的鉴定
通过比较产抗生素株与不产抗生素变株中酶 的活力，有时可以获取有关生物合成途径的 一些信息。
产抗生素株中一种酶活力的存在，与阻断变 株中该酶的缺失，即可有力地证明这种酶在 该生物合成途径中起着重要的作用。
在示踪技术和中间物的分离技术为生物合成 次序的确定提供足够信息的基础上，有可能 从酶的角度来研究单个合成反应。
2-13C标记的乙酸掺入替考拉宁
(A)通过常规发酵得出的替考 拉宁13C-NMR光谱(δ20125 ppm带)； (B)通过[213C]标记的乙酸掺入发酵所得 出的替考拉宁的光谱。可以看 出，乙酸是二羟苯甘氨酸部分 (小圆点)和脂肪酸链(大圆点) 的前体物质。
2H标记前体物分子中两个相邻的原子
阻断变株可通过对产生菌进行诱变处理，然后分 离出那些不具有产生抗生素能力的菌落而获得。
将这些变株一次两个在同一摇瓶内培养，发酵液 进行抗菌活性的测定。
两种不同的突变株进行共培养
突变株单独培养时不能产生抗生素，但将 两种不同的突变株进行共培养时，则可以 产生抗生素，表明这两种突变株的突变发 生在生物合成途径中的两个不同的阶段。
抗生素生物合成的途径可分两大类
１．对初级代谢产物的修饰反应。
这类反应与初级代谢物的合成与分解反应相类似， 例如象氨基酸或核苷酸的代谢反应。这些反应的 产物可以是一种抗生素，或者是一种结构较为复 杂的抗生素的组成成分。在初级代谢物中，有的 分子由两个或两个以上的单位组成，如叶酸或辅 酶A等。 2．相似代谢物的聚合。 通过这些反应，通常是先形成复杂而又关键的中 间物，然后经过进一步修饰，生成具有活性的终 产物分子。
以此起始经一系列反应完成的。
OH 5
3 4 N6
N
CH2 N
2 H2N N N 7
H
18
叶 酸
O
CONHCHCH2CH2COOH HN
N
COOH
H2N N N H
PPPR
鸟 嘌 呤 核 苷 三 磷 酸
核苷类抗生素，包括一些杀结核菌素，如丰加 霉素与蝶啶生物合成的相似性。
核糖是完成蝶啶和抗生素分子两者合成所需要 的三个碳原子的供体。
阿糖腺苷的合成
氧化
烯醇化
还原
酮基
阿糖腺苷是通过2’－羟基腺苷的差向异构比作用而合成
嘌呤霉素的生物合成
氨基化
酪氨酸 酰胺化
乙酰化
腺嘌呤核苷 3’—氨基—3’—脱氧腺苷
N-甲基化
O-甲基化
去乙酰化
失活作用
嘌呤霉素
三、与辅酶代谢有关的生物合成途径
叶酸中的蝶啶部分及核黄素的合成，是以甲酸 的形式，将鸟嘌呤核苷三磷酸第八位碳去掉，
对核磁共振光谱峰及其偶合常数的多重性的高分辨分析， 可以揭示出两个原子是否在整个代谢过程中都连结在一 起，还是保持相对独立，或是通过不同的代谢途径掺入 的。
通过利用氘标记的前体物的NMR的研究，同样可以获取 重要的信息。与氢不同，氘在NMR中不会产生质子的共 振信号。在生物合成反应机制的研究中，氘作为一种特 殊的标记物质，在生物合成过程的反应位点上取代单个 或多个氢原子。
四、遗传学与重组DNA技术