第5章 大环内酯类抗生素
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丙酮 2V H2O
红霉素纯品（970U/mg）
符合药典
红霉素盐化合物的制备： 在萃取溶剂中直接成盐的方法 醋酸丁酯 10~15%，pH=8~10 高浓度萃取液
多次提取发酵液 干燥、过滤 无水Na2SO4
滤液
pH5.1 乳酸的醋酸 丁酯溶液
55℃以下 真空干燥
成品
白色乳酸盐结晶
提取和精制
红霉素是碱性化合物，在酸性和中性条件下呈阳离子
第五章
大环内酯类抗生素
1 3 2 3 4
概述
红霉素的结构与理化性质
红霉素的生物合成 红霉素的生产工艺
一、概 述
大环内酯类抗生素是以一个大环内酯为母
体，通过羟基，以苷键和 1~3个分子的糖相连结
的一类抗生素。
大环内酯类抗生素
大多数 某些
碱性大环内酯类抗生素 的抗菌活性较强 十六元大环内酯抗生素 抗菌活性最强
碳标记
去氧氨基己糖
侧链
蛋氨酸 + 谷氨酸
H 3C
O CH3 OH OH CH3 CH3 H 3C OH N CH3 HO H 3C O O O CH3 CH3 OCH3 O O CH3 CH3 OH O CH3
四、红霉素的生产工艺
一、生产菌种
红霉素链霉菌
与亲本相似 合成培养基
（沙土管或冷冻管保存）
低交联度磺酸型阳离子交换树脂
交联度越高，吸附红霉素的能力越差
离子交换法提取
提取和精制
红霉素发酵液
pH5.5~7.0 1~5.5%多孔性阳 离子交换树脂 低交联度钠型羧酸 阳离子交换树脂
吸附
H2O
吸附法
洗涤
3%甲醇 60%甲醇
脱色
0.25mol/L氨的 90%甲醇溶液
洗脱
50℃真空蒸发
浓缩液
5
357
40
0
4、发酵条件控制
在稀薄培养基中 DO CO2 丰富培养培养基中 分压增加 红霉素生物合成不受通气影响 产量随通气速率的增加而提高
抑制红霉内酯的生物合成而降低发酵单位
CO2 + 丙酸盐 甲基丙二酸
pH
不影响菌体的生长 生长的最适pH为6.6~7.0，合成的最适pH为6.7~6.9
提取和精制
分子特征：具有26 ~ 28元大环内酯 多元环内酯环中，具有4~7个共轭双链 按照所含共轭双键的数目： 四烯
七烯
五烯 六烯 七烯
六烯
五烯 四烯
活性
多烯大环内酯和大环内酯抗生素之间的生物学差别
生物学特性
抗菌谱 作用部位
多烯大环内酯抗生素
大环内酯抗生素
无抗细菌活力，有抗酵母、 有抗G+、嗜血杆菌属、布鲁杆菌 霉菌和丝状真菌的活力 属、奈氏球菌属的活力 细胞膜内的固醇 70S核糖核蛋白
OHH+
内酯环开裂 苷键水解
不再闭环
6 mol/L HCl
红霉糖胺 + 红霉糖 去氧氨基己糖
水解
c、红霉素 酮基还原二氢红霉素
（无抗菌活性）
NaBH4
二氢红霉内酯
红霉素在酸性溶液中不稳定
精制红霉素B 红霉素B在酸性溶液中比较稳定
强酸水解
巴豆醛衍生物
三、红霉素的生物合成
红霉内酯 红霉素 红霉糖 1 丙酰CoA 6 甲基丙二酰CoA Glucose + Fructose 同位素法
按结构划分：
多氧大环内酯
多烯大环内酯 蒽沙大环内酯 大环内酯类
二甲胺基糖
1、多氧大环内酯抗生素
碱性
12元环
14元环
16元环
去氧氨基己糖
碳霉氨基糖
碳霉糖
竹桃糖
作用机理：与核糖蛋白体 50S亚基的特殊部位结合，选择性 抑制原核蛋白质合成。对病原性细菌有选择性抑制效应，因
而其毒副作用较低。
2、多烯大环内酯抗生素
反萃取酸：醋酸缓冲液、磷酸缓冲液、柠檬酸缓冲液 硼酸
×
提取和精制
萃取：pH9~10 溶液的pH值 反萃取：pH4~5 萃取中所形成的乳浊液的稳定性随pH值的升高而增加 萃取选择性最高，红霉素最纯
不含胰酶的蛋白酶及酯酶保温 消化处理发酵液
减轻或避免提炼过程中的乳化 现象，提高发酵液单位
提取和精制
红霉素制品
C源：淀粉、葡萄糖 N源：黄豆饼粉、硫酸铵 缓冲剂：碳酸钙 前体：丙酸
红霉素发酵一般都使用复合培养基
1、碳源的控制
发酵培养基最适碳源是蔗糖（7.0%）
碳源效果：蔗糖＞葡萄糖＞淀粉＞糊精
葡萄糖+果糖
分解速率=利用速率
葡萄糖抑制效应 发酵过程通过补料形式控制糖浓度，避免红霉素合成停止
发酵生产及控制要点
活化
母瓶
接种、孢子培养
37℃、7~8d、避光
孢子
一级种子培养
28℃~35 ℃ 接种量10%、pH7.0 28℃~35 ℃
二级种子培养
放罐
发酵罐
孢子培养基：淀粉、玉米浆、硫酸铵等（培养基配比、琼脂） 种子培养基：淀粉、葡萄糖、黄豆饼粉、硫酸铵和碳酸钙等
（种子培养基的成分和质量、种子培养消耗功率）
发酵生产及控制要点
作用方式
改变细胞的渗透性
抑制肽酰基合成酶和转移作用
Baidu Nhomakorabea
3、蒽沙大环内酯抗生素
环桥类抗生素，其脂肪链的结构和立体化学与大环内酯 类相似。（一个脂肪链桥经过酰胺键与芳香基团平面两 个不相邻位置相连接）
含萘醌的抗生素 含苯醌的抗生素
抗菌谱较广。对 G + 菌和某些 G - 菌、支原体等有较强的
作用，还具有抗癌活性。
原理：红霉素是碱性化合物，碱性时可溶于有机溶剂中，而在 酸性时则能溶于水中。目前主要采用溶剂萃取法来提取。
过滤 调pH=9.8~10.2
发酵液
原滤液
醋酸丁酯
丁酯萃取液
调pH=4.0~4.2 缓冲溶液
丁酯二次萃取液
丙酮
调pH=9.8~10.2
丁酯二次萃取
缓冲液萃取相
红霉素结晶
重结晶
红霉素纯品
溶剂：醋酸丁酯、二氯甲烷、丙酮
2、前体浓度的控制
红霉内酯的前体物质 丙酸 抑制菌体生长
连续或间隙添加，控制在0.2%
3、氮源的控制
红霉素生产中一般多用有机氮源 Val影响最大
抑制
N源耗尽，菌体量停止生长
合成红霉素
在发酵过程中控制培养液的C/N是提高发酵水平的关键
发酵生产及控制要点
3、铁盐的控制
铁盐可以降低红霉素的产量
Fe3+/(µ g/ml) 0（对照） 效价（/ml） 383 Fe3+/(µ g/ml) 20 效价（/ml） 279
去氧氨基己糖
N O OR' OH
红霉糖
O
O O
H
物理性质
1、碱性：能与无机或者有机酸类形成在水中溶解度 较大的盐类。 2、结晶形式：白色或类白色的结晶或粉末，3种 3、溶解性：易溶于醇类、醚、丙酮、氯仿和乙酸乙
酯等有机溶剂。不甚溶于水，在水中的
溶解度随温度的升高而减小，55℃时溶
解度最小。（结晶沉淀）
4、无臭，味苦，微有引湿性。
3、稳定性
干燥结晶状态稳定
O CH3 OH OH CH3 CH3 H 3C OH N CH3 HO 13 H3C O O O CH3 CH3 1 1′ 2 OCH3 O O 1′ CH3 CH3 OH O 5′ CH3
H+
H 3C
pH6~8的水溶液中稳定
4、化学性质
a、红霉素 b、红霉素
二、红霉素的结构与理化性质
来源：由链霉菌产生弱碱性抗生素
结构特点：红霉素是由红霉内酯与
去氧氨基己糖和红霉糖缩合而成的
O OR OH HO O
红霉内酯
碱性苷。
根据侧链R和R’的不同，分为：
组分 R R’ 组分 红霉素C 红霉素D R H H R’ OH 红霉素A CH3 OH 红霉素B CH3 H
OH
淡黄色变为微 带褐的红色
快中子 10~30krad 诱变育种
颜色特征 不同于亲本 丧失合成能力
正变株频率
产 生 孢 子
产量
不 产 生 孢 子 产量 低或 不分 泌红 霉素
形态变异
红霉素的生物合成与亲本的培养特征有关
发酵工艺及控制要点
红霉素发酵一般采用孢子悬液接入种子罐，经二级种子扩 大培养后移入发酵罐，利用分批补料的方式，进行发酵生产。 红霉素链霉菌
红霉素纯品（970U/mg）
符合药典
红霉素盐化合物的制备： 在萃取溶剂中直接成盐的方法 醋酸丁酯 10~15%，pH=8~10 高浓度萃取液
多次提取发酵液 干燥、过滤 无水Na2SO4
滤液
pH5.1 乳酸的醋酸 丁酯溶液
55℃以下 真空干燥
成品
白色乳酸盐结晶
提取和精制
红霉素是碱性化合物，在酸性和中性条件下呈阳离子
第五章
大环内酯类抗生素
1 3 2 3 4
概述
红霉素的结构与理化性质
红霉素的生物合成 红霉素的生产工艺
一、概 述
大环内酯类抗生素是以一个大环内酯为母
体，通过羟基，以苷键和 1~3个分子的糖相连结
的一类抗生素。
大环内酯类抗生素
大多数 某些
碱性大环内酯类抗生素 的抗菌活性较强 十六元大环内酯抗生素 抗菌活性最强
碳标记
去氧氨基己糖
侧链
蛋氨酸 + 谷氨酸
H 3C
O CH3 OH OH CH3 CH3 H 3C OH N CH3 HO H 3C O O O CH3 CH3 OCH3 O O CH3 CH3 OH O CH3
四、红霉素的生产工艺
一、生产菌种
红霉素链霉菌
与亲本相似 合成培养基
（沙土管或冷冻管保存）
低交联度磺酸型阳离子交换树脂
交联度越高，吸附红霉素的能力越差
离子交换法提取
提取和精制
红霉素发酵液
pH5.5~7.0 1~5.5%多孔性阳 离子交换树脂 低交联度钠型羧酸 阳离子交换树脂
吸附
H2O
吸附法
洗涤
3%甲醇 60%甲醇
脱色
0.25mol/L氨的 90%甲醇溶液
洗脱
50℃真空蒸发
浓缩液
5
357
40
0
4、发酵条件控制
在稀薄培养基中 DO CO2 丰富培养培养基中 分压增加 红霉素生物合成不受通气影响 产量随通气速率的增加而提高
抑制红霉内酯的生物合成而降低发酵单位
CO2 + 丙酸盐 甲基丙二酸
pH
不影响菌体的生长 生长的最适pH为6.6~7.0，合成的最适pH为6.7~6.9
提取和精制
分子特征：具有26 ~ 28元大环内酯 多元环内酯环中，具有4~7个共轭双链 按照所含共轭双键的数目： 四烯
七烯
五烯 六烯 七烯
六烯
五烯 四烯
活性
多烯大环内酯和大环内酯抗生素之间的生物学差别
生物学特性
抗菌谱 作用部位
多烯大环内酯抗生素
大环内酯抗生素
无抗细菌活力，有抗酵母、 有抗G+、嗜血杆菌属、布鲁杆菌 霉菌和丝状真菌的活力 属、奈氏球菌属的活力 细胞膜内的固醇 70S核糖核蛋白
OHH+
内酯环开裂 苷键水解
不再闭环
6 mol/L HCl
红霉糖胺 + 红霉糖 去氧氨基己糖
水解
c、红霉素 酮基还原二氢红霉素
（无抗菌活性）
NaBH4
二氢红霉内酯
红霉素在酸性溶液中不稳定
精制红霉素B 红霉素B在酸性溶液中比较稳定
强酸水解
巴豆醛衍生物
三、红霉素的生物合成
红霉内酯 红霉素 红霉糖 1 丙酰CoA 6 甲基丙二酰CoA Glucose + Fructose 同位素法
按结构划分：
多氧大环内酯
多烯大环内酯 蒽沙大环内酯 大环内酯类
二甲胺基糖
1、多氧大环内酯抗生素
碱性
12元环
14元环
16元环
去氧氨基己糖
碳霉氨基糖
碳霉糖
竹桃糖
作用机理：与核糖蛋白体 50S亚基的特殊部位结合，选择性 抑制原核蛋白质合成。对病原性细菌有选择性抑制效应，因
而其毒副作用较低。
2、多烯大环内酯抗生素
反萃取酸：醋酸缓冲液、磷酸缓冲液、柠檬酸缓冲液 硼酸
×
提取和精制
萃取：pH9~10 溶液的pH值 反萃取：pH4~5 萃取中所形成的乳浊液的稳定性随pH值的升高而增加 萃取选择性最高，红霉素最纯
不含胰酶的蛋白酶及酯酶保温 消化处理发酵液
减轻或避免提炼过程中的乳化 现象，提高发酵液单位
提取和精制
红霉素制品
C源：淀粉、葡萄糖 N源：黄豆饼粉、硫酸铵 缓冲剂：碳酸钙 前体：丙酸
红霉素发酵一般都使用复合培养基
1、碳源的控制
发酵培养基最适碳源是蔗糖（7.0%）
碳源效果：蔗糖＞葡萄糖＞淀粉＞糊精
葡萄糖+果糖
分解速率=利用速率
葡萄糖抑制效应 发酵过程通过补料形式控制糖浓度，避免红霉素合成停止
发酵生产及控制要点
活化
母瓶
接种、孢子培养
37℃、7~8d、避光
孢子
一级种子培养
28℃~35 ℃ 接种量10%、pH7.0 28℃~35 ℃
二级种子培养
放罐
发酵罐
孢子培养基：淀粉、玉米浆、硫酸铵等（培养基配比、琼脂） 种子培养基：淀粉、葡萄糖、黄豆饼粉、硫酸铵和碳酸钙等
（种子培养基的成分和质量、种子培养消耗功率）
发酵生产及控制要点
作用方式
改变细胞的渗透性
抑制肽酰基合成酶和转移作用
Baidu Nhomakorabea
3、蒽沙大环内酯抗生素
环桥类抗生素，其脂肪链的结构和立体化学与大环内酯 类相似。（一个脂肪链桥经过酰胺键与芳香基团平面两 个不相邻位置相连接）
含萘醌的抗生素 含苯醌的抗生素
抗菌谱较广。对 G + 菌和某些 G - 菌、支原体等有较强的
作用，还具有抗癌活性。
原理：红霉素是碱性化合物，碱性时可溶于有机溶剂中，而在 酸性时则能溶于水中。目前主要采用溶剂萃取法来提取。
过滤 调pH=9.8~10.2
发酵液
原滤液
醋酸丁酯
丁酯萃取液
调pH=4.0~4.2 缓冲溶液
丁酯二次萃取液
丙酮
调pH=9.8~10.2
丁酯二次萃取
缓冲液萃取相
红霉素结晶
重结晶
红霉素纯品
溶剂：醋酸丁酯、二氯甲烷、丙酮
2、前体浓度的控制
红霉内酯的前体物质 丙酸 抑制菌体生长
连续或间隙添加，控制在0.2%
3、氮源的控制
红霉素生产中一般多用有机氮源 Val影响最大
抑制
N源耗尽，菌体量停止生长
合成红霉素
在发酵过程中控制培养液的C/N是提高发酵水平的关键
发酵生产及控制要点
3、铁盐的控制
铁盐可以降低红霉素的产量
Fe3+/(µ g/ml) 0（对照） 效价（/ml） 383 Fe3+/(µ g/ml) 20 效价（/ml） 279
去氧氨基己糖
N O OR' OH
红霉糖
O
O O
H
物理性质
1、碱性：能与无机或者有机酸类形成在水中溶解度 较大的盐类。 2、结晶形式：白色或类白色的结晶或粉末，3种 3、溶解性：易溶于醇类、醚、丙酮、氯仿和乙酸乙
酯等有机溶剂。不甚溶于水，在水中的
溶解度随温度的升高而减小，55℃时溶
解度最小。（结晶沉淀）
4、无臭，味苦，微有引湿性。
3、稳定性
干燥结晶状态稳定
O CH3 OH OH CH3 CH3 H 3C OH N CH3 HO 13 H3C O O O CH3 CH3 1 1′ 2 OCH3 O O 1′ CH3 CH3 OH O 5′ CH3
H+
H 3C
pH6~8的水溶液中稳定
4、化学性质
a、红霉素 b、红霉素
二、红霉素的结构与理化性质
来源：由链霉菌产生弱碱性抗生素
结构特点：红霉素是由红霉内酯与
去氧氨基己糖和红霉糖缩合而成的
O OR OH HO O
红霉内酯
碱性苷。
根据侧链R和R’的不同，分为：
组分 R R’ 组分 红霉素C 红霉素D R H H R’ OH 红霉素A CH3 OH 红霉素B CH3 H
OH
淡黄色变为微 带褐的红色
快中子 10~30krad 诱变育种
颜色特征 不同于亲本 丧失合成能力
正变株频率
产 生 孢 子
产量
不 产 生 孢 子 产量 低或 不分 泌红 霉素
形态变异
红霉素的生物合成与亲本的培养特征有关
发酵工艺及控制要点
红霉素发酵一般采用孢子悬液接入种子罐，经二级种子扩 大培养后移入发酵罐，利用分批补料的方式，进行发酵生产。 红霉素链霉菌