β-内酰胺类抗生素的作用机制总结

β-内酰胺类抗生素的作用机制

摘要

抗生素一般是指某些微生物在代谢过程中所产生的化学物质。这些物质常以极小的浓度,对其他微生物产生抑制或杀灭作用，随着抗生素研究的发展，目前，抗生素的来源已经由微生物扩大到动植物并可利用化学合成或半合成方法制取。抗生素不仅用于细菌感染，还可用于治疗肿瘤以及由原虫、病毒和立克次体所引起的疾病，本文通过介绍β-内酰胺类抗生素的化学结构来说明β-内酰胺类抗生素的作用机理，为β-内酰胺类抗生素的使用提供参考。

关键词：抗生素；化学结构；头孢

I

Abstract

Antibiotics are generally refers to the chemical substances produced by some microorganisms in the process of metabolism. These substances often to the minimal concentration and on other microorganisms produce inhibitory or killing effects, along with the development in the study of antibiotics, at present, sources of antibiotics has by microbial expanded to animals and plants and can be prepared by chemical synthesis or semi synthesis method. Antibiotics not only for bacterial infection, can also be used for cancer treatment and caused by protozoa, viral and rickettsial diseases. In this article, through the introduction of the chemical structure of beta lactam antibiotics to illustrate the mechanism of beta lactam antibiotics, in order to provide reference for the use of beta lactam antibiotics.

Key words: Antibiotics; chemical structure; Cephalosporin

I I

目录

中文摘要..................................................................................................................................... I 英文摘要. (Ⅱ)

1. 前言 (1)

2. β-内酰胺类抗生素 (2)

2.1 β-内酰胺类抗生素的作用机制 (2)

2.2 头孢菌素类抗生素的构效关系 (4)

3. 结语 (5)

参考文献 (6)

I I I

1.前言

β-内酰胺类抗生素系指化学结构中含有四个原子组成的β-内酰胺环的一大类抗生素。种类:包括临床最常用的青霉素类与头孢菌素类,以及新发展的头霉素类、硫霉素类、单环β-内酰胺类等其他非典型β-内酰胺类抗生素。优点:杀菌活性强、毒性低、适应证广及临床疗效好。本类药物化学结构,特别是侧链的改变形成许多不同抗菌谱和抗菌作用以及各种临床药理学特性的抗生素。缺点:由于β-内酰胺是由四个原子组成,分子张力比较大,使其化学性质不稳定易发生开环导致失活。

β-内酰胺类抗生素是最大的一类抗生素,在临床应用上占有重要地位.其作用机制主要是干扰细菌细胞壁的合成,从而抑制甚至杀死细菌.β-内酰胺类抗生素是一类在结构上具有β-内酰胺环(β-lactam),呈抗菌活性的天然或经化学改造的化合物的总称.根据与β-内酰胺环所连结的杂环的化学结构,β-内酰胺类抗生素可分为青霉素类(Penicillins)、头孢菌素类(Cephalosporins)以及非典型β-内酰胺类.非典型β-内酰胺类抗生素主要有:碳青霉烯类(Carbapenem)、青霉烯类(Pen-em)、氧青霉烷(Oxypenem)和单环β-内酰胺(Monobactam).β-内酰胺类抗生素的结构如图1所示.

图1 β-内酰胺类抗生素的母环结构

- 1 -

2. β-内酰胺类抗生素

2.1 β-内酰胺类抗生素的作用机制

β-内酰胺类抗生素具有很强的抗菌活性,这与它们的作用机制有关.β-内酰胺类抗生素可以通过抑制D-丙氨酰-D-丙氨酸转肽酶来抑制细菌细胞壁的合成.粘肽(Mucopeptide,Peptidoglycan)是细菌细胞壁的主要成分,是细胞壁结构中最硬的坚韧层,作用在于维持细胞的外形和坚韧性.粘肽是一些具有网状结构的含糖多肽,组成成分是N-乙酰粘质酸(Mur-Nac)、N-乙酰基葡萄糖(Glc-Nac)和多肽.粘肽中组成肽链的氨基酸和交联(桥式联接)的方式随细菌种属而异.青霉素和头孢菌素C抑制粘肽合成的最后阶段,主要是抑制粘肽转肽酶(Pepti-doglycan Transpeptidase)所催化的转肽(交联)反应,使线性高聚物不能转化成交联结构,阻碍细菌细胞壁的形成,使细胞不能定型和承受细胞内的高渗透压,从而引起溶菌,导致细菌死亡.青霉素和头孢菌素C可以抑制转肽酶反应的原因在于它们的结构和粘肽D-丙氨酰-D-丙氨酸(D-Ala-D-Ala)的末端结构相似,具有相似的构象,因而能取代合成粘肽的D-Ala-D-Ala,竞争性地与酶的活性中心以共价键结合,构成不可逆的抑制作用.青霉素和头孢菌素类抗生素的β-内酰胺环的—CO—N—键易起反应,相当于D-Ala-D-Ala末端的—CO—N—,可能是由于β-内酰胺环裂开与转肽酶结合,形成与青霉素结合的酶,而使转肽酶不能起到正常的催化作用.由于哺乳动物细胞无细胞壁,不受影响,故此类抗生素的抗菌作用具有较高的选择性.革兰氏阳性菌细胞壁粘肽含量比阴性菌高,因此β-内酰胺类抗生素一般对阳性菌敏感.近年来,发现许多细菌细胞膜中存在一些可与青霉素类或头孢菌素类抗生素相结合的特殊蛋白分子,称为青霉素结合蛋白(Penicillin-binding pro-teins,PBPs)[2],是β-内酰胺类抗生素的主要靶位(见图2).PBPs是参与细菌细胞壁肽聚糖生物合成的酶,包括转肽酶、羧肽酶和内肽酶.它的正常存在是细菌保持正常形态和功能的必须条件.不同细菌的细胞膜上PBPs的数量和组成不同,不同的β-内酰胺类抗生素有不同的PBPs结合部位,所以会造成各种药物的抗菌敏感性不同,从而产生不同的抗菌作用.因此,一旦PBPs的数量和种类或者与抗生素的亲和力发生变化,都会影响细菌的形态和对抗生素的敏感性.这是引起细菌产生耐药性的原因之一.

图2 青霉素的作用机理

- 2 -