11章抗生素药物化学
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第11章 抗生素 antibiotics
1
一、定义 抗生素是某些细菌、放线菌、真菌等微生物或植物的代谢 产物，或用化学方法合成的相同或类似物，对各种病原微 生物有强力的灭杀、抑制作用。 二、临床应用 抗菌药 抗肿瘤、抗病毒、酶抑制剂、免疫抑制剂等 区分抗生素与非甾体消炎药
2
发展历史
1928年，弗莱明爵士发现了能杀死致命的细菌的青霉菌。青霉素
• ②．除单环β-内酰胺外，与β-内酰胺环稠合的环上都 有一个羧基。
• ③．所有β-内酰胺类抗生素的-内酰胺环羰基α-碳上都 有一个酰胺基侧链。
9
• ④．β-内酰胺环为一个平面结构。但两个稠合环不共平 面
• ⑤．青霉素类抗生素的母核上有3个手性碳原子，8个旋 光异构体中只有绝对构型为2S，5R，6R具有活性。头 孢菌素类抗生素的母核上有2手性碳，4个旋光异构体， 绝对构型是6R，7R。β-内酰胺类抗菌活性不仅与母核 的构型有关。而且还与酰胺基上取代基的手性碳原子有 关，旋光异构体间的活性有很大的差异。
C ephalosporins
C arbapenem s
青霉素类
头孢菌素类
碳青霉烯类
RCOH H N 3C8O7H N6S5
4 3
O 1 2 CH2A
Oxacephems
R1COHN 4
R2 32
N
O 1R3
Monobactam
头霉素类
单环β-内酰胺类
8
β-内酰胺类抗生素的化学结构的特点
• ①．分子内有一个四元的β-内酰胺环，除了单环β-内 酰胺外，该四元环通过N原子和邻近的碳原子与另一 个五元环或六元环相稠和，青霉素的稠合环是氢化噻 唑环，头孢菌素是氢化噻嗪环。
用途：是第一个用于临床的抗生素，主要用于革兰阳性菌，如
链球菌、葡萄球菌等所引起的全身或严重局部感染。
副作用：青霉素及β-内酰胺类抗生素在临床使用时，易引起过
敏反应，严重时会导致死亡。
性质：对酸碱酶不稳定，只能注射，不能口服
13
过敏反应
• β-内酰胺类抗生素的过敏原有外源性和内源性 • 外源性过敏原主要来自β-内酰胺类抗生素在生物合
RCOHN 6
5
4 S
7N 3 O 12
Peni
青霉素类
5
RCOHN 7 6 S 4
8 O
N 12
3
Cefm
头孢菌素类
6
5
4 S
7N 3 O 12
Penam
青霉烷
6
5
4 S
7N 3 O 12
Penem
青霉烯
6 54 7N 3 O 12 Carbapenem
碳青霉烯
32 4N O1 Monobactam 单环β-内酰胺 7
治愈了梅毒和淋病，而且在当时没有任何明显的副作用。
1936年，磺胺的临床应用开创了现代抗微生物化疗的新纪元。
1944年在新泽西大学分离出来第二种抗生素链霉素，它有效治愈
了另一种可怕的传染病：结核。
1947年出现氯霉素，它主要针对痢疾、炭疽病菌，治疗轻度感染。
1948年四环素出现，这是最早的广谱抗生素。在当时看来，它能
常见的革兰氏阳性菌有：葡萄球菌（Staphylococcus）、链球菌 (Streptococcus)、肺炎双球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌、破伤风杆 菌等；
常见的革兰氏阴性菌有痢疾杆菌、伤寒杆菌、大肠杆菌、变形杆 菌、百日咳杆菌及霍乱弧菌等 。
4来自百度文库
抗生素的作用机制
1.干扰细菌细胞壁合成 2. 损伤细菌细胞膜 3. 抑制细菌蛋白质合成 4. 抑制细菌核酸合成 5. 增强吞噬细胞的功能
5
抗生素的分类
• 一.β-内酰胺类（主要如青霉素类, 头孢菌素类）； • 二. 四环类； • 三. 氨基糖苷类； • 四. 大环内酯类； • 五. 其他类 (氯霉素类)
6
1. β-内酰胺类抗生素 (β-Lactam Antibiotics)
• β-内酰胺抗生素的分类: 青霉素类, 头孢菌素类, 非经典的β内酰胺类抗生素(青霉烷, 青霉烯, 碳青霉烯, 单环β-内酰胺)
够在还未确诊的情况下有效地使用。今天四环素基本上只被用于
家畜饲养。
1956年礼来公司发明了万古霉素被称为抗生素的最后武器。因为
它对G+细菌细胞壁、细胞膜和RNA有三重杀菌机制，不易诱导
细菌对其产生耐药。
3
革兰氏染色法，能够把细菌分为两大类：先用龙胆紫（亦称结晶 紫）来染细菌，所有细菌都染成了紫色，然后再涂以革兰氏碘液， 来加强染料与菌体的结合，再用95%的酒精来脱色20～30秒钟， 有些细菌不被脱色，仍保留紫色，有些细菌被脱色变成无色，最 后再用番红或沙黄复染1分钟，结果已被脱色的细菌被染成红色， 未脱色的细菌仍然保持紫色，不再着色，这样，凡被染成紫色的 细菌称为革兰氏阳性菌（G+菌）；染成红色的称为革兰氏阴性 菌（G-菌）。
10
β-内酰胺类抗生素作用机制
抑制细菌细胞壁合成 细菌细胞壁具有维持细菌正常外形的功能，若出现缺损。则细 菌便膨胀，变形、破裂、自溶而死亡。细胞壁的主要结构成分 为胞壁粘肽，由N-乙酰葡萄糖胺和与五肽相连的N-乙酰胞壁酸 重复交连而成，其生物合成分为胞浆内、胞浆膜及胞浆膜外三 个阶段，而青霉素类和头孢菌素类抗生素则对胞浆膜外粘肽的 交联过程具有阻断作用，能抑制转肽酶的转肽作用，这些作用 均能使细胞壁产生缺损, 从而杀死细菌
ON
O
C O O H
H 3 C
H H H N SC H 3
ON
O
C O O H
青霉素N
青霉素K
12
青霉素 Benzylpenicillin
HH H
N
S CH3
化学名：
O
N
O
CH3
COOH
(2S，5R，6R)-3，3-二甲基-6-(2-苯乙酰氨基)-7-氧代-4-硫杂-1-
氮杂双环[3.2.0]庚烷-2-甲酸
11
1.1青霉素类(Penicillins)
H H H N SC H 3
ON O
C H 3
C O O H H O
青霉素G
H H H N SC H 3
ON O
C H 3
C O O H
青霉素X
H H H
N O
SC H 3
ON O
C H 3
C O O H
青霉素V
N H 2 H O
O
H H H N SC H 3
β-内酰胺类抗生素的基本结构
R C O H N O 7H 6 5H N 13 4 S2 C O C C O H H H 3 3 R C O H O N 8H 7H N 16S 2 5
4 3C H 2A R C O H N O 7H 6 5H N 13 42
R S
C O O H
Penicillins
1
一、定义 抗生素是某些细菌、放线菌、真菌等微生物或植物的代谢 产物，或用化学方法合成的相同或类似物，对各种病原微 生物有强力的灭杀、抑制作用。 二、临床应用 抗菌药 抗肿瘤、抗病毒、酶抑制剂、免疫抑制剂等 区分抗生素与非甾体消炎药
2
发展历史
1928年，弗莱明爵士发现了能杀死致命的细菌的青霉菌。青霉素
• ②．除单环β-内酰胺外，与β-内酰胺环稠合的环上都 有一个羧基。
• ③．所有β-内酰胺类抗生素的-内酰胺环羰基α-碳上都 有一个酰胺基侧链。
9
• ④．β-内酰胺环为一个平面结构。但两个稠合环不共平 面
• ⑤．青霉素类抗生素的母核上有3个手性碳原子，8个旋 光异构体中只有绝对构型为2S，5R，6R具有活性。头 孢菌素类抗生素的母核上有2手性碳，4个旋光异构体， 绝对构型是6R，7R。β-内酰胺类抗菌活性不仅与母核 的构型有关。而且还与酰胺基上取代基的手性碳原子有 关，旋光异构体间的活性有很大的差异。
C ephalosporins
C arbapenem s
青霉素类
头孢菌素类
碳青霉烯类
RCOH H N 3C8O7H N6S5
4 3
O 1 2 CH2A
Oxacephems
R1COHN 4
R2 32
N
O 1R3
Monobactam
头霉素类
单环β-内酰胺类
8
β-内酰胺类抗生素的化学结构的特点
• ①．分子内有一个四元的β-内酰胺环，除了单环β-内 酰胺外，该四元环通过N原子和邻近的碳原子与另一 个五元环或六元环相稠和，青霉素的稠合环是氢化噻 唑环，头孢菌素是氢化噻嗪环。
用途：是第一个用于临床的抗生素，主要用于革兰阳性菌，如
链球菌、葡萄球菌等所引起的全身或严重局部感染。
副作用：青霉素及β-内酰胺类抗生素在临床使用时，易引起过
敏反应，严重时会导致死亡。
性质：对酸碱酶不稳定，只能注射，不能口服
13
过敏反应
• β-内酰胺类抗生素的过敏原有外源性和内源性 • 外源性过敏原主要来自β-内酰胺类抗生素在生物合
RCOHN 6
5
4 S
7N 3 O 12
Peni
青霉素类
5
RCOHN 7 6 S 4
8 O
N 12
3
Cefm
头孢菌素类
6
5
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青霉烷
6
5
4 S
7N 3 O 12
Penem
青霉烯
6 54 7N 3 O 12 Carbapenem
碳青霉烯
32 4N O1 Monobactam 单环β-内酰胺 7
治愈了梅毒和淋病，而且在当时没有任何明显的副作用。
1936年，磺胺的临床应用开创了现代抗微生物化疗的新纪元。
1944年在新泽西大学分离出来第二种抗生素链霉素，它有效治愈
了另一种可怕的传染病：结核。
1947年出现氯霉素，它主要针对痢疾、炭疽病菌，治疗轻度感染。
1948年四环素出现，这是最早的广谱抗生素。在当时看来，它能
常见的革兰氏阳性菌有：葡萄球菌（Staphylococcus）、链球菌 (Streptococcus)、肺炎双球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌、破伤风杆 菌等；
常见的革兰氏阴性菌有痢疾杆菌、伤寒杆菌、大肠杆菌、变形杆 菌、百日咳杆菌及霍乱弧菌等 。
4来自百度文库
抗生素的作用机制
1.干扰细菌细胞壁合成 2. 损伤细菌细胞膜 3. 抑制细菌蛋白质合成 4. 抑制细菌核酸合成 5. 增强吞噬细胞的功能
5
抗生素的分类
• 一.β-内酰胺类（主要如青霉素类, 头孢菌素类）； • 二. 四环类； • 三. 氨基糖苷类； • 四. 大环内酯类； • 五. 其他类 (氯霉素类)
6
1. β-内酰胺类抗生素 (β-Lactam Antibiotics)
• β-内酰胺抗生素的分类: 青霉素类, 头孢菌素类, 非经典的β内酰胺类抗生素(青霉烷, 青霉烯, 碳青霉烯, 单环β-内酰胺)
够在还未确诊的情况下有效地使用。今天四环素基本上只被用于
家畜饲养。
1956年礼来公司发明了万古霉素被称为抗生素的最后武器。因为
它对G+细菌细胞壁、细胞膜和RNA有三重杀菌机制，不易诱导
细菌对其产生耐药。
3
革兰氏染色法，能够把细菌分为两大类：先用龙胆紫（亦称结晶 紫）来染细菌，所有细菌都染成了紫色，然后再涂以革兰氏碘液， 来加强染料与菌体的结合，再用95%的酒精来脱色20～30秒钟， 有些细菌不被脱色，仍保留紫色，有些细菌被脱色变成无色，最 后再用番红或沙黄复染1分钟，结果已被脱色的细菌被染成红色， 未脱色的细菌仍然保持紫色，不再着色，这样，凡被染成紫色的 细菌称为革兰氏阳性菌（G+菌）；染成红色的称为革兰氏阴性 菌（G-菌）。
10
β-内酰胺类抗生素作用机制
抑制细菌细胞壁合成 细菌细胞壁具有维持细菌正常外形的功能，若出现缺损。则细 菌便膨胀，变形、破裂、自溶而死亡。细胞壁的主要结构成分 为胞壁粘肽，由N-乙酰葡萄糖胺和与五肽相连的N-乙酰胞壁酸 重复交连而成，其生物合成分为胞浆内、胞浆膜及胞浆膜外三 个阶段，而青霉素类和头孢菌素类抗生素则对胞浆膜外粘肽的 交联过程具有阻断作用，能抑制转肽酶的转肽作用，这些作用 均能使细胞壁产生缺损, 从而杀死细菌
ON
O
C O O H
H 3 C
H H H N SC H 3
ON
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青霉素N
青霉素K
12
青霉素 Benzylpenicillin
HH H
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化学名：
O
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O
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COOH
(2S，5R，6R)-3，3-二甲基-6-(2-苯乙酰氨基)-7-氧代-4-硫杂-1-
氮杂双环[3.2.0]庚烷-2-甲酸
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1.1青霉素类(Penicillins)
H H H N SC H 3
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青霉素G
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青霉素X
H H H
N O
SC H 3
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C H 3
C O O H
青霉素V
N H 2 H O
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β-内酰胺类抗生素的基本结构
R C O H N O 7H 6 5H N 13 4 S2 C O C C O H H H 3 3 R C O H O N 8H 7H N 16S 2 5
4 3C H 2A R C O H N O 7H 6 5H N 13 42
R S
C O O H
Penicillins