B内酰胺酶分类及其机制研究资料讲解
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嗜血流感菌
PBPs改变情况
然后这个中间体将酰基D-丙氨酰基因转给 一个带有游离氨基酸的受体底物。
青霉素等β-内酰胺类抗生素则以它们的 结构与供体底物(D-丙氨酰-D-丙氨酸)结构相似 (二者都有高度反应性的-C-N-键)而与转肽酶起 作用,从而干扰了正常的转肽反应。
青霉素(A)和D-丙氨酰-D-丙氨酸(B)的立体模式
O O
H2O
R D Ala D Ala R'-NH2
RDA
DD-羧肽酶
DA
R D Ala ~CONHR' H2O
DD-转肽酶 内肽酶
R D Ala + R'-NH2
β-内酰胺类抗生素的作用机制
转肽反应包括两个步骤： 首先是转肽酶与酰基-D-丙氨酰-D-丙氨酸
供体底物形成酰基-D-丙氨酰酶中间体，同时释 出1分子D-丙氨酸；
二、由PBPs-介导的细菌 对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
由PBPs-介导的β-内酰胺类抗菌药物的耐药性是 由多种因素决定的，因为这种药物有多个作用靶 位。因此，只有当所有的β-内酰胺类药物作用靶 位的亲和力降低时细菌才能达到对药物较高的耐 药性。
例如，淋病奈瑟氏菌具有三种PBPs：PBP1和PBP2 是细菌生存所必须的酶，因而这两种酶的任一种 的失活将导致细菌死亡；而PBP3是一种低分子量 酶，它的失活并不会引起细菌死亡。
第三节 细菌对β-内酰胺类抗生素 产生耐药性的作用机制
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
1、破坏β-内酰胺类抗生素分子的β-内酰胺 酶；
2、抗生素作用靶位PBPs亲和力发生改变； 3、以及药物外排机制。
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
一、PBPs与β-内酰胺酶
β-内酰胺酶是引起细菌对β-内酰胺类抗生素耐 药性的主要原因，有许多结构与功能不同的β-内 酰胺酶。已有研究表明有四种结构类别的β-内酰 胺酶（A、B、C和D），其中三种为活性-位点丝氨 酸酶（active-site serine enzyme），另一类 （B类）为锌-依赖性酶（受EDTA抑制）。
RCNH
H3C CH3 S
N
O N
O
H RCNH
CH3
B
O
C O
H
β-内酰胺类抗生素的作用机制
近年来对细菌细胞膜进行了深入研究， 发现细菌的细胞膜上有特殊的蛋白质分子， 能与β-内酰胺类抗生素结合，被称之为青 霉素结合蛋白(Penicillin Bonding Protein，PBP)，它具有很高的转肽酶和羟 肽酶活力，是这类抗生素抑制作用的靶蛋 白。
肽聚糖片的形成
革兰阳性菌肽聚糖细胞壁的形成
革兰阴性菌的细胞表面结构
脂多糖的构成
耐 酸 菌 的 表 面 结 构
耐酸菌（如铜绿假单胞菌合分支杆菌）的肽聚糖层比较薄，其外膜 结构也与革兰阴性菌不同，由被称之为分支酸的蜡脂组成。 这种分支酸与aribanogalactan糖脂可以调节合阻止某些药物或化学 物质穿过细胞壁，使细胞具有较高的抗性。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
第三阶段 开始于1957年，人们阐明了粘肽的结
构及其生物合成，并确定青霉素是抑制了 粘肽生物合成的最后一步(转肽反应)。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
各种青霉素类、头孢菌素类和非典型的β内酰胺类抗生素都能抑制粘肽合成的转肽 反应而使两条聚糖链不能连接成交链结构。
交链系统酶促反应
PBPs大多定位在细菌的内膜，在细胞周质中可以 发挥它们的活性。
二、由PBPs-介导的细菌 对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
青霉素作为转肽反应中的底物结构类似物 与转肽酶形成一种不可逆的青霉素-酶复合 物。由于转肽酶的测定非常困难，因此通 常用青霉素结合蛋白（PBPs）来表征;
细菌在不同细胞周期合成肽聚糖的过程中， 有多种不同功能的转肽酶-PBPs。
三种不同细菌的细胞壁结构比较
二、β-内酰胺类抗生素的作用机制
第一阶段 从Fleming观察到青霉素抑杀革兰氏阳性细 菌要比革兰氏阴性细菌列为有效开始，至 1945年观察到青霉素对细菌的形态学的效 应为止，人们得出的结论是青霉素必定干 扰了细菌细胞的表面结构。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
第二阶段 随着对细菌细胞壁的分离和粘肽组成的认识 开始，人们观察到在青霉素的作用下，细菌 细胞变成了球形，很类似受溶菌酶作用而产 生的原生质体，由此认为青霉素必定影响了 细胞壁的合成。 Park及其同事则观察到受抑制的葡萄球菌累 积了尿核苷，推测这是由于青霉素阻断了细 菌细胞壁合成的某一步。
从结构研究可以证明β-内酰胺酶来源于细菌细胞 壁合成酶，即所谓的青霉素结合蛋白 (penicillin-binding proteins,PBPs)。
一、PBPs与β-内酰胺酶
与细菌细胞壁的合成、维持以及肽聚糖结构特征 的调节等有关的一组酶通常即被称之为PBPs;
PBPs确实具有很多功能，它们具有转肽酶 (transpeptidase)、转葡基酶(trnsglycosylase) 和羧肽酶(carboxypeptidase)活性;
淋病奈瑟氏菌的耐药性发展一方面是使具有最高 亲和力的高Mr-PBP2的亲和力下降，另一方面是使 PBP1的亲和力下降。
耐药菌名称
枯草芽孢杆菌 革 兰 产气夹膜梭菌 阳 性 南非肺炎链球菌 菌
美国肺炎链球菌
屎链球菌
S.faurens 屎链球菌
革 奈瑟氏淋球菌 兰 阴 铜绿假单胞菌 性 菌 大肠埃希氏菌
B内酰胺酶分类及其机制研究
第二节 β-内酰胺类抗生素的作用机制
一、细菌细胞壁结构
所有的细菌都具有环绕着细胞膜的细胞壁。 细胞壁的主要功能是：保持细胞形态，以及保护
细胞免受由于环境渗透压变化造成的细胞溶解。 传统地可以把细菌分为革兰阳性菌、革兰阴性菌 和耐酸菌三种。 在这三种细菌的细胞壁中都具有肽聚糖组分，其 由N-乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic acid，NAM）） 和N-葡萄糖胺（N-acetylglucosamine，NAG）构 成。NAM 和NAG紧密连接成线状，线与线之间通过 连接在NAM 和NAG上的内肽桥的连接成片状，片与 片的堆积成为细胞壁的肽聚糖。
PBPs改变情况
然后这个中间体将酰基D-丙氨酰基因转给 一个带有游离氨基酸的受体底物。
青霉素等β-内酰胺类抗生素则以它们的 结构与供体底物(D-丙氨酰-D-丙氨酸)结构相似 (二者都有高度反应性的-C-N-键)而与转肽酶起 作用,从而干扰了正常的转肽反应。
青霉素(A)和D-丙氨酰-D-丙氨酸(B)的立体模式
O O
H2O
R D Ala D Ala R'-NH2
RDA
DD-羧肽酶
DA
R D Ala ~CONHR' H2O
DD-转肽酶 内肽酶
R D Ala + R'-NH2
β-内酰胺类抗生素的作用机制
转肽反应包括两个步骤： 首先是转肽酶与酰基-D-丙氨酰-D-丙氨酸
供体底物形成酰基-D-丙氨酰酶中间体，同时释 出1分子D-丙氨酸；
二、由PBPs-介导的细菌 对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
由PBPs-介导的β-内酰胺类抗菌药物的耐药性是 由多种因素决定的，因为这种药物有多个作用靶 位。因此，只有当所有的β-内酰胺类药物作用靶 位的亲和力降低时细菌才能达到对药物较高的耐 药性。
例如，淋病奈瑟氏菌具有三种PBPs：PBP1和PBP2 是细菌生存所必须的酶，因而这两种酶的任一种 的失活将导致细菌死亡；而PBP3是一种低分子量 酶，它的失活并不会引起细菌死亡。
第三节 细菌对β-内酰胺类抗生素 产生耐药性的作用机制
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
1、破坏β-内酰胺类抗生素分子的β-内酰胺 酶；
2、抗生素作用靶位PBPs亲和力发生改变； 3、以及药物外排机制。
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
一、PBPs与β-内酰胺酶
β-内酰胺酶是引起细菌对β-内酰胺类抗生素耐 药性的主要原因，有许多结构与功能不同的β-内 酰胺酶。已有研究表明有四种结构类别的β-内酰 胺酶（A、B、C和D），其中三种为活性-位点丝氨 酸酶（active-site serine enzyme），另一类 （B类）为锌-依赖性酶（受EDTA抑制）。
RCNH
H3C CH3 S
N
O N
O
H RCNH
CH3
B
O
C O
H
β-内酰胺类抗生素的作用机制
近年来对细菌细胞膜进行了深入研究， 发现细菌的细胞膜上有特殊的蛋白质分子， 能与β-内酰胺类抗生素结合，被称之为青 霉素结合蛋白(Penicillin Bonding Protein，PBP)，它具有很高的转肽酶和羟 肽酶活力，是这类抗生素抑制作用的靶蛋 白。
肽聚糖片的形成
革兰阳性菌肽聚糖细胞壁的形成
革兰阴性菌的细胞表面结构
脂多糖的构成
耐 酸 菌 的 表 面 结 构
耐酸菌（如铜绿假单胞菌合分支杆菌）的肽聚糖层比较薄，其外膜 结构也与革兰阴性菌不同，由被称之为分支酸的蜡脂组成。 这种分支酸与aribanogalactan糖脂可以调节合阻止某些药物或化学 物质穿过细胞壁，使细胞具有较高的抗性。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
第三阶段 开始于1957年，人们阐明了粘肽的结
构及其生物合成，并确定青霉素是抑制了 粘肽生物合成的最后一步(转肽反应)。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
各种青霉素类、头孢菌素类和非典型的β内酰胺类抗生素都能抑制粘肽合成的转肽 反应而使两条聚糖链不能连接成交链结构。
交链系统酶促反应
PBPs大多定位在细菌的内膜，在细胞周质中可以 发挥它们的活性。
二、由PBPs-介导的细菌 对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
青霉素作为转肽反应中的底物结构类似物 与转肽酶形成一种不可逆的青霉素-酶复合 物。由于转肽酶的测定非常困难，因此通 常用青霉素结合蛋白（PBPs）来表征;
细菌在不同细胞周期合成肽聚糖的过程中， 有多种不同功能的转肽酶-PBPs。
三种不同细菌的细胞壁结构比较
二、β-内酰胺类抗生素的作用机制
第一阶段 从Fleming观察到青霉素抑杀革兰氏阳性细 菌要比革兰氏阴性细菌列为有效开始，至 1945年观察到青霉素对细菌的形态学的效 应为止，人们得出的结论是青霉素必定干 扰了细菌细胞的表面结构。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
第二阶段 随着对细菌细胞壁的分离和粘肽组成的认识 开始，人们观察到在青霉素的作用下，细菌 细胞变成了球形，很类似受溶菌酶作用而产 生的原生质体，由此认为青霉素必定影响了 细胞壁的合成。 Park及其同事则观察到受抑制的葡萄球菌累 积了尿核苷，推测这是由于青霉素阻断了细 菌细胞壁合成的某一步。
从结构研究可以证明β-内酰胺酶来源于细菌细胞 壁合成酶，即所谓的青霉素结合蛋白 (penicillin-binding proteins,PBPs)。
一、PBPs与β-内酰胺酶
与细菌细胞壁的合成、维持以及肽聚糖结构特征 的调节等有关的一组酶通常即被称之为PBPs;
PBPs确实具有很多功能，它们具有转肽酶 (transpeptidase)、转葡基酶(trnsglycosylase) 和羧肽酶(carboxypeptidase)活性;
淋病奈瑟氏菌的耐药性发展一方面是使具有最高 亲和力的高Mr-PBP2的亲和力下降，另一方面是使 PBP1的亲和力下降。
耐药菌名称
枯草芽孢杆菌 革 兰 产气夹膜梭菌 阳 性 南非肺炎链球菌 菌
美国肺炎链球菌
屎链球菌
S.faurens 屎链球菌
革 奈瑟氏淋球菌 兰 阴 铜绿假单胞菌 性 菌 大肠埃希氏菌
B内酰胺酶分类及其机制研究
第二节 β-内酰胺类抗生素的作用机制
一、细菌细胞壁结构
所有的细菌都具有环绕着细胞膜的细胞壁。 细胞壁的主要功能是：保持细胞形态，以及保护
细胞免受由于环境渗透压变化造成的细胞溶解。 传统地可以把细菌分为革兰阳性菌、革兰阴性菌 和耐酸菌三种。 在这三种细菌的细胞壁中都具有肽聚糖组分，其 由N-乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic acid，NAM）） 和N-葡萄糖胺（N-acetylglucosamine，NAG）构 成。NAM 和NAG紧密连接成线状，线与线之间通过 连接在NAM 和NAG上的内肽桥的连接成片状，片与 片的堆积成为细胞壁的肽聚糖。