药物化学人卫版 第八章 抗生素

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3
N2
O
O COOH
8 1 N 2
A COOH
药物化学
4、立体化学
• 稠合环不共平面 – 沿着C-5和N-1(或C-6和N-1)轴折 叠 – 取代基的立体化学用α和β表示 • 青霉素类 2S、5R、6R • 头孢类 6R、7R
药物化学
主要学习内容
• 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
• 使抗生素分解或失去活性(水解酶或钝 化酶) • 使靶点发生改变 (自身突变或产生某种 酶的修饰) • 细胞特性的改变 • 细菌产生药泵 将进入细胞的抗菌素泵出 细胞
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第一节 β-内酰胺抗生素
β-Lactam Antibiotics
药物化学
1、β-内酰胺抗生素
• 含四元β-内酰胺环(必需 基团)抗生素 • β-内酰胺环开环与细菌发 生酰化作用,抑制细菌的 生长 • 四个原子组成,分子张力 比较大,化学性质不稳定, 易发生开环,导致失活
O N H N O COOH
药物化学
H
H S
2、青霉素的结构特征
•由β-内酰胺环、四氢噻唑环及酰基侧链构成
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4、发现
• 第一个用于临床的抗生素 • 由青霉菌的培养液中分离而得
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5、理化性质
• 有机酸(pKa 2.65~2.70) • 不溶于水,可溶于有 机溶媒(醋酸丁酯) – 常用钠盐或钾盐 • 水溶液在室温下易分 解 -用粉针,注射前新鲜 配制
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11、天然存在的青霉素
O
HO O N H N H H S
H N H
H S N
O H COOH
青霉素X
O H COOH
青霉素G
O N H
H
H S N
青霉素K
O H COOH
O O N H
H
H S
HO
NH2
O N H
H
H S N
N O H COOH
O
O
青霉素V
青霉素N
H
COOH
药物化学
12、半合成青霉素 ������ 自五十年代开始,研究了数以万计的半合成
O N H N O COOH
H
H S
药物化学
1、结构和化学名
• (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-甲酸钠
• monosodium(2S,5R,6R)-3,3-dimethyl-7oxo-6-[(phenylacetyl)amino] -4-thia-1azabicyclo[3.2.0]heptane-2-carboxylic acid

β-内酰胺类
四环素类 氨基糖苷类



大环内酯类
氯霉素类
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5、抗生素杀菌作用的主要机制
(1)抑制细菌细胞壁合成:β-内酰胺类 (2)与细胞膜相互作用:多粘菌素、短杆菌素 (3)干扰蛋白质合成:大环内酯类、 氨基糖苷 类 、四环素类、氯霉素类 (4)抑制核酸的转录和复制:利福平
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6、细菌对抗生素的耐药机制
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9、青霉素类的过敏反应
• 某些病人中易引起过敏反应 – 严重时会导致死亡 • 在临床应用中需严格按要求进行皮试后 再进行使用
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青霉素类的过敏原
• 外源性过敏原--蛋白多肽类杂质 – 生物合成时带入(残留量) • 内源性过敏原--高分子聚合物 – 可能来自于生产,贮存和使用过程中β-
Penicillins衍生物,取得重大进展 口服的耐酸青霉素 广谱青霉素 • G+,G 耐酶青霉素 改善口服效果,提高生物利用度
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1)耐酸青霉素
青霉素V 引入电负性的O,诱导效 应,阻碍羰基电子向β-内酰胺环转 移增加对酸的稳定性,可口服。 • V 的发现,使人们认识耐酸青霉素 的结构特征:6位酰胺侧链羰基α碳 O 引入吸电性取代基
H
H S
HO O H N H NH2 O N H S 3H2O COOH
青霉素
阿莫西林
药物化学
1、结构和化学名
(2S,5R,6R)-3,3二甲基-6-[(R)-(-)-2-氨基-2(4-羟基苯基)乙酰氨基]-7-氧代-4-硫杂-1-氮 杂双环[3.2.0]庚烷-2-甲酸三水合物
HO O N H NH2 O N H H S 3H2O COOH
内酰胺环开环、聚合
药物化学
青霉素类交叉过敏反应
• 抗原决定簇是青霉噻唑基 • 不同侧链的Penicillins都能形成相同结构的 抗原决定簇青霉噻唑基 • 青霉素类抗生素在临床使用中常发生交叉过 敏反应
O N H N O COOH H H S
药物化学
10、青霉素的缺点
• 1、对酸不稳定 – 只能注射给药,不能口服 • 2、抗菌谱比较狭窄 – 对G+效果比对G-的效果好 • 3、耐药性-不耐酶 • 4、有严重的过敏性反应
H S N H COOH
奈夫西林
药物化学
耐酶耐酸, 作用强
3)广谱青霉素
• 半合成的广谱青霉素来源于对 Penicillin N 的研究 • 青霉素G对G+的作用强于对 G-的作用 • 从头孢菌发酵液中分离到 Penicillin N ,它对G+的作用 远低于Penicillin G,但对G-的 效用则优于G • 进一步研究表明,N的侧链氨 基是产生对G-活性的重要基 团 • 设计合成了一系列侧链带有氨 基的半合成青霉素
NH2 HO O
O N H
H
H S N
O H COOH
药物化学
HO O N H O H H S N H COOH
NH2
阿莫西林 Amoxicillin
氨苄西林 Ampicillin
O N H O
H H S N H COOH
NH2
药物化学
阿莫西林
Amoxicillin
又名: 羟氨苄青霉素
O N H N O COOH
O N H N O COOH H H S
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6、稳定性
• • • • 1)强酸性 2)弱酸性 3)碱性或酶 4)胺和醇
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1)强酸或HgCl2
• 生成青霉酸+青霉醛酸 青霉醛
O N H O H H S N H COOH H or HgCl2 N H HN H COOH 青霉酸 Penicilloic Acid O N H 青霉醛 Penilloaldehyde
+
pH = 4
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3)碱性条件或酶
生成 青霉醛+青霉胺
O N H O H H S N H COOH OH
-
O N H O
H H S HN OH COOH H
-CO2
O N H
H S HN H COOH HgCl2
青霉酸 Penicilloic acid O N H
O O+ HS OH H NH 2 青霉胺 Penicillamine
畜牧和食品工业方面
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3、抗生素来源
• 生物合成(发酵) 青霉素、红霉素 • 化学全合成 氯霉素 • 半合成方法 氨苄西林、罗红霉素
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半合成抗生素
通过结构改造
–增加稳定性,降低毒副作用 –扩大抗菌谱,减少耐药性 –改善生物利用度,–提高治疗效力 –或为了改变用药途径
药物化学
4、分类(按化学结构分类)
H H R NH N O H COOH S
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耐酶青霉素不耐酸,不能口服,
大剂量注射 甲氧西林
O O NH O O N H COOH
Cl
广泛使用
氯唑西林
O N O O NH N COOH H H S
H
H S
苯唑西林钠
O N O N H O COONa H H S N .H2O
O NH O O
H
S N O
N O
O
N
N O
O
青霉烯 氧青霉烷
单环β-内酰胺
碳青霉烯
药物化学
3、共同的结构特征
•β-内酰胺环:都有一个四元β-内酰胺环 •羧基:除诺卡霉素为单环外,通过碳、氮与杂环稠
合与N相连的碳原子上有羧基 •酰胺基侧链: 6(7)位有酰胺侧链
X
6 5 1
H
4
X
RCONH
7
S
RCONH
7
6
H 5
S
7、注射给药
• 不能经口服给药
– 胃酸导致β-内酰胺环开环和侧链水解 – 失去活性
• 只能注射给药
O N H N O COOH H H S
药物化学
药物化学
细菌细胞壁成分
•主要成分 粘肽 •网状结构的含糖多肽 •由N-乙酰胞壁酸,N-乙酰葡萄糖胺和多 肽线型高聚物经交联而成
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细胞壁的生物合成
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2、临床作用
Amoxicillin和Ampicillion具有相同的抗菌

对G+的作用同Penicillin,对G-(淋球菌、
流感杆菌、百日咳杆菌、大肠杆菌、布氏 杆菌等)作用较强,但易产生耐药性 用于泌尿系统、呼吸系统、胆道等的感染
药物化学
Amoxicillin的聚合反应
聚合反应 •Amoxicillin及其它侧链含有氨基的半合成内酰胺 抗生素 •游离的氨基具有亲核性,直接进攻β-内酰胺环的 羰基 •速度随结构不同而不同
第八章 抗生素
Antibiotics
药物化学
1、抗生素定义
• 某些微生物的次生代谢产物或合成的类 似物 • 在小剂量的情况下能抑制微生物的生长 和存活 • 对宿主不会产生严重的毒副作用 .
药物化学
2、应用
抑制病原菌的生长 –用于治疗细菌感染性疾病 ������ 具有抗肿瘤活性 –用于肿瘤的化学治疗 ������ 免疫抑制和刺激植物生长作用 –抗生素不仅用于医疗,而且还应用于农业、
药物化学
一、青霉素类
• 天然青霉素用发酵的 方法进行制备 • 半合成青霉素在6-氨基 青霉烷酸6APA上接上 适当的侧链,获得稳 定性更好或抗菌谱更 广的、耐酸、耐酶的 青霉素
H H2 N
H S N
O COOH
药物化学
青霉素
• Benzylpenicillin • 苄青霉素,青霉素G(Penicillin G) • 盘尼西林
药物化学
8、作用机制
抑制粘肽转肽酶,阻止细菌细
胞壁
的合成,导致细菌死亡
药物化学
作用机制
• 青霉素和粘肽的末端结构类似 • 取代粘肽的D-Ala-D-Ala,竞争性地和酶活 性中心以共价键结合 • 产生不可逆的抑制作用
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选择性
• 哺乳动物细胞无细胞壁 • 细菌细胞有细胞壁,其作用具有较高的 选择性 • G+的细胞壁粘肽含量比G-高, 青霉素对 G+的活性比较高 • 抗菌谱比较窄
HO O N H NH2 O N H H S 3H2O COOH
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其它广谱青霉素
侧链引入COOH,
SO3H等极性较大基团,
扩大抗菌谱,对铜绿假单胞菌和变形杆菌作
用较强
羧苄西林
O N H COOH lloic acid
青霉醛 Penilloaldehyde
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4)胺和醇
胺和醇向β-内酰胺环进攻 – –生成青霉酰胺 – –和青霉酸酯
O N H O
H H S N H COOH RNH2 or ROH
O N H O
H H S HN OH CO OR H or NHR
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+
O
O
OH S +
O N H
H
O OH
O 青霉醛酸 Penaldic Acid - CO2 O
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2)弱酸性(pH4.0)
生成 青霉二酸
O H .. H H S N H N .. O H COOH H
+ +
青霉醛+青霉胺
O O HO S HN H COOH + N H S N COOH 青霉二酸 Penillic Acid O N H 青霉醛 Penilloaldehyde O+ HS H NH2 青霉胺 Penicillamine O OH O N H
O R N H N O H COOH H H S
O N H
H
H S N
O
青霉素V
非 奈 西 林 R=-CH(CH3)OC6H5 丙匹西林 R=-CH(C2H5)OC6H5 阿度西林 R=-CH(N3)C6H5
H
COOH
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2)耐酶青霉素
• 出现了benzylpenicillin不敏感的葡萄球菌, β-内酰 胺酶或青霉素酶使其分解失活所致 • 发现侧链含三苯甲基,对青霉素稳定 • 设想三苯甲基有较大的空间位阻,阻止化合物与酶 活性中心结合 • 空间阻碍限制酰胺侧链R与羧基间的单键旋转,降 低分子与酶活性中心的适应性,R比较靠近β-内酰 胺环,有保护作用 • 甲氧西林及其一批耐酶抗生素都是根据这一设想设 计、合成的 O
药物化学
2、β-内酰胺抗生素的分类
–青霉素(西林)类(Penicillins) –头孢菌素类(Cephalosporins) -非经典
X RCONH N O COOH H S
X RCONH
H S N A COOH
O
青霉素
头孢菌素类
药物化学
非经典的β-内酰胺抗生素
������ ������ ������ ������ 碳青霉烯(Carbapenem) 青霉烯(Penem) 氧青霉烷(Oxypenam) 单环的β-内酰胺(Monobactam)
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