第六章四環(huán)類抗生素

1、生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院1第第6章章 四環(huán)類抗生素四環(huán)類抗生素uTetracycline Antibiotics生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院2第一節(jié)概述生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院3一、簡介一、簡介u 定義：定義： 一類具有一類具有并四苯結構并四苯結構的廣譜抗的廣譜抗生素。生素。u 由放線菌產生的一類抗生素由放線菌產生的一類抗生素 （金霉素、土霉素、四環(huán)素、地美環(huán)素、（金霉素、土霉素、四環(huán)素、地美環(huán)素、美他環(huán)素等）基本骨架為并四苯。美他環(huán)素等）基本骨架為并四苯。OHOOHNR1OCONH2OHR4R3R2OHHH生物制

2、藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院4 碳碳 核核： 氫化氫化并四苯并四苯（四環(huán)） 基本結構基本結構：OHOOHOOHONH2NCH3CH3OHH 45176101112可變部分生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院5OHOOHHOHONH3CCH3OHONH2R1HOHRR2H1四環(huán)素：四環(huán)素：C22H24N2O8； R=R2=H, R1=CH32土霉素：土霉素：C22H24N2O9； R=H, R1=CH3, R2=OH3金霉素：金霉素：C22H23ClN2O8; R=Cl, R1=CH3, R2=H4去甲基金霉素：去甲基金霉素：C21H21N2O8; R=Cl,

3、R1=H, R2=H生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院6天然四環(huán)素類天然四環(huán)素類結結 構：構： 四環(huán)素四環(huán)素 O HOO HOO HONH2NC H3CH3O HO HCH346生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院7四環(huán)素的命名u 6-6-甲基甲基-4-4-（二甲氨基）（二甲氨基）-3-3，6 6，1010，1212，12a-12a-五羥基五羥基-1-1，11-11-二氧代二氧代-1-1，4 4，4a4a，5 5，5a5a，6 6，1111，12a-12a-八氫八氫- -2-2-并四苯甲酰胺并四苯甲酰胺OHOOHNOCONH2OHOHOHHH6 62 25a5

4、a4 45 53 34a4a6a6a7 78 89 9101010a10a111112a12a1 111a11a1212生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院8 土霉素：土霉素：(5 - OH-四環(huán)素） 金霉素：金霉素：（7-Cl-四環(huán)素）O HOO HOO HONH2NC H3C H3O HO HCH3OHO HOO HOO HONH2NC H3C H3O HO HCH3ClH65644H生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院9C C6 6-OH-OH：是不穩(wěn)定性的主要原因，并且不是必須基：是不穩(wěn)定性的主要原因，并且不是必須基團，利用土霉素去掉團，利用土霉素去掉C

5、 C6 6-OH-OH，即多西環(huán)素，即多西環(huán)素, ,穩(wěn)定性穩(wěn)定性增加，因此目前增加，因此目前是四環(huán)素類藥物中的首選藥。是四環(huán)素類藥物中的首選藥。 半合成四環(huán)素類抗生素的結構改造半合成四環(huán)素類抗生素的結構改造(Doxycycline)(Minocycline) 多西環(huán)素的6位碳上無羥基，可避免發(fā)生酸性消除反應和堿性條件反應；并且由于5位碳上存在羥基，可以與4位的二甲氨基間形成氫鍵，使4位在酸性條件下的差向異構化反應難以發(fā)生。故多西環(huán)素對酸、堿都比較穩(wěn)定。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院10 四環(huán)素類構效關系u 結構中的四環(huán)四環(huán)是活性必須，A環(huán)中1-41-4位的取位的取代基代基

6、是抗菌活性基本藥效團，改變其結構活性消失，僅可在酰胺基上的氫進行前藥修飾。A AB BC CD DOHOOHNOCONH2OHOHOHHH6 62 25a5a4 45 53 34a4a6a6a7 78 89 9101010a10a111112a12a1 111a11a1212生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院11 構效關系u C11、C1位的雙酮雙酮系統(tǒng)結構對抗菌活性至關重要。u 5、6、7、8、9位的取代基為非活性必須基團，對其改造可改變其抗菌活性、化學穩(wěn)定性和藥代動力學性質。A AB BC CD DOHOOHNOCONH2OHOHOHHH6 62 25a5a4 45 53

7、 34a4a6a6a7 78 89 9101010a10a111112a12a1 111a11a1212生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院12二二 、發(fā)現、發(fā)現u 1948年由金色鏈絲菌的培養(yǎng)液中分離出金霉素年由金色鏈絲菌的培養(yǎng)液中分離出金霉素u 1950年從皸裂鏈絲菌培養(yǎng)液中分離出土霉素年從皸裂鏈絲菌培養(yǎng)液中分離出土霉素OH OOHNOCONH2OHOHOHHHOH OOHNOHOCONH2OHOHOHHHCl金霉素土霉素生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院13u1953年發(fā)現將年發(fā)現將金霉素金霉素 Chlotetracycline脫去氯原子，可得脫去氯原子

8、，可得到四環(huán)素到四環(huán)素u隨后發(fā)現用在不含氯的培養(yǎng)基中生長的鏈霉菌菌株發(fā)酵可隨后發(fā)現用在不含氯的培養(yǎng)基中生長的鏈霉菌菌株發(fā)酵可生產四環(huán)素生產四環(huán)素Tetracycline60年代年代70年代，研究開發(fā)了半合成四環(huán)類：甲烯土霉素、強年代，研究開發(fā)了半合成四環(huán)類：甲烯土霉素、強力霉素和二甲胺四環(huán)素等。力霉素和二甲胺四環(huán)素等。OH OOHNOCONH2OHOHOHHHOH OOHNOCONH2OHOHOHHHCl金霉素四環(huán)素生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院141、抗菌譜、抗菌譜 四環(huán)類早期主要用于治療對耐青霉素菌引起的感四環(huán)類早期主要用于治療對耐青霉素菌引起的感染有相當的療效。本類

9、抗生素，染有相當的療效。本類抗生素，對各種對各種G+細菌細菌、除、除銅綠色假單胞菌以外的銅綠色假單胞菌以外的G細菌細菌、螺旋體螺旋體、支原體支原體、立克次氏體立克次氏體和和衣原體衣原體都有很好的抗菌活性。目前絕都有很好的抗菌活性。目前絕大多數大腸桿菌和痢疾桿菌，半數以上金黃色葡萄大多數大腸桿菌和痢疾桿菌，半數以上金黃色葡萄球菌、肺炎球菌、鏈球菌等均呈現抗藥性，因而主球菌、肺炎球菌、鏈球菌等均呈現抗藥性，因而主要用于支原體、立克次氏體和衣原體感染癥。要用于支原體、立克次氏體和衣原體感染癥。 三、三、 四環(huán)素類藥理四環(huán)素類藥理生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院15藥物的抗菌活性為

10、：米諾環(huán)素多西環(huán)素美他藥物的抗菌活性為：米諾環(huán)素多西環(huán)素美他環(huán)素地美環(huán)素四環(huán)素土霉素。環(huán)素地美環(huán)素四環(huán)素土霉素。主要優(yōu)點是：抗菌譜廣、吸收好、副作用主要優(yōu)點是：抗菌譜廣、吸收好、副作用小、價格低廉、不引起過敏反應。但又小、價格低廉、不引起過敏反應。但又可能引起嚴重的胃腸道反應和嘔吐等?？赡芤饑乐氐奈改c道反應和嘔吐等。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院16 2 2、作用機理：四環(huán)素類抗生素、作用機理：四環(huán)素類抗生素(Tetracyclines) (Tetracyclines) 這類這類抗生素可與敏感菌的抗生素可與敏感菌的70S70S核蛋白體中的核蛋白體中的30S30S亞基結合

11、，從而抑亞基結合，從而抑制其蛋白質合成。制其蛋白質合成。 生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院17u影響抗菌作用的主要因素：影響抗菌作用的主要因素： 藥物透過革蘭陽性菌細胞壁或陰性菌細胞膜（即第一道穿透屏障）的難易； 對酶（第二道屏障）的穩(wěn)定性； 對抗菌作用靶位（PBPS）的親和性。u細菌的耐藥方式：細菌的耐藥方式：細胞壁外膜滲透性的改變。使抗生素失活：如鈍化酶使抗生素作用靶點改變：如PBPs結構改變，使藥物對其不敏感。細菌產生藥泵u細菌產生核蛋白體保護蛋白細菌產生核蛋白體保護蛋白四環(huán)素類藥物的耐藥性生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院18u 3、副作用、副作用

12、u 四環(huán)素類抗生素的急性毒性很低，但副作用較四環(huán)素類抗生素的急性毒性很低，但副作用較多，有胃腸道障礙、誘發(fā)機會感染和維生素缺多，有胃腸道障礙、誘發(fā)機會感染和維生素缺乏、肝障礙、粒狀白細胞減少等。乏、肝障礙、粒狀白細胞減少等。u 另外，對胎兒有致畸作用，對幼兒可致骨發(fā)育另外，對胎兒有致畸作用，對幼兒可致骨發(fā)育障礙和齒色素沉積，故孕婦和嬰幼兒禁用。障礙和齒色素沉積，故孕婦和嬰幼兒禁用。u 含含Ca、Mg、Al、Fe的食物降低其口服吸收率。的食物降低其口服吸收率。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院19第二節(jié)第二節(jié) 四環(huán)類抗生素理化性質四環(huán)類抗生素理化性質一、物理性質。一、物理性質。

13、1.發(fā)色團：酮基和烯醇基共軛雙鍵系統(tǒng)，決定顏色和紫外特征吸收：發(fā)色團：酮基和烯醇基共軛雙鍵系統(tǒng)，決定顏色和紫外特征吸收：265nm350nm。黃色結晶黃色結晶粉末、味苦。粉末、味苦。2.功能團：二甲胺基（功能團：二甲胺基（pKa=9.5）,酚羥基（酚羥基（pKa=7.5），三羰基甲烷系），三羰基甲烷系統(tǒng)（統(tǒng)（ pKa =3.3）OHOOHNR1OCONH2OHR4R3R2OHHH生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院203.溶解度：溶解度：pHAl 3+ Ca 2+ Co 2+ Mn 2+ Mg 2+ ，其中以，其中以CaMg復鹽溶解度較低。復鹽溶解度較低。鈣或鎂離子形成不溶性的

14、鈣鹽或鎂鹽鈣或鎂離子形成不溶性的鈣鹽或鎂鹽鐵離子形成紅色絡合物鐵離子形成紅色絡合物鋁離子形成黃色絡合物鋁離子形成黃色絡合物RNOHCONH2OOOOHR1OHHHOHCH3H3CHM生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院33四環(huán)素與鈣離子的絡合物四環(huán)素與鈣離子的絡合物u黃色絡合物：沉積在骨骼和黃色絡合物：沉積在骨骼和牙齒上牙齒上u小兒和孕婦：應慎用或禁用小兒和孕婦：應慎用或禁用 小兒小兒 牙齒變黃色牙齒變黃色 孕婦孕婦 產兒可發(fā)生牙齒變色、產兒可發(fā)生牙齒變色、骨骼生長抑制骨骼生長抑制生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院34（2） CaMg復鹽在醇（低級醇）中的溶解

15、度。復鹽在醇（低級醇）中的溶解度。隨著隨著CaCl2濃度的增加而增加，而其鹽酸鹽濃度的增加而增加，而其鹽酸鹽則隨則隨CaCl2濃度的增加而減少。這是由堿制濃度的增加而減少。這是由堿制備鹽酸鹽的最佳方法備鹽酸鹽的最佳方法. 2酮系統(tǒng)為酸性基團，酮系統(tǒng)為酸性基團，沉淀應在沉淀應在pH8.59.0中進行。這是提取的重中進行。這是提取的重要依據之一；要依據之一；（3）四環(huán)素能與尿素形成等當量復合物。屬四）四環(huán)素能與尿素形成等當量復合物。屬四環(huán)素的特異性反應。環(huán)素的特異性反應。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院355、熒光反應：、熒光反應：四環(huán)素類抗生素在紫外光下都能產生熒光。這個性質

16、可用于四環(huán)素類抗生素在紫外光下都能產生熒光。這個性質可用于紙上層析和薄層層析中的斑點顯色紙上層析和薄層層析中的斑點顯色;6、氧化降解：、氧化降解：接觸氧化劑，會被氧化成低碳鏈化合物。久貯顏色更深。接觸氧化劑，會被氧化成低碳鏈化合物。久貯顏色更深。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院36第三節(jié)第三節(jié) 四環(huán)類抗生素發(fā)酵技術四環(huán)類抗生素發(fā)酵技術生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院37一、生產菌種一、生產菌種1、金色鏈霉菌、金色鏈霉菌2、育種、育種生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院38生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院39二、種子制備

17、及其控制要點二、種子制備及其控制要點生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院401、孢子制備、孢子制備u 斜面培養(yǎng)基：麩皮斜面培養(yǎng)基：麩皮5，硫酸鎂，硫酸鎂0.03，磷酸氫鉀磷酸氫鉀0.02，磷酸氫氨，磷酸氫氨0.05，瓊，瓊脂脂2。u 金色鏈霉菌在保存和繁殖過程中容易發(fā)金色鏈霉菌在保存和繁殖過程中容易發(fā)生變異。生變異。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院41成分成分種子種子發(fā)酵發(fā)酵玉米淀粉玉米淀粉4.04.06.56.5玉米粉玉米粉2.02.0花生餅粉花生餅粉2.02.02.62.6蛋白胨蛋白胨0.50.50.50.5氯化鎂氯化鎂0.0250.0250.030.0

18、3硫酸銨硫酸銨0.30.30.60.6錄化鈉錄化鈉0.20.20.350.35碳酸鈣碳酸鈣0.40.40.50.5玉米漿玉米漿1.01.0酵母粉酵母粉0.60.60.30.3磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀0.00250.00250.0080.008油油0.30.30.250.25淀粉酶淀粉酶0.00250.00250.030.03生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院422、種子制備u 培養(yǎng)基：淀粉、蛋白胨、花生餅粉。30-32培養(yǎng)24-27h。u 通氣和攪拌對種子生長有很大的影響。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院43三、影響發(fā)酵的因素及工藝控制要點u 1、培養(yǎng)基、培養(yǎng)

19、基u C源：淀粉、可溶性淀粉、葡萄糖、糖蜜及其源：淀粉、可溶性淀粉、葡萄糖、糖蜜及其油脂。也可用玉米淀粉。油脂。也可用玉米淀粉。u N源：花生餅粉、黃豆餅粉、棉籽餅粉、硫酸源：花生餅粉、黃豆餅粉、棉籽餅粉、硫酸銨、尿素等。銨、尿素等。u 抑氯劑。抑氯劑。u 無機鹽：磷酸鹽最重要。無機鹽：磷酸鹽最重要。u 鐵離子的影響：鐵離子的影響：u 消泡劑消泡劑u 培養(yǎng)基的滅菌質量。培養(yǎng)基的滅菌質量。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院442、培養(yǎng)條件的影響u 1、溫度：、溫度：32u 2、pH：菌體生長：菌體生長6.0-6.8，四環(huán)素合成，四環(huán)素合成最適最適5.8-6.0。u 3、溶氧的影

20、響。、溶氧的影響。u 4、二氧化碳的影響。、二氧化碳的影響。2-8mL/100mL,適適合四環(huán)素的合成。合四環(huán)素的合成。生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院45第三節(jié)、四環(huán)類抗生素提取精制第三節(jié)、四環(huán)類抗生素提取精制一、原理：結合結構式進行分析一、原理：結合結構式進行分析.二、過程：二、過程：RNOHCONH2OOOOHR1OHHHOHCH3H3CHM生物制藥工藝學生物制藥工藝學周口師范學院周口師范學院46方法：方法：1、沉淀法：、沉淀法： 利用在等電點溶解度最低的特點進行沉淀；利用在等電點溶解度最低的特點進行沉淀； 利用形成利用形成Ca-Mg復復鹽沉淀。鹽沉淀。2、溶媒萃取法：在堿性下與一些長鏈季胺堿形成復鹽，難溶于水，而易溶于、溶媒萃取法：在堿性下與一些長鏈季胺堿形成復鹽，難溶于水，而易溶于溶媒中，即所謂帶溶劑提取法。溶媒中，即所謂帶溶劑提取法。如：氯代烷基三甲胺如：氯代烷基三甲胺RN(CH3)3Cl， R=822個個C原子；另一類帶溶劑是吡啶鹽原子；另一類帶