抗生素的作用機制

關于抗生素的作用機制第1頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2抗生素如何影響微生物細胞的代謝(1)進入細胞并到達作用位點；(2)物理性地結合于細胞結構(靶分子)，該細胞結構參與對保持細胞生長或內環(huán)境穩(wěn)定必不可少的某一過程；(3)抗生素抑制酶的活性或細胞結構功能。第2頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三抑制細胞壁的合成影響胞漿膜的通透性抑制DNA合成抑制蛋白質合成抑制RNA合成影響葉酸代謝抗生素的作用機制抗生素在分子水平上干擾微生物細胞任一基本代謝的某一種機制第3頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三4根據(jù)抗生素干擾代謝過程的不同，抗生素通常分為五大類(1)細胞壁合成抑制物；(2)遺傳物質的復制或轉錄抑制物；(3)蛋白質合成抑制物；(4)細胞膜功能抑制物；(5)能量代謝系統(tǒng)抑制物或抗代謝物。第4頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三5第一節(jié)細胞壁合成抑制物細胞壁的功能和化學結構細胞壁合成不同抗生素的作用原理第5頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三6細胞壁的功能：保持細胞形態(tài)，維持細細胞質高滲透壓。細菌細胞壁組成：肽聚糖，菌壁酸或菌壁醛酸，脂多糖，脂蛋白，蛋白質，多糖等。肽聚糖是由雙糖單位，四肽尾還有肽橋聚合而成得多層網狀大分子結構，是構成細胞壁的骨架。（一）化學結構：1、N-乙酰葡萄糖胺通過β-1,4糖苷鍵與N-乙酰胞壁酸連接；2、N-乙酰胞壁酸連接四肽尾；3、四肽尾將單體連接為復合體。一、細胞壁的功能和化學結構第6頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三7肽聚糖的結構N-乙酰葡萄糖胺(G)

N-乙酰胞壁酸(M)第7頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三8（二）生物合成1、肽多糖前體基本單元UDP-胞壁酰五肽的合成，在細胞質中進行；2、十一聚異戊二烯磷酸替換UDP，形成N-乙酰氨基葡萄糖-N-乙酰胞壁酸-五肽單體，在細胞膜中進行；3、肽聚糖鏈的組裝及三維結構的構建，在細胞膜外進行。第8頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三9UDP－胞壁酰五肽形成示意圖磷酸烯醇式丙酸酮UDP-N-乙酰葡萄糖胺UDP-N-乙酰胞壁酸胞壁酰三肽UDP－胞壁酰五肽胞漿第9頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三10大腸桿菌肽聚糖的結構轉糖基酶,轉糖基反應轉肽酶,轉肽反應第10頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三11（三）抑制肽聚糖生物合成的抗生素1、作用于肽聚糖合成的第一階段：磷霉素，環(huán)線酸氨等；2、作用于肽聚糖合成的第二階段；萬古霉素，瑞斯妥菌素，桿菌肽等；3、作用于肽聚糖合成的第三階段：青霉素，頭胞菌素類等。第11頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三12丙酮酰轉移酶磷霉素環(huán)絲氨酸丙氨酸消旋酶D－丙氨烯－D－丙氨酸二肽合成酶UDP－胞壁酰五肽形成示意圖第12頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三13青霉素和D－Ala－D－Ala二肽的結構構象第13頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三CH-COOHR-C-NH-CH-CH=OCSCH3CH3C—N青霉素CH-COOHR-C-NH-CH-CH2

=OCH3C—NO=D-丙氨酰-D-丙氨酸青霉素結合蛋白（PBPs，轉肽酶）胞壁酸-內酰胺類作用機制第14頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三15作用機制（一）作用機制抗生素主要作用靶位抑制細菌細胞壁肽聚糖生物合成-內酰胺類磷霉素糖肽類環(huán)絲氨酸桿菌肽抑制轉肽酶活性，破壞肽聚糖相互交聯(lián)；與肽聚糖生物合成中的UDP-N-乙酰葡糖胺丙酮酰轉移酶結合，阻斷UDP-N-乙酰葡糖胺向UDP-N-乙酰胞壁酸的轉化；與D-丙氨酰-D-丙氨酸結合，抑制轉糖基和轉肽反應；抑制丙氨酸消旋酶和D-丙氨酰-D-丙氨酸合成酶；抑制焦磷酸酶，阻斷肽聚糖跨膜載體十一聚異戊二烯醇再生。第15頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三16第二節(jié)

核酸復制與轉錄抑制物DNA合成DNA復制RNA轉錄第16頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三17DNA復制前導鏈滯后鏈DNA在復制時，其雙鏈首先解開，形成復制叉，而復制叉的形成則是由多種蛋白質及酶參與的較復雜的復制過程。前導鏈與后隨鏈的差別在于前者從復制起始點開始按5’—3’持續(xù)的合成下去，不形成岡崎片段，后者則隨著復制叉的出現(xiàn)，不斷合成長約2—3kb的岡崎片段。單鏈DNA結合蛋白DNA解旋酶大腸桿菌中的Dna蛋白第17頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三18第18頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三19復制和轉錄抑制物復制和轉錄抑制物分為兩類：前體類似物，抑制前體物的合成；DNA模板功能抑制物和酶(促旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶)抑制物，抑制核酸聚合。第19頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三20核酸合成抑制物的作用機制DNA聚合酶RNA聚合酶解旋酶第20頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三21絲裂霉素絲裂霉素為細胞毒藥物，在DNA的兩條鏈之間形成共價鍵，使雙鏈不能分開。這種作用效應是不可逆的，具殺菌作用。但是由于缺乏選擇性，其毒性很大，不能用作抗微生物劑，但作為抗腫瘤劑。第21頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三22博來霉素博來霉素是DNA損傷劑，既能在單鏈又能在雙鏈DNA上產生多個斷點，并釋放出單個核苷酸。這類抗生素僅用于某些種類的腫瘤。第22頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三23利福霉素利福霉素與RNA聚合酶β亞基形成實際上不可逆的復合物。利福霉素是唯一的商業(yè)上上投入生產的安莎霉素，特別是利福平，在臨床上廣泛用作抗結核和抗葡萄球菌劑。第23頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三24作用機制（二）作用機制抗生素主要作用靶位抑制DNA生物合成磺胺類甲氧芐啶,氨甲蝶呤,氨基蝶呤絲裂霉素C博來霉素萘啶酸，奎諾酮類，新生霉素抑制細菌二氫葉酸合成酶抑制細菌二氫葉酸還原酶抑制DNA復制時的雙鏈打開與DNA結合，切斷DNA的一條鏈抑制細菌DNA促旋酶(拓撲異構酶)抑制RNA生物合成桑吉霉素，豐加霉素放線菌素D蒽環(huán)類利福霉素類抑制轉錄反應抑制DNA依賴性RNA聚合酶抑制DNA依賴性RNA和DNA聚合酶抑制細菌DNA依賴性RNA聚合酶第24頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三25第三節(jié)

蛋白質合成抑制物通過蛋白質合成過程，遺傳信息被轉譯出來。蛋白質合成，就是根據(jù)mRNA上的核苷酸三聯(lián)體順序決定的序列，將不同的氨基酸聚合。這些核苷酸順序，同樣是由特異DNA區(qū)段上的脫氧核苷酸順序決定的。第25頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三26（一）蛋白質的生物合成：原核生物：核糖核蛋白體50s+30s→70s；50s由（23sRNA+5sRNA+34種蛋白質）組成；30s由（16sRNA+10種以上蛋白質）組成。真核生物：核糖核蛋白體60s+40s→80s；起始密碼AUG，GUG。第26頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三27一、蛋白質合成的幾個階段蛋白質合成分為兩個主要過程：氨基酸激活和鑒別；核糖體循環(huán)。第27頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三281．氨基酸的激活與鑒別每一種氨基酸在特異的氨酰tRNA合成酶催化下，其羧基與特異tRNA末端核苷酸的羥基形成酯鍵。氨基酸被激活和連接在合適的tRNA上被鑒別，這個過程稱為tRNA“加載”。攜帶有氨基酸的tRNA分子稱為氨酰tRNA。在細菌中，甲硫氨酰tRNAmet的氨基酸的氨基被甲?；?，并作為聚合過程的起始物(tRNA起始物)。

第28頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三292．原核細胞中的核糖體循環(huán)1）起始階段2）延伸階段3）終止階段第29頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三301）起始階段mRNA上SD序列結合在核糖體30S亞基上的16SrRNA上，然后與tRNA起始物結合，tRNA定位在起始密碼子AUG上，形成一個三元復合物。三種蛋白質，起始因子IF1、IF2、IF3，參與并保證三元復合物正確無誤地形成。50S亞基結合到三元復合物，就形成了包含有一個完整核糖體的復合物。tRNA起始物和相應的三聯(lián)體定位在核糖體的被稱為P的位點(新生肽鏈位點)。第30頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三31第31頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三322）延伸階段在核糖體被稱為A的位點，即氨酰tRNA位點，在延伸因子EF-Tu和EF-Ts的作用下，新的氨酰tRNA定位在鄰近起始三聯(lián)體的三聯(lián)體上。50S核糖體亞基上的具有酶活性的組份，肽酰轉移酶，催化甲酰甲硫氨酸(或后繼的肽酰鏈)轉移至占據(jù)位點的氨酰tRNA上的氨基，形成一個二肽酰tRNA。在另外一個蛋白質因子，EF-G作用下，核糖體沿mRNA轉位一個密碼(三個堿基)距離，結果二肽酰tRNA從A位點移依至P位點，空載的tRNA便被釋放出來。這－過程循環(huán)重復，通過每次在多肽鏈的末端羧基上增加一個氨基酸殘基，多肽鏈逐漸延伸。第32頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三33第33頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三343）終止階段肽鏈延伸一直進行，當核糖體在mRNA上到達一個特異三聯(lián)體(UAA、UAG或UGA)，即終止信號時，延伸階段就結束。此時肽酰tRNA、核糖體和mRNA的三元復合物解離。其組成成分可以重新組裝，并開始新鏈的合成。終止過程由特異蛋白質即終止因子RF1、RF2、和RF3促成。第34頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三35第35頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三36二、蛋白質合成抑制物范例根據(jù)抗生素作用的位點，可以將它們分為三種：1.氨酰tRNA形成抑制物2.核糖體功能抑制物3.核糖體外的因子抑制物第36頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三37木比洛菌素木比洛菌素競爭性抑制異亮氨酰tRNA合成酶。作用于G＋細菌，抑菌作用。由于木比洛菌素的親脂性，妨礙了它透過外膜孔，所以對G－細菌缺乏有效性。木比洛菌素的作用具有選擇性及無毒性，但是體內給藥時，很快被代謝為無活性的形式，所以只能局部給藥。第37頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三38鏈霉素鏈霉素是殺菌抗生素，能不可逆地與核糖體30S亞基上的一個位點結合，導致A位點的破壞，阻止了氨酰tRNA正確定位，尤其是妨礙了甲硫氨酰tRNAmet的結合，從而阻止了轉錄的起始。第38頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三39慶大霉素慶大霉素屬于氨基糖苷類抗生素。這類抗生素有妥布霉素、卡那霉素、阿米卡星、西索米星等。這些抗生素是殺菌作用，很可能是因為它們對靶子的親和力極高。它們對30S亞基顯了最高的親和力，但作用位點并不同于鏈霉素，它們主要抑制轉位。第39頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三40鏈霉素和慶大霉素作用示意圖A的位點P的位點核糖體沿mRNA轉位一個密碼距離P的位點慶大霉素抑制轉位鏈霉素第40頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三41四環(huán)素類四環(huán)素和16SrRNA上靠近與氨酰tRNA連接的區(qū)域形成可逆復合物。第41頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三42紅霉素紅霉素屬于大環(huán)內酯類抗生素。紅霉素與50S亞基結合，選擇性地抑制原核細胞蛋白質合成。紅霉素與23SrRNA的特異區(qū)域直接結合，所導致的結構破壞效應，似乎使肽酰tRNA從核糖體上較早地解離。第42頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三43氯霉素作用示意圖A的位點P的位點肽酰轉移酶P的位點氯霉素50S亞基作用于50S亞基，抑制肽酰轉移反應。第43頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三44作用機制（三）作用機制抗生素主要作用靶位抑制蛋白質生物合成氨基糖苷類四環(huán)素類氯霉素、林肯霉素和大環(huán)內酯類春日霉素卷曲霉素噁唑烷二酮類與核糖體30S亞基和50S亞基結合，抑制肽酰-tRNA轉位與30S亞基結合，抑制氨基脂?；?tRNA與mRNA密碼子依賴性核糖體A位結合作用于50S亞基中的23S核蛋白體RNA(rRNA)，抑制肽?；D移酶抑制30S亞基與甲酰蛋氨酸-tRNA復合物的形成與30S及50S亞基結合，抑制蛋白質合成的開始階段和延長過程的轉位與50S亞基的23SrRNA結合，干擾70S功能起始復合物的形成第44頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三45第四節(jié)細胞膜功能抑制物

原核細胞及真核細胞都有一層細胞膜包裹著，它控制著細胞內外物質的雙向流動，起到屏障作用，并具有識別和傳遞信息的功能。第45頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三46細胞膜結構示意圖第46頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三47不同種屬細胞膜的差異不同種類生物體，細胞膜在化學上和結構上都有相當?shù)南嗨菩?。細菌細胞膜中不含有固醇。真菌的細胞膜主要含有麥角固醇。哺乳動物的細胞膜上主要含有膽固醇。這些抗生素的選擇性一般較差，對細菌及真核細胞都有作用。因為不同種類生物體，細胞膜在化學上和結構上都有相當?shù)南嗨菩浴Ｓ捎谶@類抗生素缺乏專一性，通常毒性特別大，不能體內給藥，只能限制在局部用藥。第47頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三48影響細胞膜功能的抑制物１．破壞膜結構的物質破壞細胞膜超分子結構，因而造成細胞內成分流失的化合物。２．離子載體作為特異離子運載體(稱為離子通道)，使某些離子產生不正常的積累或排出的化合物。第48頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三49多粘菌素多粘菌素（polymyxin）是發(fā)現(xiàn)于多粘桿菌（Bacilluspolymyxa）培養(yǎng)液中的抗菌性多肽，有A、B、C、D、E等五種。該家族抗生素的親水基團與磷脂上的磷酸基形成復合物，而親脂鏈可以插入脂肪鏈之間，因而解聚細胞膜結構?？咕V相互類似而范圍寬廣，特別對革蘭氏陰性細菌作用頗強，毒性較弱；很可能因為它們對外膜的親相力高于細胞質膜?？诜r不能吸收，第49頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三50多烯類抗生素這類物質的結構特點是一條親脂鏈通過內酯鍵閉合成環(huán)。鏈上有一個親脂區(qū)域和一個親水區(qū)域。親脂區(qū)域對膜上的固醇有極高的親和力，與組成真菌細胞膜的麥角固醇結合，破壞膜的功能。多烯類抗生素對麥角固醇(真菌細胞膜上的固醇)的親和力比膽固醇(動物細胞膜上的固醇)高，因而作為抗真菌劑。第50頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三51２．離子載體這類抗生素作為離子載體，與陽離子形成脂溶性復合物，或者形成親脂性細胞膜的孔，使得陽離子能通過細胞膜。后果是：①細胞內積累陽離子；②陽離子不正常流失；③環(huán)境中的陽離子被螯合，使得細胞無法利用它們。第51頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三52作用機制（四）作用機制抗生素主要作用靶位破壞微生物細胞質膜功能多烯類唑類抗真菌藥物托萘酯(發(fā)癬退)多粘菌素B,粘桿菌素短桿菌肽S脂肽類(Daptomycin)與組成真菌細胞膜的麥角固醇結合，破壞膜的功能；抑制真菌羊毛固醇脫甲基酶(細胞色素P-450)，阻斷麥角固醇合成；抑制真菌角鯊烯單加氧酶；類似陽離子洗滌劑的作用，破壞細菌細胞膜的磷脂結構；切斷細菌電子傳遞系統(tǒng)與氧化磷酸化的偶聯(lián)；與G+細菌的脂磷壁酸結合，使細胞質膜去極化，從而破壞膜的傳輸功能。第52頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第五節(jié)能量代謝系統(tǒng)抑制物

1、呼吸鏈電子傳遞抑制劑，抗霉素A；

2、將電子傳遞與磷酸化的偶聯(lián)拆開的解偶聯(lián)劑；

3、抑制由高能中間體化合物向ATP轉移能量的化合物