第六章四環(huán)類抗生素

1、生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院2第一節(jié)概述生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院3一、簡(jiǎn)介一、簡(jiǎn)介u 定義：定義： 一類具有一類具有并四苯結(jié)構(gòu)并四苯結(jié)構(gòu)的廣譜抗的廣譜抗生素。生素。u 由放線菌產(chǎn)生的一類抗生素由放線菌產(chǎn)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院4 碳碳 核核： 氫化氫化并四苯并四苯（四環(huán)） 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)：OHOOHOOHONH2NCH3CH3OHH 45176101112可變部分生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院6天然四環(huán)素類天然四環(huán)素類結(jié)結(jié) 構(gòu)：構(gòu)： 四環(huán)素四環(huán)素 O HOO HOO HONH2NC H3CH3O HO HCH346生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(tuán)，利用土霉素去掉團(tuán)，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(jié)構(gòu)改造半合成四環(huán)素類抗生素的結(jié)構(gòu)改造(Doxycycline)(Minocycline) 多西環(huán)素的6位碳上無(wú)羥基，可避免發(fā)生酸性消除反應(yīng)和堿性條件反應(yīng)；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(gòu)化反應(yīng)難以發(fā)生。故多西環(huán)素對(duì)酸、堿都比較穩(wěn)定。生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院10 四環(huán)素類構(gòu)效關(guān)系u 結(jié)構(gòu)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(tuán)，改變其結(jié)構(gòu)活性消失，僅可在酰胺基上的氫進(jìn)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院11 構(gòu)效關(guān)系u C11、C1位的雙酮雙酮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)抗菌活性至關(guān)重要。u 5、6、7、8、9位的取代基為非活性必須基團(tuán)，對(duì)其改造可改變其抗菌活性、化學(xué)穩(wěn)定性和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。A AB BC CD DOHOOHNOCONH2OHOHOHHH6 62 25a5a4 45 53

7、 34a4a6a6a7 78 89 9101010a10a111112a12a1 111a11a1212生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院12二二 、發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院13u1953年發(fā)現(xiàn)將年發(fā)現(xiàn)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(xiàn)用在不含氯的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的鏈霉菌菌株發(fā)酵可隨后發(fā)現(xiàn)用在不含氯的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的鏈霉菌菌株發(fā)酵可生產(chǎn)四環(huán)素生產(chǎn)四環(huán)素Tetracycline60年代年代70年代，研究開(kāi)發(fā)了半合成四環(huán)類：甲烯土霉素、強(qiáng)年代，研究開(kāi)發(fā)了半合成四環(huán)類：甲烯土霉素、強(qiáng)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院141、抗菌譜、抗菌譜 四環(huán)類早期主要用于治療對(duì)耐青霉素菌引起的感四環(huán)類早期主要用于治療對(duì)耐青霉素菌引起的感染有相當(dāng)?shù)寞熜?。本?/p>

9、抗生素，染有相當(dāng)?shù)寞熜?。本類抗生素，?duì)各種對(duì)各種G+細(xì)菌細(xì)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(xì)菌細(xì)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(shù)大腸桿菌和痢疾桿菌，半數(shù)以上金黃色葡萄大多數(shù)大腸桿菌和痢疾桿菌，半數(shù)以上金黃色葡萄球菌、肺炎球菌、鏈球菌等均呈現(xiàn)抗藥性，因而主球菌、肺炎球菌、鏈球菌等均呈現(xiàn)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(diǎn)是：抗菌譜廣、吸收好、副作用主要優(yōu)點(diǎn)是：抗菌譜廣、吸收好、副作用小、價(jià)格低廉、不引起過(guò)敏反應(yīng)。但又小、價(jià)格低廉、不引起過(guò)敏反應(yīng)。但又可能引起嚴(yán)重的胃腸道反應(yīng)和嘔吐等?？赡芤饑?yán)重的胃腸道反應(yīng)和嘔吐等。生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院16 2 2、作用機(jī)理：四環(huán)素類抗生素、作用機(jī)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(jié)合

11、，從而抑亞基結(jié)合，從而抑制其蛋白質(zhì)合成。制其蛋白質(zhì)合成。 生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(guò)革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁或陰性菌細(xì)胞膜（即第一道穿透屏障）的難易； 對(duì)酶（第二道屏障）的穩(wěn)定性； 對(duì)抗菌作用靶位（PBPS）的親和性。u細(xì)菌的耐藥方式：細(xì)菌的耐藥方式：細(xì)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(diǎn)改變：如PBPs結(jié)構(gòu)改變，使藥物對(duì)其不敏感。細(xì)菌產(chǎn)生藥泵u細(xì)菌產(chǎn)生核蛋白體保護(hù)蛋白細(xì)菌產(chǎn)生核蛋白體保護(hù)蛋白四環(huán)素類藥物的耐藥性生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(jī)會(huì)感染和維生素缺多，有胃腸道障礙、誘發(fā)機(jī)會(huì)感染和維生素缺乏、肝障礙、粒狀白細(xì)胞減少等。乏、肝障礙、粒狀白細(xì)胞減少等。u 另外，對(duì)胎兒有致畸作用，對(duì)幼兒可致骨發(fā)育另外，對(duì)胎兒有致畸作用，對(duì)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院19第二節(jié)第二節(jié) 四環(huán)類抗生素理化性質(zhì)四環(huán)類抗生素理化性質(zhì)一、物理性質(zhì)。一、物理性質(zhì)。

13、1.發(fā)色團(tuán)：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(tuán)：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(jié)晶黃色結(jié)晶粉末、味苦。粉末、味苦。2.功能團(tuán)：二甲胺基（功能團(tuán)：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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(fù)鹽溶解度較低。復(fù)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(luò)合物鐵離子形成紅色絡(luò)合物鋁離子形成黃色絡(luò)合物鋁離子形成黃色絡(luò)合物RNOHCONH2OOOOHR1OHHHOHCH3H3CHM生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院33四環(huán)素與鈣離子的絡(luò)合物四環(huán)素與鈣離子的絡(luò)合物u黃色絡(luò)合物：沉積在骨骼和黃色絡(luò)合物：沉積在骨骼和牙齒上牙齒上u小兒和孕婦：應(yīng)慎用或禁用小兒和孕婦：應(yīng)慎用或禁用 小兒小兒 牙齒變黃色牙齒變黃色 孕婦孕婦 產(chǎn)兒可發(fā)生牙齒變色、產(chǎn)兒可發(fā)生牙齒變色、骨骼生長(zhǎng)抑制骨骼生長(zhǎng)抑制生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院34（2） CaMg復(fù)鹽在醇（低級(jí)醇）中的溶解

15、度。復(fù)鹽在醇（低級(jí)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(tuán)，酮系統(tǒng)為酸性基團(tuán)，沉淀應(yīng)在沉淀應(yīng)在pH8.59.0中進(jìn)行。這是提取的重中進(jìn)行。這是提取的重要依據(jù)之一；要依據(jù)之一；（3）四環(huán)素能與尿素形成等當(dāng)量復(fù)合物。屬四）四環(huán)素能與尿素形成等當(dāng)量復(fù)合物。屬四環(huán)素的特異性反應(yīng)。環(huán)素的特異性反應(yīng)。生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院355、熒光反應(yīng)：、熒光反應(yīng)：四環(huán)素類抗生素在紫外光下都能產(chǎn)生熒光。這個(gè)性質(zhì)

16、可用于四環(huán)素類抗生素在紫外光下都能產(chǎn)生熒光。這個(gè)性質(zhì)可用于紙上層析和薄層層析中的斑點(diǎn)顯色紙上層析和薄層層析中的斑點(diǎn)顯色;6、氧化降解：、氧化降解：接觸氧化劑，會(huì)被氧化成低碳鏈化合物。久貯顏色更深。接觸氧化劑，會(huì)被氧化成低碳鏈化合物。久貯顏色更深。生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院36第三節(jié)第三節(jié) 四環(huán)類抗生素發(fā)酵技術(shù)四環(huán)類抗生素發(fā)酵技術(shù)生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院37一、生產(chǎn)菌種一、生產(chǎn)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院38生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院39二、種子制備

17、及其控制要點(diǎn)二、種子制備及其控制要點(diǎn)生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(guò)程中容易發(fā)金色鏈霉菌在保存和繁殖過(guò)程中容易發(fā)生變異。生變異。生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(duì)種子生長(zhǎng)有很大的影響。生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院43三、影響發(fā)酵的因素及工藝控制要點(diǎn)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(wú)機(jī)鹽：磷酸鹽最重要。無(wú)機(jī)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(zhì)量。培養(yǎng)基的滅菌質(zhì)量。生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院442、培養(yǎng)條件的影響u 1、溫度：、溫度：32u 2、pH：菌體生長(zhǎng)：菌體生長(zhǎng)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(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)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(jié)合結(jié)構(gòu)式進(jìn)行分析一、原理：結(jié)合結(jié)構(gòu)式進(jìn)行分析.二、過(guò)程：二、過(guò)程：RNOHCONH2OOOOHR1OHHHOHCH3H3CHM生物制藥工藝學(xué)生物制藥工藝學(xué)周口師范學(xué)院周口師范學(xué)院46方法：方法：1、沉淀法：、沉淀法： 利用在等電點(diǎn)溶解度最低的特點(diǎn)進(jìn)行沉淀；利用在等電點(diǎn)溶解度最低的特點(diǎn)進(jìn)行沉淀； 利用形成利用形成Ca-Mg復(fù)復(fù)鹽沉淀。鹽沉淀。2、溶媒萃取法：在堿性下與一些長(zhǎng)鏈季胺堿形成復(fù)鹽，難溶于水，而易溶于、溶媒萃取法：在堿性下與一些長(zhǎng)鏈季胺堿形成復(fù)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(gè)個(gè)C原子；另一類帶溶劑是吡啶鹽原子；另一類帶