1、第十章第十章抗生素發(fā)酵工程抗生素發(fā)酵工程第一節(jié) 抗生素概論一、抗生素的定義一、抗生素的定義傳統(tǒng)的定義：傳統(tǒng)的定義：抗生素（抗生素（antibioticantibiotic）是微生物細(xì)胞）是微生物細(xì)胞產(chǎn)生的能以低濃度抑制其他微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的化產(chǎn)生的能以低濃度抑制其他微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì)。學(xué)物質(zhì)。 現(xiàn)代定義：現(xiàn)代定義：抗生素是生物細(xì)胞產(chǎn)生的能以低濃度抑抗生素是生物細(xì)胞產(chǎn)生的能以低濃度抑制其他生物細(xì)胞生長(zhǎng)或功能的化學(xué)物質(zhì)制其他生物細(xì)胞生長(zhǎng)或功能的化學(xué)物質(zhì) 抗生素與藥理活性物質(zhì)的區(qū)別：抗生素與藥理活性物質(zhì)的區(qū)別：l藥理活性物質(zhì)藥理活性物質(zhì)作用于動(dòng)植物體本身的生理功能（如作用于動(dòng)植物體本身的生理功能

2、（如免疫調(diào)節(jié)、降血脂、降血糖、降血壓、抗炎、減肥、動(dòng)免疫調(diào)節(jié)、降血脂、降血糖、降血壓、抗炎、減肥、動(dòng)植物生長(zhǎng)促進(jìn)、植物生長(zhǎng)抑制等等）植物生長(zhǎng)促進(jìn)、植物生長(zhǎng)抑制等等） l抗生素抗生素作用于動(dòng)植物體內(nèi)的寄生（或贅生）生物作用于動(dòng)植物體內(nèi)的寄生（或贅生）生物（細(xì)菌、真菌、病毒、癌細(xì)胞等）（細(xì)菌、真菌、病毒、癌細(xì)胞等） 據(jù)世界衛(wèi)生組織據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)1999(WHO)1999年統(tǒng)計(jì)，全世年統(tǒng)計(jì)，全世界每年有界每年有14001400萬(wàn)人死于感染病，占死亡人數(shù)萬(wàn)人死于感染病，占死亡人數(shù)的第一位，其次是心臟病、癌癥和腦疾病，的第一位，其次是心臟病、癌癥和腦疾病，分別為分別為750750萬(wàn)人、萬(wàn)人、7

3、00700萬(wàn)人和萬(wàn)人和550550萬(wàn)人。萬(wàn)人。 一種新的抗生素研制的費(fèi)用大約需要十一種新的抗生素研制的費(fèi)用大約需要十幾億美金和幾億美金和1010到到1515年的過(guò)程，而使用不當(dāng)，年的過(guò)程，而使用不當(dāng)，3 3到到5 5年病菌就會(huì)對(duì)這種藥物產(chǎn)生耐藥性。年病菌就會(huì)對(duì)這種藥物產(chǎn)生耐藥性。 我國(guó)的金黃色葡萄球菌的耐青霉素比例我國(guó)的金黃色葡萄球菌的耐青霉素比例已經(jīng)高達(dá)已經(jīng)高達(dá)90%90%，造成肺炎的病菌在社區(qū)的標(biāo)本，造成肺炎的病菌在社區(qū)的標(biāo)本有有20%20%可以耐藥，而在醫(yī)院內(nèi)這一比例可以達(dá)可以耐藥，而在醫(yī)院內(nèi)這一比例可以達(dá)到到60%60%。肺炎鏈球菌已有。肺炎鏈球菌已有45%45%耐青霉素，耐青霉素，7

4、0%70%耐耐紅霉素。紅霉素。 二、青霉素的發(fā)現(xiàn)者及二、青霉素的發(fā)現(xiàn)者及19451945年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者Alexander Fleming Alexander Fleming (1881-1955)(1881-1955)B.B. Chain (1906-Chain (1906-1979)1979)W.W. Florey (1898-Florey (1898-1968)1968)返回三、微生物產(chǎn)生抗生素三、微生物產(chǎn)生抗生素1 1、放線(xiàn)菌產(chǎn)生的抗生素：、放線(xiàn)菌產(chǎn)生的抗生素：鏈霉菌屬鏈霉菌屬：放線(xiàn)菌素、鏈霉素等：放線(xiàn)菌素、鏈霉素等6060種類(lèi)。種類(lèi)。小單抱菌屬小單

5、抱菌屬：紅霉素（大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)）、新霉素（氨基：紅霉素（大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)）、新霉素（氨基環(huán)醇類(lèi)）環(huán)醇類(lèi)）諾卡氏菌屬諾卡氏菌屬：肌霉素（氨基環(huán)醇類(lèi)）、諾卡氏菌素：肌霉素（氨基環(huán)醇類(lèi)）、諾卡氏菌素2 2、細(xì)菌產(chǎn)生抗生素、細(xì)菌產(chǎn)生抗生素芽孢桿菌屬：芽孢桿菌屬：多粘芽孢桿菌和多粘芽孢桿菌和 枯草芽孢桿菌枯草芽孢桿菌假單胞菌屬：假單胞菌屬：銅綠假單胞菌（綠膿桿菌）銅綠假單胞菌（綠膿桿菌）桿菌肽、粘桿菌素、多黏菌素等多肽類(lèi)。桿菌肽、粘桿菌素、多黏菌素等多肽類(lèi)。3 3、真菌產(chǎn)生抗生素、真菌產(chǎn)生抗生素青霉屬：青霉屬：青霉素、灰黃霉素。青霉素、灰黃霉素。頭孢菌屬：頭孢菌屬： 頭孢霉素頭孢霉素四、抗生素的分類(lèi)（一）四、抗生

6、素的分類(lèi)（一）類(lèi)類(lèi)亞類(lèi)亞類(lèi)主要品種主要品種b b-內(nèi)酰內(nèi)酰胺類(lèi)胺類(lèi)(b b-Lactams)青霉素類(lèi)青霉素類(lèi)頭孢烯類(lèi)頭孢烯類(lèi)氧頭孢烯類(lèi)氧頭孢烯類(lèi)碳頭孢烯類(lèi)碳頭孢烯類(lèi)青霉烯類(lèi)青霉烯類(lèi)碳青霉烯類(lèi)碳青霉烯類(lèi)單環(huán)內(nèi)酰胺單環(huán)內(nèi)酰胺類(lèi)類(lèi)b b-內(nèi)酰胺酶內(nèi)酰胺酶抑制劑抑制劑 青霉素青霉素G，青霉素，青霉素V，氨芐西，氨芐西林，阿莫西林，林，阿莫西林，頭孢噻吩，頭孢唑啉，頭孢氨頭孢噻吩，頭孢唑啉，頭孢氨芐，頭孢羥氨芐，芐，頭孢羥氨芐，拉氧頭孢，氟氧頭孢拉氧頭孢，氟氧頭孢氯碳頭孢氯碳頭孢瑞替配能，法羅配能瑞替配能，法羅配能亞胺配能，帕尼配能，美洛配亞胺配能，帕尼配能，美洛配能，比阿配能能，比阿配能氨曲喃，卡魯莫

7、喃氨曲喃，卡魯莫喃棒酸，舒巴坦，三唑巴坦，舒棒酸，舒巴坦，三唑巴坦，舒他西林，三唑配能他西林，三唑配能 HNONSCH3CH3HCOO-Hb-lactam ring -內(nèi)酰胺環(huán)內(nèi)酰胺環(huán)R抗生素的分類(lèi)（二）抗生素的分類(lèi)（二）類(lèi)類(lèi)亞亞類(lèi)類(lèi)主要品種主要品種氨基糖苷類(lèi)氨基糖苷類(lèi)(Amino-glycosides) 天天然然半半合合成成 鏈霉素，卡那霉素，慶大米星鏈霉素，卡那霉素，慶大米星(慶大慶大霉素霉素)，小諾米星，小諾米星(小諾霉素小諾霉素)，核糖，核糖霉素，妥布霉素，紫蘇霉素，阿斯霉素，妥布霉素，紫蘇霉素，阿斯米星米星(福提霉素福提霉素)，大觀(guān)霉素，新霉素，大觀(guān)霉素，新霉素，春日霉素，有效霉素春

8、日霉素，有效霉素半合成卡那霉素：阿貝卡星，阿米半合成卡那霉素：阿貝卡星，阿米卡星，地貝卡星；半合成紫蘇霉素：卡星，地貝卡星；半合成紫蘇霉素：奈替米星；半合成慶大霉素：衣替奈替米星；半合成慶大霉素：衣替米星米星抗生素的分類(lèi)（三）抗生素的分類(lèi)（三）類(lèi)類(lèi)亞類(lèi)亞類(lèi)主要品種主要品種大環(huán)內(nèi)酯大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)類(lèi)(Macro-lactones) 14員環(huán)員環(huán)15員環(huán)員環(huán)16員環(huán)員環(huán)20員員紅霉素紅霉素，竹桃霉素，半合成紅霉素克拉，竹桃霉素，半合成紅霉素克拉霉素、羅紅霉素、地紅霉素、氟紅霉素霉素、羅紅霉素、地紅霉素、氟紅霉素阿齊霉素阿齊霉素(半合成紅霉素半合成紅霉素)柱晶白霉素柱晶白霉素(北里霉素北里霉素)，交沙霉素

9、，麥迪，交沙霉素，麥迪霉素，羅他霉素霉素，羅他霉素(丙酰柱晶白霉素丙酰柱晶白霉素)，乙酰，乙酰螺旋霉素螺旋霉素和丙酰螺旋霉素和丙酰螺旋霉素(半合成螺旋霉半合成螺旋霉素素)，三岡霉素，三岡霉素(半合成麥迪霉素半合成麥迪霉素)，泰洛，泰洛菌素，除蟲(chóng)菌素，雙氫除蟲(chóng)菌素菌素，除蟲(chóng)菌素，雙氫除蟲(chóng)菌素(半合成半合成除蟲(chóng)菌素除蟲(chóng)菌素)，環(huán)氧噻酮，環(huán)氧噻酮藤霉素藤霉素(他克莫司他克莫司)，雷帕霉素，雷帕霉素(昔洛莫司昔洛莫司) O C H 3 C H 3 C H 3 O H O O H O C H 3 C H 3 C H 3 O R1 R2 O C H 3 O C H 3 O H N C H 3 C H 3

10、O C H 3 C H 3 O H O C H 3 R3 紅霉素A 克拉霉素 羅紅霉素 氟紅霉素 R1 H CH3 H HR2 O O NOCH2O(CH2)2OCH3 OR3 H H H F抗生素的分類(lèi)（四）抗生素的分類(lèi)（四）類(lèi)類(lèi)亞類(lèi)亞類(lèi) 主要品種主要品種四環(huán)素類(lèi)四環(huán)素類(lèi)(Tetra-cyclines) 天然天然半合半合成成 四環(huán)素，土霉素，金霉素，四環(huán)素，土霉素，金霉素，去甲基去甲基金霉素金霉素脫氧土霉素脫氧土霉素(多西環(huán)素多西環(huán)素)，甲烯土霉素，甲烯土霉素(米他環(huán)素米他環(huán)素)，二甲胺四環(huán)素，二甲胺四環(huán)素(米諾環(huán)米諾環(huán)素素)多肽類(lèi)多肽類(lèi)(peptides) 桿菌肽，短桿菌肽桿菌肽，短桿菌肽

11、S，多粘菌素，多粘菌素B，粘桿菌素，卷曲霉素，結(jié)核放線(xiàn)菌粘桿菌素，卷曲霉素，結(jié)核放線(xiàn)菌素，絲裂霉素，環(huán)孢素素，絲裂霉素，環(huán)孢素(環(huán)孢菌素環(huán)孢菌素)，古斯莫司，烏苯美司，二丙膦古斯莫司，烏苯美司，二丙膦 R3 N H H O H O H O O H O R2 O H N HR5 O C H 3 C H 3 R4 R1 作用機(jī)制（一）作用機(jī)制（一）作用機(jī)制作用機(jī)制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位抑制細(xì)菌抑制細(xì)菌細(xì)胞壁肽細(xì)胞壁肽聚糖生物聚糖生物合成合成 b b-內(nèi)酰胺類(lèi)內(nèi)酰胺類(lèi)磷霉素磷霉素糖肽類(lèi)糖肽類(lèi)環(huán)絲氨酸環(huán)絲氨酸桿菌肽桿菌肽抑制轉(zhuǎn)肽酶活性，破壞肽聚糖相互交聯(lián)抑制轉(zhuǎn)肽酶活性，破壞肽聚糖相互交

12、聯(lián)和肽聚糖生物合成中的和肽聚糖生物合成中的UDP-N-乙酰葡糖乙酰葡糖胺丙酮酰轉(zhuǎn)移酶結(jié)合，阻斷胺丙酮酰轉(zhuǎn)移酶結(jié)合，阻斷UDP-N-乙酰乙酰葡糖胺向葡糖胺向UDP-N-乙酰胞壁酸的轉(zhuǎn)化乙酰胞壁酸的轉(zhuǎn)化與與D-丙氨酰丙氨酰-D-丙氨酸結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)糖基丙氨酸結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)糖基和轉(zhuǎn)肽反應(yīng)和轉(zhuǎn)肽反應(yīng)抑制丙氨酸消旋酶和抑制丙氨酸消旋酶和D-丙氨酰丙氨酰-D-丙氨酸丙氨酸合成酶合成酶抑制焦磷酸酶，阻斷肽聚糖跨膜載體十抑制焦磷酸酶，阻斷肽聚糖跨膜載體十一聚異戊二烯醇再生一聚異戊二烯醇再生作用機(jī)制（二）作用機(jī)制（二）作用機(jī)作用機(jī)制制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位破壞微破壞微生物細(xì)生物細(xì)胞質(zhì)膜胞質(zhì)膜功能功能

13、多烯類(lèi)多烯類(lèi)唑類(lèi)抗真唑類(lèi)抗真菌藥物菌藥物托萘酯托萘酯(發(fā)發(fā)癬退癬退)多粘菌素多粘菌素B,粘桿菌素粘桿菌素短桿菌肽短桿菌肽S脂肽類(lèi)脂肽類(lèi)(Daptomycin)與組成真菌細(xì)胞膜的麥角固醇結(jié)合而破壞與組成真菌細(xì)胞膜的麥角固醇結(jié)合而破壞膜功能膜功能抑制真菌羊毛固醇脫甲基酶抑制真菌羊毛固醇脫甲基酶(細(xì)胞色素細(xì)胞色素P-450)，阻斷麥角固醇合成，阻斷麥角固醇合成抑制真菌角鯊烯單加氧酶抑制真菌角鯊烯單加氧酶類(lèi)似陽(yáng)離子洗滌劑的作用，破壞細(xì)菌細(xì)胞類(lèi)似陽(yáng)離子洗滌劑的作用，破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的磷脂結(jié)構(gòu)膜的磷脂結(jié)構(gòu)切斷細(xì)菌電子傳遞系統(tǒng)與氧化磷酸化的偶切斷細(xì)菌電子傳遞系統(tǒng)與氧化磷酸化的偶聯(lián)聯(lián)與與G(+)細(xì)菌的脂磷壁酸結(jié)

14、合，使細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)菌的脂磷壁酸結(jié)合，使細(xì)胞質(zhì)膜去極化，從而破壞膜的傳輸功能去極化，從而破壞膜的傳輸功能作用機(jī)制（三）作用機(jī)制（三）作用機(jī)制作用機(jī)制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位抑制蛋白抑制蛋白質(zhì)生物合質(zhì)生物合成成氨基糖苷類(lèi)氨基糖苷類(lèi)四環(huán)素類(lèi)四環(huán)素類(lèi)氯霉素、林氯霉素、林肯霉素和大肯霉素和大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)環(huán)內(nèi)酯類(lèi)春日霉素春日霉素卷曲霉素卷曲霉素噁唑烷二酮噁唑烷二酮類(lèi)類(lèi)與核糖體與核糖體30S亞基和亞基和50S亞基結(jié)合，抑制亞基結(jié)合，抑制肽酰肽酰-tRNA轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位與與30S亞基結(jié)合，抑制氨基脂酰基亞基結(jié)合，抑制氨基脂酰基-tRNA與與mRNA密碼子依賴(lài)性核糖體密碼子依賴(lài)性核糖體A位結(jié)合位結(jié)合作用于作用

15、于50S亞基中的亞基中的23S核蛋白體核蛋白體RNA (rRNA)，抑制肽酰基轉(zhuǎn)移酶，抑制肽酰基轉(zhuǎn)移酶抑制抑制30S亞基與甲酰蛋氨酸亞基與甲酰蛋氨酸-tRNA復(fù)合物復(fù)合物的形成的形成與與30S及及50S亞基結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)合成亞基結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)合成的開(kāi)始階段和延長(zhǎng)過(guò)程的轉(zhuǎn)位的開(kāi)始階段和延長(zhǎng)過(guò)程的轉(zhuǎn)位與與50S亞基的亞基的23S rRNA結(jié)合，干擾結(jié)合，干擾70S功能起始復(fù)合物的形成功能起始復(fù)合物的形成作用機(jī)制（四）作用機(jī)制（四）作用機(jī)制作用機(jī)制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位抑制抑制DNA生生物合成物合成 磺胺類(lèi)磺胺類(lèi)甲氧芐啶甲氧芐啶, 氨甲蝶氨甲蝶呤呤,氨基蝶呤氨基蝶呤絲裂霉素絲裂霉

16、素C博來(lái)霉素博來(lái)霉素萘啶酸，奎諾酮萘啶酸，奎諾酮類(lèi)，新生霉素類(lèi)，新生霉素抑制細(xì)菌二氫葉酸合成酶抑制細(xì)菌二氫葉酸合成酶抑制細(xì)菌二氫葉酸還原酶抑制細(xì)菌二氫葉酸還原酶抑制抑制DNA復(fù)制時(shí)的雙鏈打開(kāi)復(fù)制時(shí)的雙鏈打開(kāi)與與DNA結(jié)合，切斷結(jié)合，切斷DNA的一條鏈的一條鏈抑制細(xì)菌抑制細(xì)菌DNA促旋酶促旋酶(拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶)抑制抑制RNA生生物合成物合成 桑吉霉素，豐加桑吉霉素，豐加霉素霉素放線(xiàn)菌素放線(xiàn)菌素D蒽環(huán)類(lèi)蒽環(huán)類(lèi)利福霉素類(lèi)利福霉素類(lèi)抑制轉(zhuǎn)錄反應(yīng)抑制轉(zhuǎn)錄反應(yīng)抑制抑制DNA依賴(lài)性依賴(lài)性RNA聚合酶聚合酶抑制抑制DNA依賴(lài)性依賴(lài)性RNA和和DNA聚合聚合酶酶抑制細(xì)菌抑制細(xì)菌DNA依賴(lài)性依賴(lài)性RNA聚合

17、酶聚合酶作用機(jī)制（五）作用機(jī)制（五）作用機(jī)作用機(jī)制制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位作用于作用于細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)的陽(yáng)離的陽(yáng)離子子離子載體類(lèi)抗生素離子載體類(lèi)抗生素 (莫能菌素、鹽霉素莫能菌素、鹽霉素等聚醚類(lèi)，二、三、等聚醚類(lèi)，二、三、四抗菌素等大環(huán)四四抗菌素等大環(huán)四內(nèi)酯類(lèi)，纈氨霉素、內(nèi)酯類(lèi)，纈氨霉素、白僵菌素等肽類(lèi)抗白僵菌素等肽類(lèi)抗生素生素)與細(xì)胞膜中的與細(xì)胞膜中的Na+、K+、Ag+、Ca2+等金屬離子等金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，影形成穩(wěn)定的螯合物，影響細(xì)胞膜的離子透過(guò)性，響細(xì)胞膜的離子透過(guò)性，打亂細(xì)胞內(nèi)的離子分布，打亂細(xì)胞內(nèi)的離子分布，使細(xì)胞失去正常功能使細(xì)胞失去正常功能 抑制有抑制有絲分

18、裂絲分裂 灰黃霉素，長(zhǎng)春花灰黃霉素，長(zhǎng)春花生物堿生物堿 與微管蛋白結(jié)合，干擾與微管蛋白結(jié)合，干擾有絲分裂紡錘體的形成。有絲分裂紡錘體的形成。作用機(jī)制（六）作用機(jī)制（六）作用機(jī)制作用機(jī)制 抗生素抗生素主要作用靶位主要作用靶位抑制能量抑制能量代謝代謝抗霉素抗霉素A，殺稻，殺稻瘟菌素瘟菌素S，干蠕，干蠕孢菌素孢菌素阻礙呼吸鏈的電子傳遞，抑制阻礙呼吸鏈的電子傳遞，抑制ATP合成酶合成酶拮抗神經(jīng)拮抗神經(jīng)傳遞物質(zhì)傳遞物質(zhì)除蟲(chóng)菌素，雙氫除蟲(chóng)菌素，雙氫除蟲(chóng)菌素除蟲(chóng)菌素拮抗線(xiàn)形動(dòng)物和節(jié)足動(dòng)物的神拮抗線(xiàn)形動(dòng)物和節(jié)足動(dòng)物的神經(jīng)傳遞物質(zhì)經(jīng)傳遞物質(zhì) -氨基丁酸，使細(xì)氨基丁酸，使細(xì)胞神經(jīng)麻痹，直至死亡胞神經(jīng)麻痹，直至死亡

19、 五、抗生素產(chǎn)生菌的選育五、抗生素產(chǎn)生菌的選育 1 1、抗生素產(chǎn)生菌的分離、抗生素產(chǎn)生菌的分離 2 2、抗菌性試驗(yàn)、抗菌性試驗(yàn) 3 3、抗生素產(chǎn)生菌的改良、抗生素產(chǎn)生菌的改良 (1)(1)人工誘變?nèi)斯ふT變 (2)(2)原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合(3)體外體外DNA重組重組 克隆克隆六、抗生素的提純六、抗生素的提純 微生物在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，微生物在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，包括各種初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物以及包括各種初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物以及培養(yǎng)基的固有成分，這些成分的存在影響抗培養(yǎng)基的固有成分，這些成分的存在影響抗生素的使用效果，本身具有毒副作用，造成生素的使用效果，本身

20、具有毒副作用，造成儲(chǔ)存困難，必須經(jīng)過(guò)精制。儲(chǔ)存困難，必須經(jīng)過(guò)精制。抗生素提純的基本步驟和原則抗生素提純的基本步驟和原則3 3個(gè)基本步驟：個(gè)基本步驟：發(fā)酵液過(guò)濾和預(yù)處理、粗純化、發(fā)酵液過(guò)濾和預(yù)處理、粗純化、精制精制4 4個(gè)原則個(gè)原則：時(shí)間盡量短；采用適當(dāng)較低濃度；：時(shí)間盡量短；采用適當(dāng)較低濃度；條件適宜，條件適宜，pHpH適度，溫度適宜；防止雜菌適度，溫度適宜；防止雜菌污染。污染。提取方法：提取方法：吸附、萃取、離子交換、沉淀吸附、萃取、離子交換、沉淀色譜分離、分子篩過(guò)濾、透析等等色譜分離、分子篩過(guò)濾、透析等等第二節(jié)第二節(jié) 青霉素的發(fā)酵工藝青霉素的發(fā)酵工藝1、青霉素的產(chǎn)生菌 作為第一個(gè)具有臨床應(yīng)

21、用價(jià)值的抗生素，作為第一個(gè)具有臨床應(yīng)用價(jià)值的抗生素，19281928年被發(fā)現(xiàn)，年被發(fā)現(xiàn)，19431943年在美國(guó)被首次實(shí)現(xiàn)工年在美國(guó)被首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。業(yè)生產(chǎn)。 點(diǎn)青霉的發(fā)酵單位很低2U/mL，目前國(guó)際上青霉素生產(chǎn)最高發(fā)酵單位80000-90000U/mL. 生產(chǎn)菌種按其在深層培養(yǎng)中菌絲形態(tài)分為：絲狀菌和球狀菌。 黃孢子絲狀菌 綠孢子絲狀菌 2 2、青霉素的作用機(jī)制、抗菌譜及穩(wěn)定性、青霉素的作用機(jī)制、抗菌譜及穩(wěn)定性 (1)(1)作用機(jī)制：作用機(jī)制：抑制細(xì)菌的轉(zhuǎn)肽酶，阻止細(xì)胞抑制細(xì)菌的轉(zhuǎn)肽酶，阻止細(xì)胞壁合成中的交叉連接步驟，使處于繁殖分裂壁合成中的交叉連接步驟，使處于繁殖分裂期的細(xì)菌細(xì)胞壁的合成

22、發(fā)生障礙，導(dǎo)致菌體期的細(xì)菌細(xì)胞壁的合成發(fā)生障礙，導(dǎo)致菌體細(xì)胞壁損壞，使細(xì)胞內(nèi)因滲透壓等原因發(fā)生細(xì)胞壁損壞，使細(xì)胞內(nèi)因滲透壓等原因發(fā)生溶解而死亡。溶解而死亡。 (2)(2)抗菌譜：作用于大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌及抗菌譜：作用于大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌及部分革蘭氏陰性細(xì)菌。部分革蘭氏陰性細(xì)菌。 (3)(3)穩(wěn)定性：弱酸性的有機(jī)化合物，干燥純凈穩(wěn)定性：弱酸性的有機(jī)化合物，干燥純凈的青霉素鹽很穩(wěn)定，的青霉素鹽很穩(wěn)定，pH5-7pH5-7，6 6最穩(wěn)定。最穩(wěn)定。 5 5、青霉素發(fā)酵工藝流程及發(fā)酵控制、青霉素發(fā)酵工藝流程及發(fā)酵控制青霉素發(fā)酵培養(yǎng)流程(1)(1)培養(yǎng)基的成分培養(yǎng)基的成分組成和配比對(duì)菌體生長(zhǎng)發(fā)育、發(fā)酵

23、單位及質(zhì)量組成和配比對(duì)菌體生長(zhǎng)發(fā)育、發(fā)酵單位及質(zhì)量C C源：碳水化合物，葡萄糖、乳糖源：碳水化合物，葡萄糖、乳糖N N源：玉米漿、黃豆粉；硝酸銨、氯化銨源：玉米漿、黃豆粉；硝酸銨、氯化銨無(wú)機(jī)鹽：各種離子無(wú)機(jī)鹽：各種離子前體物質(zhì)：苯乙胺、苯乙酸前體物質(zhì)：苯乙胺、苯乙酸(2)(2)發(fā)酵工藝控制：二級(jí)發(fā)酵，菌齡、特性、發(fā)酵工藝控制：二級(jí)發(fā)酵，菌齡、特性、生長(zhǎng)環(huán)境生長(zhǎng)環(huán)境(3)(3)補(bǔ)料及控制：糖、硫酸銨、苯乙酸、氨水、補(bǔ)料及控制：糖、硫酸銨、苯乙酸、氨水、玉米油玉米油(4)(4)發(fā)酵溫度、發(fā)酵溫度、pHpH及通氣攪拌的控制：溫度：及通氣攪拌的控制：溫度：26-2726-27，pH:6.6-6.9pH

24、:6.6-6.9，通氣攪拌：，通氣攪拌：1 1：0.950.95 (5)(5)青霉素的提取青霉素的提取 發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液預(yù)處理萃取萃取脫色脫色反萃取反萃取過(guò)過(guò)濾洗滌濾洗滌干燥干燥 發(fā)酵液預(yù)處理：發(fā)酵液預(yù)處理：A A 加熱使蛋白質(zhì)變性沉加熱使蛋白質(zhì)變性沉淀；淀；B B 加絮凝劑使蛋白質(zhì)沉淀加絮凝劑使蛋白質(zhì)沉淀 C C 固液分固液分離離心離離心 萃取工藝過(guò)程：二級(jí)逆流萃取萃取工藝過(guò)程：二級(jí)逆流萃取 A A、萃取目的、萃取目的：雜質(zhì)多，含量少。：雜質(zhì)多，含量少。 原理：原理：分配定律，青霉素分配定律，青霉素G G在水中溶解度在水中溶解度小，易溶于醋酸丁酯、醇等有機(jī)溶劑中，小，易溶于醋酸丁酯、醇等有

25、機(jī)溶劑中，青霉素鹽易溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。青霉素鹽易溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。 青霉素在濾液中以鹽存在，加入酸和醋酸青霉素在濾液中以鹽存在，加入酸和醋酸丁酯，溶于有機(jī)相中，在醋酸丁酯中加入丁酯，溶于有機(jī)相中，在醋酸丁酯中加入碳酸鉀，碳酸鉀，6.2-7.26.2-7.2，形成鹽轉(zhuǎn)入水相中，形成鹽轉(zhuǎn)入水相中，實(shí)現(xiàn)反萃取。實(shí)現(xiàn)反萃取。 B B、影響萃取因素、影響萃取因素 a a、pHpH：反復(fù)調(diào)節(jié)：反復(fù)調(diào)節(jié)pHpH，青霉素不穩(wěn)定，易發(fā)生，青霉素不穩(wěn)定，易發(fā)生降解、異構(gòu)化、重排，降解、異構(gòu)化、重排，-內(nèi)酰胺環(huán)是功能性。內(nèi)酰胺環(huán)是功能性。 b b、溫度：加熱會(huì)加快其降解反應(yīng)、溫度：加熱會(huì)加快其降解反應(yīng)

26、c c、工藝過(guò)程及濃縮倍數(shù)，級(jí)數(shù)越高、純度越、工藝過(guò)程及濃縮倍數(shù)，級(jí)數(shù)越高、純度越高但收率越低。高但收率越低。 d d、微生物污染：雜菌：、微生物污染：雜菌：-內(nèi)酰胺酶和青霉內(nèi)酰胺酶和青霉素酰胺酶素酰胺酶 e e、萃取時(shí)間：青霉素在水中的半衰期、萃取時(shí)間：青霉素在水中的半衰期18.5min18.5min。 6 6、青霉素的精制、青霉素的精制 制成堿金屬鹽：制成堿金屬鹽： 堿金屬鹽穩(wěn)定性大；青霉堿金屬鹽穩(wěn)定性大；青霉素在水中的穩(wěn)定性差，水解快。素在水中的穩(wěn)定性差，水解快。 (1)(1)結(jié)晶工藝：結(jié)晶工藝： A A、醋酸丁酯中直接結(jié)晶：、醋酸丁酯中直接結(jié)晶：加入醋酸鉀加入醋酸鉀- -乙醇乙醇-碳酸

27、鉀、丁醇碳酸鉀、丁醇- -水真空共沸蒸餾。水真空共沸蒸餾。 B B、丁醇、丁醇- -水共沸結(jié)晶：水共沸結(jié)晶：青霉素的堿金屬鹽溶青霉素的堿金屬鹽溶于水，在丁醇中不溶解，穩(wěn)定，丁醇和水形于水，在丁醇中不溶解，穩(wěn)定，丁醇和水形成二元共沸物蒸出，丁醇帶出水分，不斷加成二元共沸物蒸出，丁醇帶出水分，不斷加入丁醇，可使水分不斷減少，結(jié)晶析出。入丁醇，可使水分不斷減少，結(jié)晶析出。 (2)(2)過(guò)濾、洗滌、干燥過(guò)濾、洗滌、干燥 結(jié)晶后用真空抽濾來(lái)處理母液，并用丁結(jié)晶后用真空抽濾來(lái)處理母液，并用丁醇洗滌。干燥采用真空雙錐旋轉(zhuǎn)干燥器，醇洗滌。干燥采用真空雙錐旋轉(zhuǎn)干燥器， 7 7、溶媒回收、溶媒回收 采用立式傳質(zhì)塔

28、蒸餾回收。采用立式傳質(zhì)塔蒸餾回收。 一、斜面培養(yǎng)：一、斜面培養(yǎng)： 淀粉淀粉1 1，硫酸銨，硫酸銨0.30.3、玉米粉、玉米粉0.60.61.01.0、氯化鈉氯化鈉0.30.3、蛋白胨、蛋白胨0.20.2、瓊脂、瓊脂2 2、pH7.0pH7.07.27.2 3737培養(yǎng)培養(yǎng)7 710d10d，成熟的孢子灰色略帶微紅色。，成熟的孢子灰色略帶微紅色。 一級(jí)種子培養(yǎng)：一級(jí)種子培養(yǎng)： 豆餅粉豆餅粉2.52.5、葡萄糖、葡萄糖3 3、淀粉、淀粉4 4、蛋白胨、蛋白胨0.50.5、酵母粉、酵母粉0.50.5、硫酸銨、硫酸銨0.50.5、 、玉、玉米粉米粉0.20.2、氯化鈉、氯化鈉0.30.3、磷酸氫二鉀、

29、磷酸氫二鉀0.060.06、硫酸鎂硫酸鎂0.0250.025、豆油、豆油0.30.3 35 35 培養(yǎng)培養(yǎng)72h72h，菌絲密集，菌絲密集紅霉素的發(fā)酵生產(chǎn)紅霉素的發(fā)酵生產(chǎn)二級(jí)種子：二級(jí)種子：豆餅粉豆餅粉2.22.2、葡萄糖、葡萄糖3 3、淀粉、淀粉4 4、蛋白胨、蛋白胨0.50.5、酵母粉酵母粉0.50.5、硫酸銨、硫酸銨0.10.1、玉米粉、玉米粉0.80.8、氯化鈉、氯化鈉0.30.3、碳酸鈣、碳酸鈣0.60.6、豆油、豆油0.30.33535，24h24h，接種量，接種量1010二、發(fā)酵罐培養(yǎng)二、發(fā)酵罐培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)基：發(fā)酵培養(yǎng)基：豆餅粉豆餅粉2.42.4、葡萄糖、葡萄糖3 3、3.53.5、蛋白胨、蛋白胨0.50.5、酵、酵母粉母粉0.50.5、硫酸銨、硫酸銨0.10.1、玉米粉、玉米粉0.80.8、氯化鈉、氯化鈉0.30.3、碳酸鈣、碳酸鈣0.60.6、豆油、豆油0.150.15，丙酸，丙酸0.60.6（分（分次加入）次加入）60h60h前前3535，60h60h后后33 33 菌絲繁殖期：菌絲繁殖期：接