绪  论

第一章  抗生素概述

第一节 抗生素是怎样的物质

一、 抗生素定义

抗生素是生物在其生命活动过程中所产生的，或经其他方法（生物化学或半合成）衍生的。在低浓度下，具有选择性地抑制或杀灭它种生物机能的一类化学物质。

如青霉素、氯霉素（也可合成）、氨苄青霉素（半合成品）等。

克霉唑：至今还未发现哪种微生物可以合成。所以不能算抗生素，只能算抗菌药。

二、 抗生素的形成及其生物学意义

微生物量多，种多，分布广。有共生，有拮抗，有自发突变，有诱发突变。随着抗生素合成机理和微生物遗传学理论的深入研究，目前人们已经了解到抗生素有别于其他（初级）代谢产物。抗生素是次级代谢产物。

次级代谢产物还有生长素（赤霉素），毒素（如黄曲霉素）。这些产物与微生物的生长繁殖无明显的关系，是以基本代谢的中间产物如丙酮酸盐，乙酸盐等作为母体衍生出来的。其结构性质随不同微生物种属而异，因此次级代谢产物很多。

基本代谢产物如蛋白质、脂肪、多糖等物质，直接与微生物的生长繁殖相关。这些物质的构造也因微生物种属不同而异，但产生这些物质的代谢过程基本相似。

在某些放线菌中发现次级代谢产物与染色体外的遗传因子——质粒也有关系。

微生物生产抗生素的原理：控制发酵条件，使抗生素产生菌的代谢向合成抗生素的方向发展，从而有利于抗生素的产生。

三、 医用抗生素应具备的条件

1．“差异毒力”大；

2．不易产生耐药性；

3．副作用小（如不产生过敏反应）；

4．具有较好的理化性能，便于提取、精制、贮藏；

5．在人体内应发挥其抗生效能，并不立即遭体内破坏。

6．给药（注射，口服等）后，很快吸收，并分布到被感染的器官或组织。

第二节 抗生素发展史

相传2500多年前，我们的祖先就用长在豆腐上的霉菌治疗疥疮等疾病。民间还有地方用发霉的面包，玉蜀黍等来治疗溃疡、肠道感染和化脓性感 染等。

1928年Fleming在研究葡萄球菌变异时发现，污染在培养基上的霉菌抑制了细菌的生长。－→点青霉－→青霉素－→难提取－→未引起重视－→1940年代弗洛里（Florey）和钱恩（Chain）重新研究弗来明工作－→1943～45年间，发展成了新的一个工业部门：抗生素发酵工业。

在这期间，1944年Waksman发现了链霉素。随后氯霉素、金霉素、制霉菌素等不断出现。60年代半合成青霉素迅速发展。70年代抗生素品种迅速发展。

50年代各国还致力于农抗的研究，找到了如杀稻瘟素、六瘟素、春日霉素、多氧霉素、有效霉素等。

到现在为止，抗生素品种非常多，有说3万、4万，也有说8万、9万的。但在临床上应用的仅有120～350余种。

我国抗生素生产情况。

第三节 抗生素的分类

从自然界获得的抗生素已达9000多种，微生物来源就有3000种以上，需进行分类。

一、 根据微生物来源分类：

1． 放线菌产生的抗生素；

2． 真菌产生的抗生素；

3． 细菌产生的抗生素；

4． 动植物产生的抗生素。

二、 根据抗生素的作用分类：

1．抗革兰氏阳性菌抗生素；

2．抗革兰氏阴性菌抗生素；

3．抗真菌类抗生素；

4．抗结合分枝杆菌类抗生素；

5．抗癌细胞类抗生素；

6．抗病毒和噬菌体类抗生素；

7．抗原虫类抗生素。

三、 根据抗生素的作用机制分类：

1．抑制细胞壁合成的抗生素；

2．影响细胞膜功能的抗生素；

3．抑制核酸合成的抗生素；

4．抑制蛋白质合成的抗生素；

5．抑制生物能作用的抗生素。

四、 根据生物合成途径分类：

（一）氨基酸、肽类衍生物：

（见书P6/ 1-5段）

1． 简单氨基酸衍生物：环丝氨酸、重氮丝氨酸等。

2． 寡肽抗生素：青霉素、头孢菌素等。

3． 多肽类抗生素：多粘菌素、杆菌肽等。

4． 多肽大环内酯类：放线菌素等。

5． 含嘌呤和嘧啶基团的抗生素：曲古霉素，嘌呤霉素等。

（二）糖类衍生物：

1．糖苷类抗生素；

2．与大环内酯连接的糖苷抗生素。

（三）以乙酸，丙酸为单位的衍生物。

1．乙酸衍生物：四环类，灰黄霉素等。

2．丙酸衍生物：红霉素等。

3．多烯和多炔类抗生素：制霉菌素、曲古霉素等。

五、 根据化学结构分类：

1．β－内酰氨类； 

2．氨基糖苷类； 

3．大环内酯类； 

4．四环类；

5．多肽类：多粘菌素、杆菌肽、放线菌素等；

6．多烯类：制霉菌素、两性霉素B、球红霉素、曲古霉素等；

7．苯烃基胺类：氯霉素、甲砜氯霉素等；

8．蒽环类：罗红霉素、阿霉素、正定霉素；

9．环桥类：利福霉素等；

10．其它类。

第四节 抗生素的应用

一、 抗生素剂量表示法

1．折算重量单位：规定能抑制50ml标准肉汤的葡萄球菌为一个单位。

                     1u＝0.6ug青霉素G.Na盐；1mg青霉素G.Na＝1667u

                     （1mg青霉素GNa可抑制83300ml肉汤中的葡萄球菌。）

2．重量单位：以抗生素活性部分为一个单位：如庆大霉素碱1mg＝1000u.

3．类似重量单位：以特定纯粹盐为重量单位：如盐酸金霉素1mg＝1000u.

4．特定单位：制霉菌素1mg＝3000u    杆菌肽 1mg＝55u.

二、 抗生素在医疗上的应用

三、 抗生素在农业和畜牧业上的应用

第五节 抗生素研究的范畴及趋向

一、 生物学和生物化学方向的研究

1． 新抗生素筛选

2． 选育高产菌株

3． 抗生素合成机理的研究

4． 抗生素作用机理（机制）

二、 化学方面的研究

1． 抗生素化学性质与结构

2． 抗生素结构改造

3． 抗生素化学检定方法

4． 抗生素生产、应用的劳动保护和三废处理

三、 生化工程方面的研究 

第六节 抗生素工业生产概况

抗生素工业生产是生物工程和化学工程融合而成的新的学科。

1． 特点：纯种发酵、需氧发酵、次级代谢产物（无法从投料计算）、有效成份低，而且不稳定。

2． 生产工艺过程：菌种→孢子制备→种子→发酵→提取→精制→成品检验→包装→分装→（应用→跟踪→质量分析）

第一章思考题

1．抗生素的定义。

2．抗生素有哪几种分类法，各有什么特点，举例简要说明。

3．抗生素剂量表示法有哪几种，举例说明。

4．医用抗生素应具备的条件是什么？

5．抗生素工业生产有什么特点？

6．抗生素一般生产过程如何？

第 一 部 分    抗 生 素 生 产 工 艺

第二章  菌种选育及菌种保藏

第一节 菌种选育的理论基础

一、 微生物的遗传和变异

遗传与变异是自然现象，又是客观规律。

点突变

                                                      基因突变

遗传（型）变异：遗传物质决定（DNA或RNA）            染色体畸变

变异                                               基因重组

表型变异：环境因素

二、 基因突变

基因突变类型  

三、 基因重组（gene recombination）

指两个或多个不同性状个体的遗传基因转移到一个体细胞内，经重新组合后，造成菌种变异，形成新的遗传型个体。

  基因重组 

第二节 菌种选育的经典方法

一、 经典法 

二、 诱变剂

1． 物理诱变剂  

2． 化学诱变剂（参见书P27及《工业微生物育种》）

3． 生物诱变剂：温和噬菌体

第三节 现代菌种选育技术

一、 杂交育种：

指两个基因型不同的菌株通过接合使遗传物质重新组合，再从中分离，筛选出具有新性状的菌株。

一般包括以下过程：

标记菌株的选择→异核体的形成→杂合二倍体的形成→重组体的转化→重组体遗传性状的分析

二、 原生质体融合

亲本A→标记→原生质体A

                            混合→原生质体融合→融合子捡出→融合子分析

亲本B→标记→原生质体B

三、 基因工程

1． 目的基因的准备

2． 载体系统

3． 基因与载体连接

4． 转化

5． 重组体的筛选和表达产物的鉴定

四、 新抗生素产生菌的获得

1． 传统：土壤中放线菌、真菌、细菌。

2． 趋势：稀有放线菌，海洋微生物，极端环境微生物，人工改造获得微生物。

第四节 菌种保藏

1． 定期移植保存法

2． 液体石蜡封藏法

3． 真空冷冻干燥保藏法

4． 液氮超低温保藏法

5． 沙土管保藏法

6． 麦皮保藏法

第三章  培养基

第一节 培养基成分及其功能

一、 碳源：提供微生物生长繁殖所需的能源和构成细胞的碳骨架。

1．碳水化合物：单糖，多糖，多聚糖（为葡萄糖，蔗糖，淀粉等）

2．脂肪

3．有机酸（CH3COONa＋2O2→2CO2+H2O+NaOH）

二、 氮源：构成菌体细胞物质，提供N原素

1．无机氮源：如NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3、(NH4)3PO3等（快速利用N源）。

2．有机氮源：花生饼粉，黄豆饼粉，玉米浆，玉米蛋白粉，蛋白胨，酵母膏（慢速利用氮源）。

酵母膏→B因子→使阻断菌恢复产生抗生菌（利福霉素）的能力

(NH4)2SO3→2NH3+H2SO3

NaNO3+4H2→NH3+2H2O+NaOH

三、 无机盐、微量元素：

P、S、Mg、Fe、K、Na、Cu、Zn、Mn等。

四、 水：

①构成生物体的成分；②培养基的组成部分；③参与代谢反应；

④作为代谢反应介质；⑤作为物质传递介质；⑥良好的热导体。

五、 生长因子及其主要功能

生长因子：维生素，氨基酸，嘌呤和嘧啶等。

1． 维生素：是辅酶的组成成分；

2． 氨基酸：有些生物不能合成某种氨基酸；

3． 嘌呤和嘧啶：构成核酸和辅酶。

六、 前体及其主要功能

能被微生物直接利用，以构成次级代谢产物结构的一部分，而其本身结构没有大的变化，这种物质称为前体。如：苯乙酸及其类似物是青霉素G的前体；苯氧乙酸是青霉素V的前体；氯化物（NaCl）是金霉素的前体；肌醇是链霉素的前体；正丙醇，丙酸是红霉素的前体等。

前体虽然能大大提高次级代谢产物的产量，但往往对菌体有毒性，在应用时应特别注意。

七、 诱导物或刺激剂：能诱导或刺激某种物质的产生或大大提高其产量的物质。

如：β－吲哚乙酸是金霉素生物合成的刺激物；甲硫氨酸和亮氨酸是头孢菌素的刺激剂；

丙氨酸和异亮氨酸是阿弗米丁的刺激剂；巴比妥是链霉素、利福霉素等的刺激剂；

B因子（3‘―磷酸丁酰―腺苷）能刺激利福霉素产生菌生产能力成倍增长。

八、 抑制剂及其主要功能

在次级代谢产物发酵生产过程中，往往抑制某一代谢途径，就会使另一代谢途径活跃。

如溴化物抑制了金霉素的产生，从而减少金霉素的含量，提高四环素的含量；加入二乙基巴比妥盐可抑制利福霉素B以外其他利福霉素的生成，从而增加利福霉素B的含量和产量。

第二节 培养基的种类

一、 按来源分类： 

二、 按状态分类： 

三、 按用途分类：  

第三节 影响培养基质量的因素

一、 原材料质量的影响：

玉米浆、黄豆粉、花生饼粉、蛋白胨、淀粉、糊精、CaCO3 等因品种、产地、加工方法、储藏条件等的不同均有可能造成质量上出现较大的波动。

二、 水质的影响

深井水、地表水、自来水、蒸馏水等的水质有极大的不同。它们随地质（地区）（地貌）、季节、处理方法和环境的变化而变化。自来水是发酵工业的主要用水，而自来水厂水质处理所用的漂白粉、沉淀剂、消毒剂等往往造成水质的较大波动。

三、 灭菌操作

葡萄糖与含氨基的物质反应形成→5－羟甲基糖醛和棕色的类黑精（焦化）对微生物有一定的毒性。

磷酸盐与Ca2+、Mg2+、NH4＋等反应形成沉淀或络合物。

四、 培养基粘度的影响

粘度是培养基物性的重要指标之一，它直接影响氧的传递、营养成分、无机盐、生长因子等的扩散，从而影响细胞的呼吸、营养成分的吸收，最终导致影响目标产物的形成。

第四节 培养基配置的原则

一、 碳氮源种类的确定原则

快速利用碳氮源、慢速利用碳氮源的种类配比要满足不同微生物，不同生长阶段和生产阶段的需要。

二、 碳氮源比例的确定原则

斜面便于长孢子，种子利于长菌丝；发酵前期利于长菌丝，中后期利于合成和积累目标产物。此外C/N比等应与环境因素结合考虑，为对溶氧条件较好的设备，对通气较足的配置可采用菌丝较浓的C/N比。对溶氧较差、通气不足的设备可采用菌丝较稀的C/N比。

三、 培养基配置与pH之关系原则

酸性抗生素发酵环境一般呈酸性（低于pH7），中性及碱性抗生素发酵环境一般呈中碱性（pH>=7）。因此在配置培养基时，生理酸碱性原料应合理搭配。

四、 保证源副材料质量的稳定性原则

定点采购、定点加工、稳定加工工艺、恒定的贮存条件、再配合预试验来保证大工艺的稳定。

第四章  灭菌及染菌防治

第一节 对数残留定律

一、 对数残留定律

湿热灭菌时，培养基中微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比：

   式中： N—菌的残留个数

                        —为灭菌时间（秒）

k—为速率常数（1/秒）

          Ns一般取0.001(即1000次灭菌有一次失败的机会)

如N0＝2×107个/ml时，60m3罐装40m3料，求 

121℃时，k取0.027(1/秒)

二、 培养基灭菌温度的选择

培养基破坏为热分解反应，属于一级反应动力学；

       式中：C为反应物浓度（克分子/升）

                           为反应时间（秒）

                          k’为化学反应速率常数（1/秒）（随温度及反应种类而变）

在化学反应中，其他条件不变，则反应速率常数和温度的关系可用阿累尼马斯方程式表示：

培养基：                    R＝1.987卡/°k•克分子 （气体常数）  

灭菌速率常数：      式中：  E’ ＝卡/克分子 （活化能）

                                      T＝绝对温度 °K

           或    R＝8.313J/mol•k

△ E’ ＝J/mol

T＝绝对温度 °K

A为比例常数

灭菌时：       （K1为温度T1时的灭菌速率常数）

                       （K2为温度T2时的灭菌速率常数）

以上两式相除： ；   ————————①

同时培养基破坏也可得出：    ————————②

①除以②得： 

∵灭菌活化能E大于培养基成分破坏的活化能E’，即E>E’

∴ 大于 

即随着温度的上升，灭菌时速率常数的增加倍速大于培养基破坏的速率常数增加的倍速。

因此有认为高温灭菌优于低温灭菌之说。

一般     E’≈2,000~20,000（卡/克分子）

             E≈ 50,000～100,000（卡/克分子）

注：枯草杆菌FS5230的k≈0.047~0.063s－1;

梭状芽孢杆菌PA3679的k≈0.03 s－1;

嗜热脂肪芽孢杆菌FS1518的k≈0.013 s－1      

嗜热脂肪芽孢杆菌FS617的k≈0.048 s－1

第二节 发酵设备灭菌

一、 实罐灭菌：1．预热（80～90℃）

2．直热（蒸汽）（120℃、30min）（全进全出原则）

3．待空气压力高于罐内压力时，通入空气。

（即待罐内压力降到低于空气压力后导入无菌空气。）

二、 空罐灭菌：130℃，45～60min，直接蒸汽法。冷却系统水应排净（夹套与盘管）。

三、 连续灭菌：配料（预热）→连消塔→维持罐→冷却管→无菌培养基。

四、 空气过滤除菌

五、 发酵染菌的原因分析及防治措施

1． 渗漏；

2． 空气系统；

3． 输料（物料）系统（种子带菌、补料带菌）；

4． 灭菌系统（料结快导致消不透等）；

5． 操作系统（倒压、死角等）。

第五章  发酵过程控制

一、 碳源浓度变化及其控制 

1． 一般控制法：

决定补糖的参考参数有：糖的消耗速率、pH变化、菌体浓度、菌丝形态、发酵液粘度、溶解氧浓度、消沫油使用情况、罐内发酵液实际体积等。

补糖方式：连续滴加、少量多次、大量少次等。

2． 动力学模型控制法：需建立动力学模型，在实际生产上应用较少（略）。

二、 氮源浓度变化及其控制

对每一种微生物，其生长期和生产期均有较合适的氮浓度要求。控制氮源浓度一般以氮基氨作为指标。但确定最佳氮浓度几乎是不可能的，因为即使是同一菌种，不同批次、不同时间，均有不同的最佳点。生物发酵绝对的重复性难以获得，因此也就不存在最佳氮浓度。但工艺控制的目的是使氮源等趋于最佳化。趋于最佳化是工艺技术追求的目标，是永恒的主题，也是难题。较合理的氮浓度是在实际中采集，而不是人为创造的。从最好的生产批号中不断分析总结出合理的氮源浓度，然后人为创造条件，以满足生产的需要。

补充氮源分为 补充方式与补碳源类似，以达到最佳生产为目标。

三、 补无机盐、前体

补无机盐，一般以磷酸盐、硫酸盐、铵盐等较常见，CaCO3也是发酵中常用的盐，但单一补充CaCO3的较少。

无机盐有生理酸碱性之分，不仅可以作为微量元素，又可作为C、N源，还可以调节pH，改善发酵环境，是一个非常灵活的发酵中间物质，赋予了发酵工艺（程）的深刻奥秘，应在实际工作中灵活应用。

前体能大大提高发酵水平，但前体一般对生长不利，应把握补加的时间和数量，特别是浓度的控制，否则将适得其反。

四、 溶氧浓度的变化和控制

1． 溶氧浓度变化规律

D0

                            t

2． （发酵异常时）溶氧变化

① 染好气性杂菌

② 染噬菌体

③ 呼吸减弱

④ 菌丝自溶

⑤ 设备故障（加油失灵、空气过滤器堵塞等）

3． 溶氧控制

① 加大通气量

② 适当降低温度

③ 提高压力

④ 补水

⑤ 条件许可情况：提高搅拌转速，特别是实验小罐。

思考：以上哪一种方法最好？补水最好。

五、 温度控制

温度控制的选择：一般来说，生长温度与生产温度控制有所差别。不同温度将引起向不同的生物合成方向发展。因此，在发酵工艺控制上对温度的掌握也要引起注意。通常情况下，在不影响生物合成方向改变的情况下，高温有利于生长，低温有利于生产，但并不绝对。

六、 pH控制

应知道：无机酸碱调节pH最方便、省事，但也是最无奈的办法。生理酸碱性物质调节pH最困难，不易把握，但只要对症，效果最佳。

七、 泡沫控制

泡沫大都是由蛋白质等易起泡的成份所引起。

正常起泡：

1． 前期：由于营养成份丰富而起泡，这类泡沫只要菌丝迅速生长，泡沫自然消除。

2． 末期：细胞自溶而起泡，预示着应尽快放罐。

异常泡沫：

1． 前期长时间泡沫不能下降，说明菌体可能不能正常生长，应在促进生长上解决问题，若在消泡上下功夫，将导致更不好的后果，这种情况下，应以人工消泡为主。

2． 中期起泡，预示着异常发酵的出现，处理方法将视具体情况而定。

消沫剂在发酵工程是不可缺少的控制剂，但应越少越好，不可盲目使用，否则，其作用是相反的。

八、 发酵终点的判断

1． 单位不长；

2． NH2-N回升；

3． C点较低；

4． 泡沫回升；

5． 菌丝出现空泡、衰老。

九、 发酵异常处理

1． 发酵液较稀：（染噬菌体除外）菌丝溶解快于生长，可补天然丰富氮源，减少油、消泡剂、前体等的补加。（补种）

2． 发酵液过浓：补水（同时要注意渗透压等变化对生长和生产的影响）。

3． 糖耗过慢：补P，补N源，升温，补种等。

4． pH异常：污染、补生理酸碱性物质。

第六章  发酵液的预处理和液固分离

第一节 预处理前的准备（认识）

一、 了解抗生素存在的部位 

二、 稳定性

1． 对pH的稳定性，如：青霉素酸性不稳定；多粘菌素酸性稳定；红霉素酸性不稳定，但碱性稳定。

2． 对温度的稳定性，如：杆菌肽、灰黄霉素可在90~100℃下加热过滤；而四环素、青霉素则需低温处理（15~18℃）。

三、 提取工艺对滤液质量的要求

1． 离子交换法：要求无机、有机离子浓度低，特别是高价无机离子。

2． 溶酶萃取法：要求蛋白质等高分子或两性物质浓度低。

3． 沉淀法：要求滤液不但要澄清，而且能沉淀的无机离子、有机离子和相关高分子物质浓度均应降到一定的程度，以保证沉淀的质量。所以往往要反复处理，反复过滤。四环类抗生素提取便是例子。

第二节 发酵液预处理方法

一、 菌体和蛋白质处理

1． 等电点沉淀；

2． 变性沉淀（热变性沉淀）；

3． 加各种沉淀剂沉淀：重金属离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+、Pb2+等）和阴离子（三氯乙酸、水杨酸、钨酸等）；

4． 加入凝聚剂：Al2(SO4)3•18H2O、AlCl3•6H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3等；

5． 加入絮凝剂，如酰胺类；

6． 吸附法：加入黄血盐和硫酸锌生成亚铁氰化锌钾

2K4Fe(CN)6+3ZnSO4→K2Zn3[Fe(CN)6]2 ↓+3K2SO4 ；

7． 酶解法去除不溶性多糖：酶解不溶性多糖和蛋白质。

二、 高价金属离子的去除

1． 离子交换法：土霉素、四环素，用122＃树脂除Fe3＋和色素；

       头孢菌素C滤液用S×14，除去部分阳离子，同时释放出H＋，除去破头N；

2． 沉淀法：加草酸除Ca2+；

加黄血盐除铁离子：4Fe3++3K4Fe(CN)6→Fe4[Fe(CN)6] 3 ↓+12K+.

第三节 发酵液的液固分离

一、 设备：1．压滤设备：板框；

2．吸滤设备：真空鼓式吸滤机（自动化）；

3．离心过滤设备：框式离心机。

二、 影响液固分离的因素

1． 微生物的种类：细菌、放线菌、霉菌、酵母；

2． 发酵液的特性（粘度）；

3． pH、温度等。

第 二 部 分    抗 生 素

第七章  β-内酰胺类抗生素

第一节 β-内酰胺类抗生素概述

一、 特性

二、 命名

青核→青霉烷酸→ 6-氨基青霉烷酸→青霉素G (苄青霉素) →Na盐、K盐

头核→头孢霉烷酸→7-氨基头孢霉烷酸→头孢菌素C

三、 物理性质

β-内酰胺环：伸缩震动频率 ，由振动频率分析其结构稳定性。

头孢菌素C 在260nm处有一吸收峰。（特征）

立体结构        

β-内酰胺环的反应性能。（归理化性质讲）

第二节 青霉素理化性质 

旋光性：pK值2.76（25℃），可与NEP（N-乙基六氢吡啶）成盐而从溶媒中析出。（可算特征反应，但青霉素X除外。）

青霉素族抗生素：加工成普鲁卡因青霉素或苄星青霉素（二苄基乙二胺，长效）。

单位表示法：1667μ/mg（理论值），1μ=0.5999...（0.6）ug.

一、 稳定性

1． 稳定：纯净干品相当稳定，150℃ 1.5hr 效率不降。青G、Na、K、普，有效期三年。pH=6~6.5最稳定（以5~7为好）；在非极性溶媒中稳定；在缓冲力强溶液中稳定。

2． 不稳定：归降解反应讲。（过酸过碱、热等均不稳定。）

二、 溶解度

1． 青霉素盐在极性溶剂中溶解度大。（水中>20mg/ml）

2． 青霉素游离酸在非极性溶剂中溶解度大。

若非极性溶媒含水量上升，青霉素碱金属盐溶解度大大上升。

三、 紫外光谱

青G：在252、257、2nm处有弱吸收峰，是侧链苯乙酰胺基引起的。

是杂质，因此优级品规定在 处 不得高于0.05。

四、 降解反应

1． 在β-内酰胺酶及碱性作用下→青霉噻唑酸          

2． 在酸（性）作用下→β-内酰胺环破裂

                       青霉烯酸     青霉酸→异青霉酸

                   （噁唑酮：320nm）

                                                           （COOH）

3． 酸性水解的最终产物：

 S RCONH    CH2CHO 青霉醛（酸）

           RCONH    ＋2H2O ＋

 N         COOH   H＋/100℃ （CH3）CSH   CHCOOH 青霉胺

 O NH2

 ＋

 CO2

4． 高度真空下，分子重排形成青霉咪唑酸：

 S

           RCONH  CH   CH S 

  RCO   N    C

                        N COOH           

              O CH2  N COOH 

 C===O

                                                           青霉咪唑酸

5． 青霉素酰胺酶（大肠杆菌产生）—→6-氨基青霉烷酸。重要的半合成中间体。

   RCONH-CHCOOH（α-酰胺基丙二酸）

6． 碱性水解生成青霉噻唑酸—→→青霉胺酸COOH             

7． 青霉素与羟胺（NH2OH）—→氧肟酸 —→ 铁盐紫色复合物   

 S   S S

RCONH                   NH2OH    RCONH  RCONH  

 N    COOH  O NH  COOH             NH      COOH

O                              NHOH       O   NH   C

  Fe3＋ O

                                                              紫色复合物

五、 过敏反应（放概述中讲）

综合以上的反应特性。测定青霉素的方法有：

1． 碘量法；

2． 比色法：与羟胺反应生成氧肟酸进而与高价Fe3＋形成紫色复合物；

3． 光密度法  ；

4． 生物法；

5． HPLC法等。

第三节 青霉素生产（菌种与发酵）

一、菌种：选育得到高产株。孢子颜色特征：黄绿、绿、蓝绿 

产黄青霉   

国内：大多数生产厂都采用绿孢子丝状菌。

细胞生长发育：分为6期：Ⅰ－Ⅲ长菌丝为主；

Ⅲ－Ⅴ产单位为主；

Ⅵ放罐。

(NH4)2SO4→2NH3＋2H＋＋SO42－            (NH4)2HPO4→2NH3＋H＋＋H2PO4－

NaNO3＋4H2→NaOH＋NH3＋2H2O         CH3COONa→NaOH＋2CO2＋H2O

二、青霉素发酵工艺流程

1． 丝状菌三级发酵工艺流程：

砂土管——→斜面母瓶————→大米孢子————→种子罐－——————→

繁殖罐－————————→发酵罐——————→放罐—————→提炼

2． 球状菌二级发酵工艺流程：

冷冻管——→亲米————→生产米————→种子罐——→繁殖罐—————→

发酵罐—————————→放罐——→提炼

3． 发酵工艺过程及要点：

种子：（固）斜面：相对温度、无菌度、时间、外观。

　　 （液）种子：菌浓、无菌度、残糖、pH、镜检菌落形态等。

三、培养基：

1． 碳源：乳糖、葡萄糖、蔗糖、淀粉、油脂（天然）。

（从经济上考虑，主要为葡萄糖母液和工业用葡萄糖。）

（葡萄糖应注意葡萄糖效应：阻遏、抑制抗生素的合成。）

2． 氮源：氨基酸、玉米浆、花生粉、豆粉、玉米胚芽粉、尿素等。

3． 前体：苯乙酸、苯乙酰胺、苯乙胺等。（苯乙酸酯、醇类，以1.25～1.5％为宜，如苯乙酸月桂醇酯。）

4． 无机盐：S （降低时产量降３倍）、P（降低时产量降1倍）、Ca、Mg、K（K:Ca:Mg =30:20:41）、Fe 。

四、菌体生长代谢期：为方便生产可分为三个代谢期（也有人以菌落形态分为五个期）。

1． 菌落生长繁殖期：孢子发芽，分枝旺盛，菌浓增加快，染色深。

2． 分泌期：菌落生长趋于减弱，补料加以，加入前体，保证产单位。

3． 菌落自溶期：菌落衰老（应在此之前做好放罐，保证提炼不乳化）。

五、培养条件控制

1． 加糖控制：碳浓度下降0.6%，pH上升后，开始补加：0～72hr，控制C下降幅度0.6～0.8％；72hr～放罐，控制下降0.8～1.0％；每小时以下降0.07～0.15％计。

2． 补料及添加前体：（少量多次，或连续滴加）（加入大苏打Na2S2O3可减少前体毒性）进罐8~12小时液面稳定后补前料；单位上升到2500u/ml以上时，补前体（0.05~0.08%）；NH3氮浓度0.01~0.05%。

3． pH、温度、通气搅拌、泡沫（pH>7或pH<6可能是发酵异常的信号）。

4． 染菌处理。

补充：发酵代谢中间：

1． PH

NH2-N 低，pH低时：通NH3•H2O；

NH2-N 高，pH低时：可加CaCO3 则Ph上升（若C下降，则补醋酸钠）；

NH2-N 高，pH高时：加糖，则pH、NH2-N都下降；

（若加糖后，NH2-N和pH仍不降低，则补P，促进菌体生长代谢。）

NH2-N低，pH高时：则加生理酸性物质【如(NH4)2SO4】。

(NH4)2SO4→2 NH3+H2SO4 

NaNO3＋4H2→NH3+2H2O 

CH3COONa＋2O2→2CO2+H2O+NaOH

2． 溶氧浓度变化及其控制与判断

CL（溶氧）变化与前体，设备，工艺有关。

A. 正常CL要熟悉才能比较。一般是（如下图所示）补料时CL突然上升，然后又下降到新的低谷。 

D0

                                  t

    B. 异常CL可能原因：

      染菌：CL迅速下降，镜检、无试可以判断；

      染噬菌体：CL上升，Cc下降，发酵液迅速转稀，应及早处理，严防扩大；

      代谢异常：可能是有机酸大量积累，CL不足引起的；

      控制失灵：自动加油、通气。一旦失灵则导致CL剧变。如油一下加入，则CL大跌等（又如通NH3后，若CL下降，说明呼吸代谢得到改善，可大胆通。若CL上升，则越通越坏）。

3． 泡沫：前期（潜伏期），CL高，菌未生长，泡沫高，通气搅拌、蛋白等均是气泡产生的原因，属正常现象，可适当减小通气和搅拌。

潜伏期后，若泡沫仍然居高不下，说明代谢异常，应采取加大通气，提高搅拌，补加促进剂（如P），提高温度，促进生长等措施。

4． 补糖：若pH下降，糖耗快，引起C点低，说明代谢旺盛，溶氧不够，应以提高CL为主（如加大气量，提高搅拌），不可补C。若补C，则随后pH更低，直至发酵出现异常。

5． 补N控制：也应参照以上原则进行。

第四节 青霉素提炼

一、青霉素提炼工艺流程图：

发酵液———————→预处理液——→板框过滤——→滤液——→储罐——→BA提取——→脱色——→过滤——→BA脱色液——→结晶——→离心分离——→含１％水

重液回收溶媒

的异丙醇洗涤——→甩滤——→无水异丙醇洗涤——→甩干——→摇摆机粉碎——→烘干——→工业钾盐成品

二、从工业钾盐制备普鲁卡因青霉素流程

加入普鲁卡因

（工业钾盐+水+NaCl+Na2HPO4+H3PO4）——→缓冲液——→无菌过滤——→结晶罐——→结晶——→过滤——→无热源水洗涤——→丁醇洗２次——→乙酸乙脂顶洗两次——→烘干——→气流粉碎——→氧消——→成品

第五节 青霉素溶媒萃取收率计算（pH-收率关系）

青COOH： 

青COO－+[H＋]：[AH]=[A－]+[H＋]

水相电离平衡常数：

； 

分配平衡常数：

苄青霉素：Kp＝10-2.75，只要测出K和pH，即可求出K0＝47；

设 ，两边取对数：

讨论：当K表<1时，pH>4.4 转入水相；

　　　当K表=1时，pH=4.4 不能萃取；

　　　当K表>1时，pH<4.4 转入溶媒相。

设m为浓缩倍数，即原始溶液与萃取体积之比，

则  (萃取 pH<4.4 )

或  (反萃取 pH>4.4)

多级萃取时未被萃取分率ψ：

  (逆流萃取)

第六节 半合成青霉素

上图是从6-APA的发现到酰化等引入侧链，前后经历了多年的研究，主要是对侧链进行化学改造，合成了上万个衍生物，取得了惊人的进展和改进，除了过敏反应未得到克服外，抗菌谱窄、不耐酸、不耐酶的缺点基本上得到克服，典型代表如上图。

1．耐酸青霉素：青霉素遇酸分解为无活性的青霉烯酸及青霉酸，这可能涉及侧链酰胺基的电子转移。因此侧链R的性质对反应的产生有重要影响。很明显，假如侧链有吸电子基团存在，防止电子转移，势必增加化合物对酸的稳定性。Abraham比较了PN-G及PN-V对酸稳定性的差异，解释了后者稳定的原因在于吸电子基团的存在，第一次指出了侧链吸电子基团对青霉素稳定性的影响。凡侧链α-位有吸电子基团存在的青霉素衍生物均对酸稳定，肠胃道能吸收者都可以口服，若取代基极性很强，亲脂性差（如-COOH,-SO3H），则口服不吸收。

2．耐酶青霉素：细菌对青霉素产生耐药性的主要原因是产生ß-内酰胺酶将内酰胺环水解为青霉噻唑酸，其水解过程青霉素必须与酶活性中心相结合，因此侧链增大（取代苯、萘、异噁唑等）产生主体效应，阻碍了酶与底物结合，青霉素则不被水解，保持其抗菌活力。不言而喻，如侧链取代基不大，则不起阻碍作用，如氨苄青霉素及其脂类衍生物、苯氧乙基青霉素等虽耐酸，但不耐酶，故对产β-内酰胺酶的细菌无效。

3．窄谱青霉素：只对G＋有效（如青霉素G及以后对付耐药的金黄色葡萄球菌而发展起来的苯唑青霉素、氯苯唑青霉素和甲氧青霉素等）或对G－有效（如氮卓脒青霉素），故称窄谱青霉素。氨卓脒青霉素抗G＋很弱，但它的强抗G－作用打破了过去认为6-位酰胺基是青霉素抗菌作用必备条件的老框框，同时它对细菌细胞糖肽合成的转肽酶没有作用，提出了青霉素作用机制的新问题。

4．广谱青霉素：主要是受青霉素N的启发。青N与青G有相同的母核，青N抗G+比青G弱（差），但抗G－比青G强很多倍。因而推测侧链氨基存在对G－的作用具有重要意义。从而揭开了合成侧链含有氨基的青霉素衍生物，如氨卡那霉素及其一系列α-氨基取代物的序幕。随后还在除氨基以外苯核（特别是杂环）侧链的α-位引入电负性强的官能团，如-COOH，-SO3H等，发现也能增加抗G－细菌的能力。如磺氨苄青霉素、羧苄青霉素、羧噻吩青霉素等。

第七节 非典型β-内酰胺类抗生素

一、 头霉素及其7-甲氧基头孢菌素

1971年从链霉素中发现头C结构类似物。

A、B总是一同产生，他们对Ｇ＋活性较高。

C产生菌在自然界中很罕见，且产A、B菌从不产生C，反之亦然。而头C抗Ｇ＋较弱，但抗Ｇ－较强，并对耐药的大肠杆菌和变形杆菌有效。

7-位的甲氧基最具特色，对β-内酰胺酶都有高度的稳定性。为头Ｃ的改造开创了一种新类型：７-α-甲氧基头孢菌素；如噻吩甲氧头孢菌素、氰唑甲氧头孢菌素等。他们对Ｇ－有较强的抗菌作用，对Ｇ－产生的各类β-内酰胺酶均很稳定，临床上用来治疗一些对氨苄青霉素及其他耐头孢菌素Ｇ－引起的严重感染。

二、 棒酸和青霉烷砜

1976年由英国Beecham公司从棒状链霉菌发酵液中分离得到。

棒酸本身抗菌活性很弱，但与其它β-内酰胺类抗生素合用有协同作用，能保护这些抗生素免受产酶细菌钝化而大大减少剂量，提高疗效。

棒酸与羟氨苄青霉素按1:2比例制成的口服制剂，效果良好，可治疗呼吸道感染、尿路感染及其它感染（俗称溴格门汀Augmentin）。

三、 硫霉素及有关化合物——碳青霉稀衍生物

1976年美国Merch公司从牛链霉菌发酵液中发现的一种活性很强的广谱抗生素和β-内酰胺酶抑制剂。

硫霉素对Ｇ－杆菌和Ｇ＋球菌均有很强的活力及广泛的抗菌谱，对某些厌气菌也呈现卓越的活性，其作用等于或超过半合成青霉素、某些第三代头孢菌素及氨基糖苷类抗生素。

主要优点：对庆大及羧苄青霉素的耐药绿脓杆菌以及其它Ｇ－有抗菌活性，对拟杆菌有较强活性，对大多数β-内酰胺酶稳定，对各种Ｇ＋和Ｇ－产生的β-内酰胺酶有抑制作用，但抑制活性不及橄榄酸。

缺点：稳定性差，在溶液、组织和体液中很快分解，但通过化学改造，可增强稳定性。

四、 诺卡菌素和其它单环β-内酰胺抗生素

优点：1、诺卡菌素Ａ对Ｇ－和绿脓杆菌、变形杆菌及大肠杆菌有广泛的抗菌活性。但对Ｇ＋金黄色葡萄菌无效，对细菌产生的β-内酰胺酶稳定；

２、体内活性高于体外，毒性低，无交叉免疫反应（对β-内酰胺抗生素而言）；

３、在酸性或碱性溶液中稳定，即使pH12 25℃放置80hr仅失活力１％，此为其最显著特征。半合成衍生物氨噻羧单胺菌素。比“头孢孟多”还优。对呼吸道感染作用与T06相似，但肾毒性较低，是有发展前途的抗生素。

五、 化学合成制剂及新母核的衍生物

集众多β-内酰胺之优点而设计：

羟羧氧酰胺菌素

优点: 1、广谱、对难控制的病原菌有高效； 

      2、对β-内酰胺酶很稳定；

     3、对脆性拟杆菌比头孢哌酮，氢唑头孢菌素有效，对Ｇ－较头孢Ｖ、噻吩甲氧头孢强10～100倍；

     ４、在高浓度时对绿脓杆菌也有效。

碳头孢稀类新衍生物也正在发展之中。

第八节 头孢菌素

一、 头孢菌素C的一般反应性能

理化性质：

1、 头孢菌素C[C16H21O8N3=415.44]（见上图）

2、 pK值：侧链羧基<2.6；4位羧基<3.1。

3、 Na盐：呈白色或淡黄色结晶状粉末，易溶于水，不溶于有机溶媒。

4、 对稀酸（pH=2.5~8.0）及重金属离子较稳定；pH>11时迅速失活。在260nm处有紫外吸收。

二、 头孢菌素结构与活性（药效）的关系（构效关系）

1、3-位取代

3-位乙酰氧基被硫代杂环或季胺基取代能增强抗G＋和G－菌的活性。这是因为杂环等通过共轭传递诱导效应或形成共轭体系，使β-内酰胺环羰基电子云密度减少，从而增加了药物与酶的酰化反应能力。取代基的吸电子能力越强，抗G－菌强度越大。 ① 3-位取代对药代动力学的影响有决定性意义。若杂环上有酸性基团（-OH、-COOH、-SO3H）存在。将提高与血清的结合率。延长半衰期。② 3-位乙酰氧基被亲脂性基团取代（CH3、Cl等），促进肠道迅速吸收药物，这类药都可以口服。③ 3-位乙酰氧基若被含有酸性或碱性基团的杂环化合物取代，口服则不吸收，必须静滴或肌注给药。

2、1-硫取代

1-S原子被甲烯基（-CH2-）取代，抗菌活性没有下降；S被氧取代，抗菌活性还可以增强数倍。

3、7α-位取代

7α-位的取代物位于β-内酰胺环的下面，阻碍了酶的攻击，减缓内酰胺环的水解，从而增强了抗耐药菌的作用。但应注意，7-OCH3不是抵制钝化酶进攻的唯一因素，许多不含7-OCH3的第三、四代头孢菌素仍然对酶有高度的抵御能力。

4、7-酰胺基的α-位取代

胺基的性质对抗菌谱有决定性作用。以苄基为例，α-位引入极性大的基团效果较好（如-OH、-NH2、-COOH等）。若在-NH2基上再度引入 、 部分更能提高活性，如氧哌羟唑头孢菌素：

=N-OCH3是构成第三代头孢的主体，肟的几何构型很重要，Z型比E型强10～50倍。

（5）C2 C3双键是必需的活性中心。

三、 头孢菌素C的发酵与精制

1、 发酵（菌种：顶头孢霉菌）

砂土管—→母斜面1————→母斜面2————→大米孢子———→种子罐———→发酵罐————→放罐提炼

发酵同样可分为三个代谢阶段：（1）生长繁殖期；（2）头C积累期；（3）菌丝自溶期。

2、 头孢菌素C的提取

头C为氨基酸类化合物，通常以两性离子存在于水溶液中，且发酵液中伴有青霉素、      DCPC、DOCPC、氨基酸与色素等杂质。因此从发酵液中提取头C较复杂而困难。

（1）离子交换法：弱碱性树脂提取头C （弱碱性阴树脂330或 等）。

发酵液——→草酸酸化pH4~5——→过滤——→强酸H型阳离子树脂pH2.8~3.0 ——→静置3~4小时（破坏青霉素）——→330树脂吸附（至此收率一般为40~50％）

头C的Na、K盐水溶性大，结晶收率低。因此也可改用锌盐沉淀结晶，或在解析液中加入酰化剂，将头C转成N-酰化衍生物，再用溶媒提取精制。

此法固滤液中存在杂质和无机盐会严重影响它的交换容量。虽经多次改进提高，但产品质量与收率仍然不理想。但具有操作简便、设备简单、节约溶媒等优点。

（2）大孔树脂吸附法：

大孔树脂吸附作用主要基于范德华力。根据吸附理论中的盐析作用原理，发酵液中的无机离子和极性物质不但不干扰吸附过程，反而促使非极性有机大分子更好地被吸附，这一点比阴离子树脂可取，从而改善和提高了对头C的提取和纯化效果。但有些杂质和色素不易分离，一般需再经弱碱性阴树脂进一步纯化。

常用的非离子型大孔树脂有AmberliteXAD-2，XAD-4及DiaionHP-20等。

如：发酵液——→酸化至pH2.5～2.8——→破坏青霉素N——→过滤——→滤液——→ AmberliteXAD-4大孔树脂吸附——→20%丙酮水溶液解吸——→再经AmberliteIRA-68吸附——→醋酸盐缓冲液洗脱——→加入锌沉淀结晶

以上步骤可制得含95%以上的头C锌盐，收率自发酵液计算一般可达70%以上。

优点：无需考虑极性物质与无机离子的干扰而省去脱盐操作，且选择性优良，解析纯度比离子交换法提高。

缺点：树脂用量大（为发酵液体积的一半）。树脂怕污染，严重时不易再生，丙酮、乙醇等亲水有机溶媒需要回收，影响经济效益。

尽管如此，因质量和收率比较理想，目前国内外企业仍然乐于采用此法。

（3）溶媒提取法：（头C 侧链形成内盐，水溶性很大）

一般要在发酵滤液中加入能掩蔽侧链氨基碱性的试剂，如酰氯、酸酐、异氰酸酯等。转成头C的N-酰化衍生物。然后才能在酸性下用与水不互溶的溶剂——甲基异丁基酮、正丁醇或乙酸乙酯提取。

如用对-硝基苯甲酰氯酰化滤液中的头C，经甲基异丁基酮酸化提取，转成N→（对-硝基苯甲酰）头C钠盐结晶，自滤液计算收率为90%。

因发酵液杂质多，酰化剂用量大（一般为7～9克分子），耗费多，且提取溶媒多为亲水性，损耗大，故虽然收率高、质量好，但经济效益难以补偿。所以工厂采用的不多。

4、络盐沉淀法

利用头C可与2价重金属离子Ca2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Pb2+等形成1∶1克分子的难溶性络盐微晶沉淀的原理，从头C发酵液中提取头C盐。

如：头C滤液—————→醋酸锌搅拌溶解——→加入水溶液体积30%左右的乙醇或丙酮，头C锌盐微晶便沉淀析出，收率90%以上。

优点：简便、收率好。

缺点：重金属盐选择性较差，且需在一定浓度下才能析出络盐微晶。

因此，多半以半纯化的头C水溶液为原料，且与其它方法结合使用。

四、 半合成头孢菌素代的划分

1、以抗菌范围和抗菌能力来分类：

第一代头孢：抗菌谱略有差异，但对同样的微生物都有不同程度的抗菌性（主要是广谱化）；

第二代头孢：抗菌谱比第一代多，抗菌活力也稍强，但抗绿脓杆菌很弱；

第三代头孢：抗G－能力比第一代、第二代强，对绿脓杆菌有中等到强的抑制能力。但抗金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌能力则不及第一、二代。从本质上看，是由于第三代头孢菌素对大多数β-内酰胺酶不敏感，所以对该酶的产生菌自然就敏感了。

头孢：最大特点是高度耐酶能力，对绝大部分G－有高度抗菌活性，尤其是对绿脓杆菌的作用超过了所有的头孢菌素，并稍强于T06、庆大霉素和丁卡。似乎是治疗对氨基环醇类抗生素产生耐药的绿脓杆菌感染的最好药物。

代的表示法只是相对的，每代之间难免有些交叉。如噻甲羧肪头孢菌素（ceftazidine即GR20263）有人认为属第三代，有人认为属。同代之间抗菌素也不尽相同。

2、按化学结构分类：

第一代：含7-ACA核的为第一代；

第二代：含头霉素C核（7-甲氧基的7-ACA）的为第二代；

第三代：7-ACA中的S被O取代的1-氧-头孢霉素为第三代。

这种分类便于掌握结构特征，但与上一种分类法（抗菌分类）相比，却有较大的弊病。因为母核相同（即同代）的头孢菌素抗菌活性却有明显的差别，而结构上差别较大的（即所谓不同代）却有相似的抗菌谱。因此从临床应用角度上看，以抗菌范围分类较为合理和适用。

第七章思考题

1．写出青霉素G、钠、钾盐、6-APA、7-ACA、头孢菌素C、苯氧甲基青霉素的结果式，说明其结构特性。

2．青霉素G盐及其游离酸在水及溶媒中的溶解性，对提取的影响和应用如何？

3．影响青霉素水溶液稳定性的主要因素有哪些？

4．熟悉碘量法测定青霉素效价的有关反应式。

5．弄清青霉素与两酶（青霉素酰胺酶和青霉素酶）作用的反应式。

6．青霉素产生菌属哪类微生物？常用生产菌名称是什么？在生产中将其细胞发育分成几个时期？各期有何特点？

7．青霉素培养基的主要C、N源及前体和无机盐有哪些？应如何合理控制？

8．了解青霉素生物合成机理与生产调节的关系。

9．青霉素提取过程如何？有哪些主要影响因素？如何控制？

10．6-APA在半合成青霉素中的地位，有哪些方法可以获得？

11．普鲁卡因青霉素与青霉素G在药理上有什么差别？

12．氨苄青霉素在临床应用上有哪些不足之处？自半合成青霉素发展以来，是否均已解决？举例说明。

13．半合成青霉素分哪几类？各有什么特点？

14．了解7-APA的酶法生产和化学法生产过程。

15．写出氨苄青霉素的合成路线，了解为什么侧链要做成滕盐（dane盐）？

16．头孢菌素C的提取方法有几种，其原理如何？

17．举例说明三代头孢菌素的作用特点，第三代的兴起是否意味着将取代前两代半合成头孢菌素？

18．写出以7-ACA合成头孢菌素Ⅰ的路线。

19．头孢菌素C结构改造的部位与药理有什么联系？

第八章  氨基糖苷类抗生素（Aminoglycosides）

第一节 概述

一、 发展史

1944年 链霉素（Streptomycin）

1948年 新霉素（Neomycin）

1957年 卡那霉素（Kanamycin），对绿脓杆菌效果不好；

1963年 庆大霉素（Gentamycin），对绿脓杆菌有特效；

1967年 妥布霉素（Tobramycin）

1970年 紫苏霉素（Sisomycin，西索敏新）

1971年 合成双去氧卡B（Dibekacin）

1972年 丁胺卡那霉素（Amikacin）

1982年 开发成功乙基紫苏酶素（Netimycin）

二、 分类：按分子基本结构可分为下列三组

1、 链酶胺衍生物组，如链霉素、布鲁霉素、放线壮观素。

2、 2-脱氧链酶胺衍生物组：（其中又可分为三类）

（1）新酶素型（4，5-双取代去氧链酶胺衍生物类）

如巴龙霉素、核糖霉素、丁酰苷菌素等。

（2）4,6-双取代去氧链酶胺衍生物类

如卡那霉素、托普霉素、庆大霉素和紫苏霉素等。

（3）潮酶素B类：如潮酶素B等。

3、 其他氨基环醇类衍生物组：为有效霉素，春日霉素等。

三、 主要来源：产生菌的种类——链霉菌、小单孢菌

四、 药理简介：

①本类抗生素抗菌谱与副作用（主要为耳肾毒性）；②品种发展与药效优化；③均为广谱抗生素；④从化学结构分析抗G＋G－的作用；⑤结合青霉素，头孢霉素的结构改造说明-NH2在抗菌药中的作用。

优点：str.对球菌、分支杆菌、巴氏杆菌、布鲁氏杆菌和嗜血杆菌等有显著药效。特别是用于治疗结核病及由G－菌引起的各种感染（尿道感染、肠道感染、结核性脑膜炎、败血症、肺炎、腹膜炎及百日咳等）。庆大霉素也广泛用于临床。对绿脓杆菌、肠道杆菌、金葡菌等引起的感染（如败血症、呼吸道感染和烧伤感染）均有显著疗效。

缺点：摄入对脑神经，肾脏等组织的毒副作用较强，使得医疗的应用受到一定的。

解决办法：为了克服以上不足获得抗菌活性强，毒性小的新抗生素。目前有两个途径。

（1）从自然界中继续筛选（本类天然抗生素的发展也可说明这一点）

（2）针对现有的化学结构进行改造，

如71年获得双去氧卡B。72年改造成功丁胺卡那霉素。82年开发成功乙基紫苏霉素。

五、 耐药性

该类抗生素长期使用会产生耐药菌，主要是多类菌带有R因子质粒，能产生各种钝化酶，如磷酸转移酶、腺苷转移酶和乙酰转移酶等。

第二节 理化性质

一、 str的结构：

由链霉胍（Ⅰ）,链霉糖（Ⅱ），N-甲基-L-葡萄糖胺（Ⅲ）组成。

特点 

是一个相当强的有机碱。

3’位醛基还原活性与醛基相当；

3’位去羟（-OH）并还原醛基后毒性更小；

醛基氧化成-COOH，几乎无生物活性。

5’氧化为伯醇，抗菌活性与str相似。

4”位接上甘露糖，活性降为20～25％ 。

2”N去甲基，双H链霉素，活性显著下跌。

甘露糖（4”）羟（5’）链霉素及其双H衍生物，抗菌活性与str相当。

胍基是必须基团，失去胍基也就是失去活性。

基团：胍基pK＝11.5（1,3位）；CH3-NH-（2”）pK＝7.7；pH＝4~5最稳定。

白色结晶状粉末。在不同pH下，以不同的游离状态存在。

二、 稳定性

1. 干燥粉末，稳定；含水小于3％，放置两年，活性无明显变化。

2. 吸水性强，当湿潮后，水份大大增加，容易分解破坏，产品中的杂质会加速这种分解破坏的速度，pH对分解影响很大，在pH4～6之间较稳定，t、pH影响显著。（lgK、pH、t的关系见P325）

3. 醛基被还原后，在碱性下更稳定，如双H str比str稳定得多。

三、 溶解度

1. 亲水性基团（-OH和-NH2），在水中溶解度很大。

2. 盐的溶解度与成盐的性质关系很大，如盐酸盐，难溶于乙醇，但易溶于甲醇；而硫酸盐在甲醇中也很难溶解。

四、 光学性质

旋光性；红外光谱没有明显的特征峰；str在230nm处有吸收峰。

五、 链霉素的盐类：

1. 与无机酸形成可溶于水的盐。（如HCl、H2SO4等）

2. 与无机酸和有机酸形成不溶于水的沉淀。（而得到分离，如磷钨酸，苯磺酸钠，苦味酸等）

3. 与酯酸（如磺酸酯、羧酸酯、磷酸酯等）形成可溶于有机溶剂的盐。

4. str与某些盐类形成复盐。（如str氯化钙复盐：C21H39O12N7•3HCl•1/2CaCl2）

      如str•3HCl——→氯化钙甲醇溶液——→则析出复盐（上行分子式）——→通过阴离子交换树脂——→复盐变成硫酸盐（从而制得纯str）

也可用五氯苯酚等制得复盐，最后得到纯str。

六、 str的降解反应：

1. str（C21H39O12N7）——→链霉胍＋链霉二糖胺

  2. a．str———→链霉胍+ N-甲基-L-葡萄糖胺+麦芽酚

                                               Fe3+（FeCl3）

                                          显紫色，测定str的方法

（双Hstr无此反应）

     b．链霉胍在温和碱条件下，如Ba(OH)2：

        链霉胍————→——————→链霉尿————————→链霉胺

七、 氧化还原反应（醛基反应）

1、 在温和条件下氧化（Br2水）：—→形成链霉酸。

2、 在温和条件下还原：—→形成双氢链霉素。

a. 直接还原法：在化学氧化剂如Ni、P b或氧化镉等存在下通入H2；

b. 电解还原法：将str放在阴极槽中，通入电流即得；

c. 化学还原法：如与钾硼氢、钠硼氢等还原剂反应                    

   中性、碱性—→双H str、脱O双H str。

   酸性（pH=2）时，只产生脱氧双H str。

3、 与伯胺反应（R-NH2）（NH2OH），与NH3或NH4+的反应

   与伯胺（如苯甲胺）反应形成席夫碱：

a. str-CHO + RNH2———→str-CH=N-R——→str-CHO + R-NH2

b. str-CHO + NH3——→ 

c. str-CHO + NH2OH ——→str-CH=NOH (此反应用于抗生素产品无菌检查测定)

八、 str互变异构：（醛基）

    醛基与N-甲醛构成某种甲醛胺

    醛基与C5OH基形成水合醛或半缩醛。

第三节 氨基糖苷类抗生素的生产（以庆大霉素为例）

一、 种子

国内：绛红色小单孢菌；国外：棘孢小单孢菌、橄榄星小单孢菌。

二、 发酵

1、 孢子斜面制作与培养基配方分析（配比见下面）

   沙土管——→母斜面－————→子斜面－————→成熟孢子

2、 发酵生产（培养基配方如下）

  一级种子——————→繁殖罐——————→发酵罐————————→放罐

中间控制：

① 依据PH、CC、CL残糖来补糖。当菌丝长浓，残糖不足向其补糖后：若CL↓、pH不变，说明补糖对代谢生长有利：若CL↓、pH↓，则有可能补糖过量，有机酸积累，O2供应不足，CL为控制因素。应当加大空气量，适当补水，或加快搅拌等来提高CL。

② pH高时，可增加补糖量，若残糖高，则可考虑补（NH4）2SO4；

pH低时，可补入CaCO3、NH3•H2O等

③ 调节示例

           NH2-N低，pH低时：通NH3.H2O。

           NH2-N高，pH低时：可加CaCO3。则pH↑；若C也低，则改补醋酸钠。

           NH2-N高，pH高时：补糖水，则pH↓，NH2-N↓；若NH2-N↓，pH还不下降，则补加P，促进菌丝代谢。

           NH2-N低，pH高时：则补加生理酸性物质如（NH4）2SO4等。

三、 中间控制分析

第四节 氨基糖苷类抗生素的提取精制（以庆大霉素为例）

一、 过程

发酵液————————→酸化液————————————————→中和液  ————————————→饱和树脂——————————————→酸洗饱和树脂——————————————→氨洗饱和树脂——————————————→洗脱液————————→洗脱脱色液————————————→浓缩液——————→成盐液————————————→脱色液————→无菌滤液————→成品——→检验——→包装——→入库——→原料药成品

二、 分析

1、 从离子交换树脂交换理论,分析吸附过程的原理，酸化的目的，pH调节的道理；

2、 处理str,kan为什么要对发酵液进行稀释；

3、 去除Ca2+、Mg2+ 离子的道理，无Cl-的道理；

4、 活性碳脱色的道理。

*附：吸附原理

RH＋＋R’NH4＋—→RH＋-R’＋NH4＋

可以5种不同的离子或分子状态存在：R、RH＋、RH22＋、RH33＋、RH44＋、RH55＋。

由离子交换方程式（见下），并根据交换前后化学位相等的原则，导出以上平衡公式，分析稀释对吸附的影响（正作用）。

——液相中离子的化学位与活度的关系

——树脂上离子的化学位与活度的关系

（化学位平衡时Δφ＝0）

当发生交换时，化学位改变等于：

则： （常数归在一起r，）

其中r完全取决于标准化学位，是一常数。

对于非膨胀性树脂    所以

   或   

对于稀溶液，可用浓度代替活度。即 

   M1、M2，树脂上离子浓度；C1、C2，溶液中离子浓度

对str:应为： 

在低浓度（水溶液）和普通温度时，离子的化学价愈高，就愈易被吸附，如果溶液中两种离子浓度之比保持恒定，令C1/C2 =P，而将溶液稀释时，则根据方程：

进行变换可得：

当溶液中稀释时，因为 ，C2变小，M1 必然增大，便于吸附交换高价离子，如str吸附到树脂上，这就是加水稀释提取抗生素的理由之所在。

三、 存在的问题

1、 经常出现组分不合格；

2、 重金属含量过高，灰分太多；

3、 热原、毒性不合格；

4、 色泽、澄明度、毛点等。

第八章思考题

1．分别写出Str.、硫酸Str.、Kan.、Gen.的化学结构式。

2．写出Str.、Gen.的解离方程式及离子交换树脂提取时的交换反应式。

3．举例说明影响链霉素水溶液稳定性的主要因素。

4．写出Str.的氧化反应及酸碱水解反应的化学反应式。

5．庆大霉素生产过程如何？

6．为什么本类抗生素发酵液需稀释后才进行离子交换提取？

7．（在离子交换柱内）为什么交换柱内的树脂液面要保持一定高度？

8．在离子交换解吸过程中，为什么要控制好一定的解吸速度？

9．在精制中为什么要进行脱色

10．氨基糖苷类抗生素在临床方面有什么用途？下载本文