抗生素备课 第二章 抗生素的作用机制

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 抗生素的作用机制,研究机制目的：在分子水平上认识抗生素的作用原理和选择性毒性作用，为抗生素的临床应用提供理论依据，推动新抗生素的研究从随机筛选转向理性筛选。,原始作用点：抗生素进入菌体内，最初作用于细菌的构造或代谢系统。包括：细胞壁的合成、核苷酸和核酸的合成、蛋白质合成，能量代谢。,第一节 抑制细胞壁合成的抗生素,作用于细胞壁的抗生素有较好的选择性毒性,肽聚糖是细胞壁主要成分，肽聚糖由,N-,乙酰胞壁酸（,Mur,-,NAc,）、N-,乙酰葡萄糖氨和肽组成。,金黄色葡萄球菌细胞壁肽聚糖的结构,一、,-,内酰胺类抗生素,主要作用于细胞壁肽聚糖合成系统,对繁殖期细菌有杀菌作用，对静止期细菌无作用。,14,C,青霉素标记实验证明细菌中有一些能与青霉素结合的蛋白，称为青霉素结合蛋白（,PBP），,它是一些与细菌细胞壁合成有关的酶（转肽酶、,D-Ala-,羧肽酶）。,转肽,反应包括两个步骤：,1、转肽酶与酰基-,D-,丙氨酰-,D-,丙氨酸共体底物形成酰基-,D-,丙氨酰酶中间体，同时释放出一分子,D-,丙氨酸；,2、然后这个中间体将酰基,D-,丙氨酰基团转给一个游离氨基酸的受体底物。,青霉素抑制转肽酶机制：青霉素与肽聚糖末端的,D-Ala-D-Ala,的结构相似，替代底物与酶的活性中心结合。（如图）,这两者都有高度反应性的酰胺键而与转肽酶作用,二、糖肽类抗生素,万古霉素、泰古霉素（替考拉宁）和瑞斯托菌素是糖肽类抗生素，主要是抑制细菌肽聚糖的合成，作用于细菌细胞壁合成中的脂环。（如图）,三、其他类抗生素,（,1,）杆菌肽,杆菌肽是环肽类抗生素，抗,G+,球菌，作用于细菌肽聚糖合成的脂环上，抑制了如下反应,PP-lipid,P-lipid+Pi,(2),磷霉素,作用于,G+,与,G-，,在细菌肽聚糖合成过程中，抑制,UDP-,Glc,-,NAc,-,丙酮酸转移酶,磷霉素的化学结构与磷酸烯醇式丙酮酸相似。,(3),D-,环丝氨酸，邻甲氨酰,-,D-,丝氨酸,环丝氨酸的结构与,D-,丙氨酸相似，作为,D-,丙氨酸的拮抗物而抑制肽聚糖的合成。,抑制反应如下：,L-Ala,消旋酶,D-Ala,合成酶,D-Ala-D-Ala,第二节 作用于细胞膜的抗生素,一、多肽类抗生素,多黏菌素,B、,黏菌素和短杆菌肽,S,等均为环肽类抗生素，前两者对,G-,杆菌及绿脓杆菌有杀菌作用，后者对,G+,有作用。可损伤细胞膜，引起胞内各种物质的外漏，细菌死亡。,机制：多黏菌素与,G-,杆菌外膜的脂多糖和内膜的酸性磷酸脂结合，活化磷酸脂酶，引起脂质分解。,杆菌肽主要引起电子传递系统与氧化磷酸化的解偶联。不但作用于原核也作用于真核细胞膜，所以选择毒性较差。,二、多烯类抗生素,有两性霉素,B、,制霉菌素,A,等。只作用于真菌和原虫的细胞膜，使钾离子等胞内成分漏出。对细菌细胞膜无作用。,机制：真菌细胞膜上存在固醇，而细菌细胞膜中没有。两性霉素,B,与真菌细胞膜中固醇结合，损伤细胞膜通透性，引起一些物质如,K+、,氨基酸、核苷酸等外漏，影响细胞正常代谢，抑制真菌生长。哺乳动物细胞膜中含有的是胆固醇，而真菌为麦角固醇，两性霉素,B,对后者的亲和力高于前者，因此它有一定差异毒力。,三、离子载体抗生素,能在分子内部螯合金属离子,形成配位结合的脂溶性化合物,有助于离子通过细胞膜的抗生素,统称为离子载体抗生素。作用是扰乱细胞膜的离子运输。如缬氨霉素易螯合,K,+,，,但不能用,Na+,替代,K+，,它与,K+,形成缬氨霉素-,K+,复合体，有效地屏蔽了分子内部的亲水基团，而使分子的四周呈疏水性。因此复合替能从膜的一侧运输至膜的另一侧。,莫能霉素螯合,Na,+,。,第三节 抑制蛋白质合成的抗生素,氨基糖苷类、四环类、氯霉素、大环内酯类、林可霉素类等许多抗生素的原始作用点都是蛋白质的合成系统。,一、抗生素与核糖核蛋白体的结合,50,S,亚基：氯霉素、大环内酯类、林可霉素,30,S,亚基：四环素、链霉素、春日霉素,50,S,与30,S,亚基：卡那霉素、庆大霉素、新霉素,二、蛋白质的合成过程与抗生素的作用,蛋白质合成过程分为起始、肽链延长和终止三个阶段,1,、抑制起始反应,如春日霉素抑制,30,S,复合物的形成，选择性抑制起始反应，对延长肽链的反应几乎无作用。,2,、抑制肽链延长过程,如：四环素抑制氨基酰,-,tRNA,与核糖体,A,座的结合。,3,、抑制蛋白质合成的终止反应,氯霉素、林可霉素等抑制肽转移酶(阻断肽与,tRNA,的结合），阻断了终止反应。,三、抑制蛋白质合成的抗生素,1,、氯霉素,作用于细菌的核糖体,50,S,亚基的,L16,蛋白质，,23,S,rRNA,，,抑制肽转移反应。,2,、大环内酯类抗生素,细菌核糖体的,50,S,亚基的,L16,蛋白质，,23,S,rRNA,，,抑制肽转移反应，阻断蛋白质合成。,3,、四环类,细菌的核糖体对四环类抗生素的敏感性比动物核糖体高,1001000,倍。所以这类抗生素有较好 差异毒力。,4,、氨基糖苷类,以抑制蛋白质合成的起始反应为主，作用机制较为复杂,第四节 抑制核苷和核酸的合成,一些抗生素抑制核苷的生物合成和核酸的聚合作用，多数是抗肿瘤，也有一些是抗细菌的，如利福霉素、新生霉素。,利福霉素：抑制细菌的,RNA,多聚酶，但对动物的,RNA,多聚酶几乎无作用，有优良的选择毒性。,放线菌素：有抗细菌和肿瘤作用，可与双链,DNA,中的脱氧鸟苷以氢键结合，抑制依存于,DNA,的,RNA,聚合酶作用。,蒽环类抗生素：包括柔红霉素、阿霉素、阿克拉霉素,A,等。作用机制主要是抑制以,DNA,为模板的,RNA,和,DNA,多聚酶的反应，还能切断,DNA,的一条链。,丝裂霉素,C：,抑制,DNA,合成并使,DNA,链断裂，但原始作用点还未确认。,博莱霉素：有抗肿瘤和细菌的作用，切断,DNA,的一条链。,第五节 抑制有丝分裂和能量代谢系统,一、抑制有丝分裂,灰黄霉素：抑制真菌的生长，使菌丝顶端形成弯曲，顶端细胞变形增厚。,二、抑制能量代谢系统,分为三类：,1,、呼吸链电子传递抑制剂；,2,、将电子传递与磷酸化的偶联拆开的解偶联剂；,3,、抑制由高能中间体化合物向,ATP,转移能量的化合物。,抗霉素,A：,抗真菌，毒性大，抑制呼吸链电子传递系统中的细胞色素,b,与细胞色素,C1,间的电子传递。,寡霉素：抑制真菌的能量代谢，作用于传递电子的,ATP,合成酶的,F0,部分，使,ATP,不能合成。,短杆菌肽,S,与缬霉素：会出现可进行呼吸，但却不能生产,ATP,的情况。这类抑制剂是通过增加一价离子的通透性而破环氧化磷酸化作用。,第六节 抗生素的协同作用,抗生素合用意义：扩大抗菌谱，增强抗菌力，防止或延缓耐药菌的产生，减轻副作用等。,如：,1,、青霉素与链霉素的合剂：既抗,G+,又抗,G-，,扩大了抗菌谱。,2、四环素与制霉菌素合用，可防止细菌感染与白色念珠菌的交叉感染。,3、一般抗生素对绿脓杆菌作用较弱，庆大霉素抗绿脓杆菌有效，但因有副作用不能多用，如与副作用较小的羧苄青霉素、磺苄青霉素等合用，静脉滴注，可增强抗绿脓杆菌的作用。,4、防止耐药菌的出现，一种抗生素耐药菌出现的几率为10,-,m,，,对另一种抗生素出现的几率为10,-,n,，,则这种细菌对这两种抗生素同时产生耐药菌的出现率为10,-（,m+n）,。,例如结核病的治疗，由于疗程长，因此常用链霉素、对氨基水杨酸、异烟肼或利福平、异烟肼、卡那霉素等三种药物合用，既可防止耐药菌的出现，又可降低副作用。,5、副作用不同的两种以上抗生素合用，可降低各种抗生素单独使用时的浓度，因此副作用也相应减轻。,第三章 细菌的耐药性,第一节 耐药性的遗传学机制,主要机制：具有控制耐药性遗传的质粒,在肠道菌中为,R,因子，葡萄球菌中为,r,因子。,R,因子与,r,因子都有与细菌耐药性有关的基因，都可传递到敏感菌中，引起耐药菌的逐渐增加。,第二节 耐药性的生化机制,主要存在三种生化机制：,1,、细菌钝化或分解抗生素的机制,2,、由于细菌表层的变化，细胞膜的通透性改变，使抗生素不能进入菌体内,3,、细菌细胞内抗生素作用的因子或酶（原始作用点）的变化，使抗生素难以作用。,一、产生分解酶或钝化酶,1、,-,内酰胺酶,G+,或,G-,中耐青霉素或头孢菌素的，几乎都是由细菌产生,-,内酰胺酶，这类酶加水将抗生素的,-,内酰胺环打开，形成无活性的物质。,2、氨基糖苷类抗生素钝化酶,氨基糖苷类抗生素耐药性：主要由肠道细菌的,R,因子和葡萄球菌质粒控制产生的氨基糖苷类抗生素的钝化酶。,此外，核糖体变化形成的耐药和通透性降低引起的耐药性。,钝化酶作用方式：,O-,磷酸转移酶（,APH）、O-,腺苷转移酶（,AAD）,和,N-,乙酰转移酶（,AAC）。,3、,氯霉素乙酰转移酶,此酶以乙酰辅酶,A,为辅助因子，使氯霉素3位上的羟基乙酰化，并转位到1位上，再使新的3-,OH,乙酰化。,二、原始作用点的变化,1、大环内酯类抗生素,大环内酯类抗生素，如红霉素、螺旋霉素,柱晶白霉素等都作用于核糖体50,S,亚基。50,S,亚基的23,SrRNA,上两个腺嘌呤碱基甲基化，妨碍了50,S,亚基与大环内酯类抗生素的氢键结合，因而产生耐药性。,2、氨基糖苷类抗生素,耐链霉素菌株因核糖体30,S,亚基的变化而耐药。卡那霉素耐药菌株有30,S,改变与50,S,改变形成的耐药菌株。,3、糖肽类抗生素,万古霉素、太古霉素对,G+,活性强，尤其用于,MRSA,感染的治疗有较好的疗效。且,细菌耐药性产生较慢，但由于大量使用，首先在肠球菌中发现耐药菌株，此后相继在肠球菌中发现不少耐药菌株。,万古霉素和太古霉素作用机制：抑制细胞壁合成中,GlcNAc,-,MurNAc,（,十肽酰胺）-受体的合成。它们与肽聚糖中肽末端的,D-Ala-D-Ala,结合，抑制细胞壁合成。而耐药菌中肽末端改变为,D-Ala-D-,lac,和,D-Ala-D-Ser。,因而降低亲和力。,三、细胞膜通透性的变化,耐四环素菌株产生称为,tet,蛋白质的膜蛋白。有促进四环素主动外排的机制。,tet,蛋白质形成12个贯通膜的通道，在中央有较大亲水性的环状结构。,