微生物药物学ppt课件:第5章－β－内酰胺类抗生素.ppt
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参见附件(1759KB)。
第五章 ?-内酰胺类抗生素及细菌耐药性
第一节 β-内酰胺类抗生素的基本结构特征
第二节 β-内酰胺类抗生素的作用机制
一、细菌细胞壁结构
* 所有的细菌都具有环绕着细胞膜的细胞壁。
* 细胞壁的主要功能是：保持细胞形态，以及保护细胞免受由于环境渗透压变化造成的细胞溶解。传统地可以把细菌分为革兰阳性菌、革兰阴性菌和耐酸菌三种。
* 在这三种细菌的细胞壁中都具有肽聚糖组分，其由N-乙酰胞壁酸(N-acetylmuramic acid，NAM))和N-葡萄糖胺(N-acetylglucosamine，NAG)构成。NAM 和NAG紧密连接成线状，线与线之间通过连接在NAM 和NAG上的内肽桥的连接成片状，片与片的堆积成为细胞壁的肽聚糖。
革兰阳性菌肽聚糖细胞壁的形成
革兰阴性菌的细胞表面结构
脂多糖的构成
耐酸菌(如铜绿假单胞菌合分支杆菌)的肽聚糖层比较薄，其外膜结构也与革兰阴性菌不同，由被称之为分支酸的蜡脂组成。
这种分支酸与aribanogalactan糖脂可以调节合阻止某些药物或化学物质穿过细胞壁，使细胞具有较高的抗性。
三种不同细菌的细胞壁结构比较
二、β-内酰胺类抗生素的作用机制
第一阶段
从Fleming观察到青霉素抑杀革兰氏阳性细菌要比革兰氏阴性细菌列为有效开始，至1945年观察到青霉素对细菌的形态学的效应为止，人们得出的结论是青霉素必定干扰了细菌细胞的表面结构。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
第二阶段
随着对细菌细胞壁的分离和粘肽组成的认识开始，人们观察到在青霉素的作用下，细菌细胞变成了球形，很类似受溶菌酶作用而产生的原生质体，由此认为青霉素必定影响了细胞壁的合成。
Park及其同事则观察到受抑制的葡萄球菌累积了尿核苷，推测这是由于青霉素阻断了细菌细胞壁合成的某一步。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
第三阶段
开始于1957年，人们阐明了粘肽的结构及其生物合成，并确定青霉素是抑制了粘肽生物合成的最后一步(转肽反应)。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
各种青霉素类、头孢菌素类和非典型的β-内酰胺类抗生素都能抑制粘肽合成的转肽反应而使两条聚糖链不能连接成交链结构。
交链系统酶促反应
β-内酰胺类抗生素的作用机制
转肽反应包括两个步骤：
首先是转肽酶与酰基-D-丙氨酰-D-丙氨酸供体底物形成酰基-D-丙氨酰酶中间体，同时释出1分子D-丙氨酸；
然后这个中间体将酰基D-丙氨酰基因转给一个带有游离氨基酸的受体底物。
青霉素等β-内酰胺类抗生素则以它们的结构与供体底物(D-丙氨酰-D-丙氨酸)结构相似(二者都有高度反应性的-C-N-键)而与转肽酶起作用,从而干扰了正常的转肽反应。
青霉素(A)和D-丙氨酰-D-丙氨酸(B)的立体模式
β-内酰胺类抗生素的作用机制
近年来对细菌细胞膜进行了深入研究，发现细菌的细胞膜上有特殊的蛋白质分子，能与β-内酰胺类抗生素结合，被称之为青霉素结合蛋白(Penicillin Bonding Protein，PBP)，它具有很高的转肽酶和羟肽酶活力，是这类抗生素抑制作用的靶蛋白。
第三节 细菌对β-内酰胺类抗生素
产生耐药性的作用机制
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
1、破坏β-内酰胺类抗生素分子的β-内酰胺酶；
2、抗生素作用靶位PBPs亲和力发生改变；
3、以及药物外排机制。
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
一、PBPs与β-内酰胺酶
* β-内酰胺酶是引起细菌对β-内酰胺类抗生素耐药性的主要原因，有许多结构与功能不同的β-内酰胺酶。已有研究表明有四种结构类别的β-内酰胺酶(A、B、C和D)，其中三种为活性-位点丝氨酸酶(active-site serine enzyme)，另一类(B类)为锌-依赖性酶(受EDTA抑制)。
* 从结构研究可以证明β-内酰胺酶来源于细菌细胞壁合成酶，即所谓的青霉素结合蛋白(penicillin-binding proteins,PBPs)。
一、PBPs与β-内酰胺酶
* 与细菌细胞壁的合成、维持以及肽聚糖结构特征的调节等有关的一组酶通常即被称之为PBPs;
* PBPs确实具有很多功能，它们具有转肽酶(transpeptidase)、转葡基酶(trnsglycosylase)和羧肽酶(carboxypeptidase)活性; ......
第五章 ?-内酰胺类抗生素及细菌耐药性
第一节 β-内酰胺类抗生素的基本结构特征
第二节 β-内酰胺类抗生素的作用机制
一、细菌细胞壁结构
* 所有的细菌都具有环绕着细胞膜的细胞壁。
* 细胞壁的主要功能是：保持细胞形态，以及保护细胞免受由于环境渗透压变化造成的细胞溶解。传统地可以把细菌分为革兰阳性菌、革兰阴性菌和耐酸菌三种。
* 在这三种细菌的细胞壁中都具有肽聚糖组分，其由N-乙酰胞壁酸(N-acetylmuramic acid，NAM))和N-葡萄糖胺(N-acetylglucosamine，NAG)构成。NAM 和NAG紧密连接成线状，线与线之间通过连接在NAM 和NAG上的内肽桥的连接成片状，片与片的堆积成为细胞壁的肽聚糖。
革兰阳性菌肽聚糖细胞壁的形成
革兰阴性菌的细胞表面结构
脂多糖的构成
耐酸菌(如铜绿假单胞菌合分支杆菌)的肽聚糖层比较薄，其外膜结构也与革兰阴性菌不同，由被称之为分支酸的蜡脂组成。
这种分支酸与aribanogalactan糖脂可以调节合阻止某些药物或化学物质穿过细胞壁，使细胞具有较高的抗性。
三种不同细菌的细胞壁结构比较
二、β-内酰胺类抗生素的作用机制
第一阶段
从Fleming观察到青霉素抑杀革兰氏阳性细菌要比革兰氏阴性细菌列为有效开始，至1945年观察到青霉素对细菌的形态学的效应为止，人们得出的结论是青霉素必定干扰了细菌细胞的表面结构。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
第二阶段
随着对细菌细胞壁的分离和粘肽组成的认识开始，人们观察到在青霉素的作用下，细菌细胞变成了球形，很类似受溶菌酶作用而产生的原生质体，由此认为青霉素必定影响了细胞壁的合成。
Park及其同事则观察到受抑制的葡萄球菌累积了尿核苷，推测这是由于青霉素阻断了细菌细胞壁合成的某一步。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
第三阶段
开始于1957年，人们阐明了粘肽的结构及其生物合成，并确定青霉素是抑制了粘肽生物合成的最后一步(转肽反应)。
β-内酰胺类抗生素的作用机制
各种青霉素类、头孢菌素类和非典型的β-内酰胺类抗生素都能抑制粘肽合成的转肽反应而使两条聚糖链不能连接成交链结构。
交链系统酶促反应
β-内酰胺类抗生素的作用机制
转肽反应包括两个步骤：
首先是转肽酶与酰基-D-丙氨酰-D-丙氨酸供体底物形成酰基-D-丙氨酰酶中间体，同时释出1分子D-丙氨酸；
然后这个中间体将酰基D-丙氨酰基因转给一个带有游离氨基酸的受体底物。
青霉素等β-内酰胺类抗生素则以它们的结构与供体底物(D-丙氨酰-D-丙氨酸)结构相似(二者都有高度反应性的-C-N-键)而与转肽酶起作用,从而干扰了正常的转肽反应。
青霉素(A)和D-丙氨酰-D-丙氨酸(B)的立体模式
β-内酰胺类抗生素的作用机制
近年来对细菌细胞膜进行了深入研究，发现细菌的细胞膜上有特殊的蛋白质分子，能与β-内酰胺类抗生素结合，被称之为青霉素结合蛋白(Penicillin Bonding Protein，PBP)，它具有很高的转肽酶和羟肽酶活力，是这类抗生素抑制作用的靶蛋白。
第三节 细菌对β-内酰胺类抗生素
产生耐药性的作用机制
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
1、破坏β-内酰胺类抗生素分子的β-内酰胺酶；
2、抗生素作用靶位PBPs亲和力发生改变；
3、以及药物外排机制。
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制
一、PBPs与β-内酰胺酶
* β-内酰胺酶是引起细菌对β-内酰胺类抗生素耐药性的主要原因，有许多结构与功能不同的β-内酰胺酶。已有研究表明有四种结构类别的β-内酰胺酶(A、B、C和D)，其中三种为活性-位点丝氨酸酶(active-site serine enzyme)，另一类(B类)为锌-依赖性酶(受EDTA抑制)。
* 从结构研究可以证明β-内酰胺酶来源于细菌细胞壁合成酶，即所谓的青霉素结合蛋白(penicillin-binding proteins,PBPs)。
一、PBPs与β-内酰胺酶
* 与细菌细胞壁的合成、维持以及肽聚糖结构特征的调节等有关的一组酶通常即被称之为PBPs;
* PBPs确实具有很多功能，它们具有转肽酶(transpeptidase)、转葡基酶(trnsglycosylase)和羧肽酶(carboxypeptidase)活性; ......
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