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青霉素

[拼音]:qingmeisu

[外文]:penicillin

一种抗革兰氏阳性细菌的β-内酰胺类抗生素,是6-氨基青霉烷酸(简称6APA)的酰化衍生物。由青霉素产生菌培养所得的天然青霉素有多种成分,如青霉素G、青霉素X、青霉素F、青霉素K、青霉素O。深层发酵生产所得的青霉素主要为青霉素G。生产中,发酵时加入 或苯乙酰胺作为前体,便可得到高纯度的青霉素G。如果发酵时,加入苯氧乙酸作为前体,则可得高纯度的口服青霉素V。以6APA和多种化学合成的有机酸为中间体,可以制得许多耐胃酸、抗耐药性和广谱的半合成青霉素。临床已使用的半合成青霉素有苯氧乙基青霉素、甲氧苯霉青素、乙氧萘青霉素、苯唑青霉素、氯苯唑青霉素、氨苄青霉素和羟氨苄青霉素等。

沿革

1928年,英国细菌学家A.弗莱明在实验室发现了青霉素及其抑菌作用,1938~1941年H.W.F.弗洛里和E.B.钱恩经分离制得青霉素,并发现它对许多严重的全身性细菌感染有良好治疗效果,是一个高效低毒抗生素。青霉素的出现,在医学上开创了抗生素药物治疗的历史,对治疗 炎症起到十分重要的作用。青霉素生产初期,在克氏培养瓶中进行表面培养,浓度仅能达到每毫升8~12单位。这样,几百个瓶子生产的量,只够一个病人使用。直到1943年,才试验成功在发酵罐里,采用通气搅拌的深层培养法生产青霉素。

目前,生产青霉素的发酵罐体积已扩大到百吨以上,发酵液浓度已达每毫升 60000单位左右。但随着青霉素的大量使用,细菌对青霉素产生的耐药现象日趋严重,尤其是金黄颜色葡萄球菌耐药菌株的蔓延已成临床上一个严重问题。其次,青霉素还存在抗菌谱不够广,易引起过敏反应等问题,因而其应用受到限制。1959年,美国J.C.希亨和K.R.亨利-朗根从青霉素发酵液中分离出青霉素母核6APA并成功地合成了第一个半合成青霉素──苯氧乙基青霉素。从此开始了对青霉素结构改造的研究,用微生物合成与化学合成相结合的方法,生产很多各具特点的新型半合成青霉素,使青霉素类得到更广泛的应用。

生产方法

天然青霉素与半合成青霉素生产方法完全不同。

天然青霉素

青霉素 G生产可分为菌种发酵和提取精制两个步骤。

(1)菌种发酵:将产黄青霉菌接种到固体培养基上,在25℃下培养 7~10天,即可得青霉菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中,通入无菌空气、搅拌,在27℃下培养24~28h,然后将种子培养液接种到发酵罐(见彩图)已灭菌的含有 前体的培养基中,通入无菌空气,搅拌,在27℃下培养7天。在发酵过程中需补入 前体及适量的培养基。

(2)提取精制:将青霉素发酵液冷却,过滤。滤液在pH2~2.5的条件下,于萃取机内用醋酸丁酯进行多级逆流萃取,得到丁酯萃取液(见彩图),转入pH7.0~7.2的缓冲液中,然后再转入丁酯中,将此丁酯萃取液经活性炭脱色,加入成盐剂,经共沸蒸馏即可得青霉素G钾盐。青霉素G钠盐是将青霉素 G钾盐通过离子交换树脂(钠型)而制得。

半合成青霉素

以6APA为中间体与多种化学合成有机酸进行酰化反应,可制得各种类型的半合成青霉素。

6APA是利用微生物产生的青霉素酰化酶裂解青霉素G或 V而得到。酶反应一般在40~50℃、pH8~10的条件下进行;近年来,酶固相化技术已应用于6APA生产,简化了裂解工艺过程。6APA也可从青霉素 G用化学法来裂解制得,但成本较高。侧链的引入系将相应的有机酸先用氯化剂制成酰氯,然后根据酰氯的稳定性在水或有机溶剂中,以无机或有机碱为缩合剂,与6APA进行酰化反应。缩合反应也可以在裂解液中直接进行而不需分离出6APA。

应用

由于青霉素对溶血性链球菌、肺炎双球菌、葡萄球菌、淋球菌、脑膜炎双球菌、破伤风杆菌和白喉杆菌等均有作用,常用于由上述细菌感染的蜂窝组织炎、肺炎、脑膜炎和脓肿等疾病的治疗。最近,半合成青霉素的品种发展很快,扩大了抗菌谱,对革兰氏阴性杆菌如大肠杆菌、绿脓杆菌等也都有良好的抑制作用。

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