1、1,抗生素如何影响微生物细胞的代谢,(1) 进入细胞并到达作用位点；(2) 物理性地结合于细胞结构(靶分子)，该细胞结构参与对保持细胞生长或内环境稳定必不可少的某一过程； (3) 抗生素抑制酶的活性或细胞结构功能。,抑制细胞壁的合成,影响胞浆膜的通透性,抑制DNA合成,抑制蛋白质合成,抑制RNA合成,影响叶酸代谢,抗生素的作用机制,抗生素在分子水平上干扰微生物细胞任一基本代谢的某一种机制,3,根据抗生素干扰代谢过程的不同，抗生素通常分为五大类,(1)细胞壁合成抑制物；(2)遗传物质的复制或转录抑制物； (3)蛋白质合成抑制物；(4)细胞膜功能抑制物；(5)能量代谢系统抑制物或抗代谢物。,4,第
2、一节 细胞壁合成抑制物,细胞壁的功能和化学结构细胞壁合成不同抗生素的作用原理,5,细胞壁的功能：保持细胞形态，维持细细胞质高渗透压。细菌细胞壁组成：肽聚糖，菌壁酸或菌壁醛酸，脂多糖，脂蛋白，蛋白质，多糖等。肽聚糖是由双糖单位，四肽尾还有肽桥聚合而成得多层网状大分子结构，是构成细胞壁的骨架。（一）化学结构：1、N-乙酰葡萄糖胺通过-1,4糖苷键与 N-乙酰胞壁酸连接；2、N-乙酰胞壁酸连接四肽尾；3、四肽尾将单体连接为复合体。,一、细胞壁的功能和化学结构,6,肽聚糖的结构,N-乙酰葡萄糖胺(G),N-乙酰胞壁酸(M),7,（二）生物合成1、肽多糖前体基本单元UDP-胞壁酰五肽的合成，在细胞质中进
3、行；2、十一聚异戊二烯磷酸替换UDP，形成N-乙酰氨基葡萄糖-N-乙酰胞壁酸-五肽单体，在细胞膜中进行；3、肽聚糖链的组装及三维结构的构建，在细胞膜外进行。,8,UDP胞壁酰五肽形成示意图,磷酸烯醇式丙酸酮,UDP-N-乙酰葡萄糖胺,UDP-N-乙酰胞壁酸,胞壁酰三肽,UDP胞壁酰五肽,胞浆,9,大肠杆菌肽聚糖的结构,10,（三）抑制肽聚糖生物合成的抗生素1、作用于肽聚糖合成的第一阶段：磷霉素，环线酸氨等；2、作用于肽聚糖合成的第二阶段；万古霉素，瑞斯妥菌素，杆菌肽等；3、作用于肽聚糖合成的第三阶段：青霉素，头胞菌素类等。,11,丙酮酰转移酶,磷霉素,环丝氨酸,丙氨酸消旋酶,D丙氨烯D丙氨酸二
4、肽合成酶,UDP胞壁酰五肽形成示意图,12,青霉素和DAlaDAla二肽的结构构象,青霉素,青霉素结合蛋白（PBPs，转肽酶）,胞壁酸,-内酰胺类作用机制,14,作用机制（一）,15,第二节 核酸复制与转录抑制物,DNA合成DNA复制RNA转录,DNA复制,16,前导链,滞后链,DNA在复制时，其双链首先解开，形成复制叉，而复制叉的形成则是由多种蛋白质及酶参与的较复杂的复制过程。 前导链与后随链的差别在于前者从复制起始点开始按53持续的合成下去，不形成冈崎片段，后者则随着复制叉的出现，不断合成长约23kb的冈崎片段。,单链DNA结合蛋白,DNA解旋酶,大肠杆菌中的Dna蛋白,17,18,复制和
5、转录抑制物,复制和转录抑制物分为两类：前体类似物，抑制前体物的合成；DNA模板功能抑制物和酶(促旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶)抑制物，抑制核酸聚合。,19,核酸合成抑制物的作用机制,DNA聚合酶,RNA聚合酶,解旋酶,20,丝裂霉素,丝裂霉素为细胞毒药物，在DNA的两条链之间形成共价键，使双链不能分开。这种作用效应是不可逆的，具杀菌作用。但是由于缺乏选择性，其毒性很大，不能用作抗微生物剂，但作为抗肿瘤剂。,21,博来霉素,博来霉素是DNA损伤剂，既能在单链又能在双链DNA上产生多个断点，并释放出单个核苷酸。这类抗生素仅用于某些种类的肿瘤。,22,利福霉素,利福霉素与RNA聚合酶亚基形成实际
6、上不可逆的复合物。利福霉素是唯一的商业上上投入生产的安莎霉素，特别是利福平，在临床上广泛用作抗结核和抗葡萄球菌剂。,23,作用机制（二）,24,第三节 蛋白质合成抑制物,通过蛋白质合成过程，遗传信息被转译出来。蛋白质合成，就是根据mRNA上的核苷酸三联体顺序决定的序列，将不同的氨基酸聚合。这些核苷酸顺序，同样是由特异DNA区段上的脱氧核苷酸顺序决定的。,25,（一）蛋白质的生物合成：原核生物： 核糖核蛋白体 50s+30s70s；50s由（23sRNA+5sRNA+34种蛋白质）组成；30s由（16sRNA+10种以上蛋白质）组成。真核生物： 核糖核蛋白体 60s+40s80s；起始密码AUG
7、，GUG。,26,一、蛋白质合成的几个阶段,蛋白质合成分为两个主要过程：氨基酸激活和鉴别；核糖体循环。,27,1氨基酸的激活与鉴别,每一种氨基酸在特异的氨酰tRNA合成酶催化下，其羧基与特异tRNA末端核苷酸的羟基形成酯键。氨基酸被激活和连接在合适的tRNA上被鉴别，这个过程称为tRNA“加载”。携带有氨基酸的tRNA分子称为氨酰tRNA。在细菌中，甲硫氨酰tRNAmet的氨基酸的氨基被甲酰化，并作为聚合过程的起始物(tRNA起始物)。,28,2原核细胞中的核糖体循环,1）起始阶段2）延伸阶段 3）终止阶段,29,1）起始阶段,mRNA上SD序列结合在核糖体30S亚基上的16S rRNA上，然
8、后与tRNA起始物结合，tRNA定位在起始密码子AUG上，形成一个三元复合物。三种蛋白质，起始因子IF1、IF2、IF3，参与并保证三元复合物正确无误地形成。50S亚基结合到三元复合物，就形成了包含有一个完整核糖体的复合物。tRNA起始物和相应的三联体定位在核糖体的被称为P的位点(新生肽链位点)。,30,31,2）延伸阶段,在核糖体被称为A的位点，即氨酰tRNA位点，在延伸因子EF-Tu和EF-Ts的作用下，新的氨酰tRNA定位在邻近起始三联体的三联体上。50S核糖体亚基上的具有酶活性的组份，肽酰转移酶，催化甲酰甲硫氨酸(或后继的肽酰链)转移至占据位点的氨酰tRNA上的氨基，形成一个二肽酰tR
9、NA。在另外一个蛋白质因子，EF-G作用下，核糖体沿mRNA转位一个密码(三个碱基)距离，结果二肽酰tRNA从A位点移依至P位点，空载的tRNA便被释放出来。这过程循环重复，通过每次在多肽链的末端羧基上增加一个氨基酸残基，多肽链逐渐延伸。,32,33,3）终止阶段,肽链延伸一直进行，当核糖体在mRNA上到达一个特异三联体(UAA、UAG或UGA)，即终止信号时，延伸阶段就结束。此时肽酰tRNA、核糖体和mRNA的三元复合物解离。其组成成分可以重新组装，并开始新链的合成。终止过程由特异蛋白质即终止因子RF1、RF2、和RF3促成。,34,35,二、蛋白质合成抑制物范例,根据抗生素作用的位点，可以
10、将它们分为三种：1. 氨酰tRNA形成抑制物2. 核糖体功能抑制物3. 核糖体外的因子抑制物,36,木比洛菌素,木比洛菌素竞争性抑制异亮氨酰tRNA合成酶。作用于G细菌，抑菌作用。由于木比洛菌素的亲脂性，妨碍了它透过外膜孔，所以对G细菌缺乏有效性。木比洛菌素的作用具有选择性及无毒性，但是体内给药时，很快被代谢为无活性的形式，所以只能局部给药。,37,链霉素,链霉素是杀菌抗生素，能不可逆地与核糖体30S亚基上的一个位点结合，导致A位点的破坏，阻止了氨酰tRNA正确定位，尤其是妨碍了甲硫氨酰tRNAmet的结合，从而阻止了转录的起始。,38,庆大霉素,庆大霉素属于氨基糖苷类抗生素。这类抗生素有妥布
11、霉素、卡那霉素、阿米卡星、西索米星等。这些抗生素是杀菌作用，很可能是因为它们对靶子的亲和力极高。它们对30S亚基显了最高的亲和力，但作用位点并不同于链霉素，它们主要抑制转位。,39,链霉素和庆大霉素作用示意图,A的位点,P的位点,核糖体沿mRNA转位一个密码距离,P的位点,庆大霉素,抑制转位,链霉素,40,四环素类,四环素和16SrRNA上靠近与氨酰tRNA连接的区域形成可逆复合物。,41,红霉素,红霉素属于大环内酯类抗生素。红霉素与50S亚基结合，选择性地抑制原核细胞蛋白质合成。红霉素与23SrRNA的特异区域直接结合，所导致的结构破坏效应，似乎使肽酰tRNA从核糖体上较早地解离。,42,氯
12、霉素作用示意图,A的位点,P的位点,肽酰转移酶,P的位点,氯霉素,50S亚基,作用于50S亚基，抑制肽酰转移反应。,43,作用机制（三）,44,第四节 细胞膜功能抑制物,原核细胞及真核细胞都有一层细胞膜包裹着，它控制着细胞内外物质的双向流动，起到屏障作用，并具有识别和传递信息的功能。,45,细胞膜结构示意图,46,不同种属细胞膜的差异,不同种类生物体，细胞膜在化学上和结构上都有相当的相似性。细菌细胞膜中不含有固醇。真菌的细胞膜主要含有麦角固醇。哺乳动物的细胞膜上主要含有胆固醇。这些抗生素的选择性一般较差，对细菌及真核细胞都有作用。因为不同种类生物体，细胞膜在化学上和结构上都有相当的相似性。由于
13、这类抗生素缺乏专一性，通常毒性特别大，不能体内给药，只能限制在局部用药。,47,影响细胞膜功能的抑制物,破坏膜结构的物质 破坏细胞膜超分子结构，因而造成细胞内成分流失的化合物。离子载体 作为特异离子运载体(称为离子通道)，使某些离子产生不正常的积累或排出的化合物。,48,多粘菌素,多粘菌素（polymyxin）是发现于多粘杆菌（Bacillus polymyxa）培养液中的抗菌性多肽，有A、B、C、D、E等五种。该家族抗生素的亲水基团与磷脂上的磷酸基形成复合物，而亲脂链可以插入脂肪链之间，因而解聚细胞膜结构。抗菌谱相互类似而范围宽广，特别对革兰氏阴性细菌作用颇强，毒性较弱；很可能因为它们对外膜
14、的亲相力高于细胞质膜。口服时不能吸收，,49,多烯类抗生素,这类物质的结构特点是一条亲脂链通过内酯键闭合成环。链上有一个亲脂区域和一个亲水区域。,亲脂区域对膜上的固醇有极高的亲和力，与组成真菌细胞膜的麦角固醇结合，破坏膜的功能。多烯类抗生素对麦角固醇(真菌细胞膜上的固醇)的亲和力比胆固醇(动物细胞膜上的固醇) 高，因而作为抗真菌剂。,50,离子载体,这类抗生素作为离子载体，与阳离子形成脂溶性复合物，或者形成亲脂性细胞膜的孔，使得阳离子能通过细胞膜。后果是：细胞内积累阳离子；阳离子不正常流失；环境中的阳离子被螯合，使得细胞无法利用它们。,51,作用机制（四）,第五节 能量代谢系统抑制物,1、呼吸
15、链电子传递抑制剂，抗霉素A ； 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。 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)。,
