抗生素的作用機制第1頁/共70頁2023/4/921928年葡萄球菌青霉菌青霉素第2頁/共70頁學習目標掌握抗生素的抗菌作用機制，病原菌的耐藥機理及如何改變機體對抗生素的耐受性；熟悉抗生素的抗菌譜，致使病原菌產(chǎn)生耐藥性的途徑；了解臨床常見耐藥性病原菌。第3頁/共70頁主要內(nèi)容抗生素的作用機制2細菌耐藥機制

3331定義

重點2023/4/944細菌抗藥性的控制第4頁/共70頁

抗生素（antibiotics）是生物，包括微生物、植物和動物，在其生命活動過程中所產(chǎn)生，并在低濃度下能有選擇性地抑制或殺滅其他微生物或腫瘤細胞的有機物質(zhì)。一、定義

抗生素的生產(chǎn)目前主要用微生物發(fā)酵法進行生物合成法。很少數(shù)抗生素如氯霉素、磷霉素等亦可用化學合成法生產(chǎn)。此外還可將生物合成法制得的抗生素用化學或生化方法進行分子結(jié)構(gòu)改造而制成各種衍生物，稱半合成抗生素，如氨芐青霉素就是半合成青霉素的一種。2023/4/95第5頁/共70頁1、β-內(nèi)酰胺類抗生素(β-lactamsantibiotic)2、氨基糖苷類抗生素（Aminoglycosideantibiotics）3、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素(Macrolideantibiotics)4、四環(huán)類抗生素(tetracyclineantibiotics)5、多肽類抗生素6、多烯類抗生素7、蒽環(huán)類抗生素8、苯羥基胺類抗生素9、環(huán)橋類抗生素10、其他抗生素按照化學結(jié)構(gòu)分類2023/4/96第6頁/共70頁抑制細胞壁的形成，導致細菌細胞破裂死亡;哺乳動物的細胞沒有細胞壁，不受這些藥物的影響;如青霉素類和頭孢菌素類。2023/4/97第7頁/共70頁原核細胞結(jié)構(gòu)真核細胞結(jié)構(gòu)2023/4/98第8頁/共70頁由于不同微生物之間的細胞化學結(jié)構(gòu)和代謝的差異，不同的抗生素的抗菌譜各異。2023/4/99第9頁/共70頁抑制細胞壁的合成影響胞漿膜的通透性抑制DNA合成抑制蛋白質(zhì)合成抑制RNA合成影響葉酸代謝抗生素的作用機制抗生素在分子水平上干擾微生物細胞任一基本代謝的某一種機制第10頁/共70頁細菌細胞壁合成

細胞膜通透性蛋白質(zhì)合成

核酸合成

能量代謝

主要作用于微生物的某一代謝環(huán)節(jié)常用抗生素的作用靶位2023/4/911第11頁/共70頁（一）抑制細胞壁的合成（二）影響細胞膜的功能（三）干擾蛋白質(zhì)的合成（四）抑制核酸的合成（五）干擾細胞的能量代謝和電子傳遞體系

重點為臨床用藥提供科學依據(jù)。闡明抗生素作用機制，設計新的篩選模型，研制新抗生素。二、抗生素的作用機制

2023/4/912第12頁/共70頁13(一)抑制細胞壁的合成細胞壁的功能2.細菌細胞壁的組成3.肽聚糖的合成4.不同抗生素的作用原理《細胞工程》—《微生物學》（溫習）2023/4/9第13頁/共70頁保持細胞形態(tài)，維持細胞質(zhì)高滲透壓；保護細菌（革蘭氏陽性菌的細胞壁能耐受20kg/cm2的壓力）；介導細胞間相互作用（侵入宿主）；防止大分子入侵；協(xié)助細胞運動和分裂；物質(zhì)交換作用。

1.細胞壁的功能細胞壁缺陷，導致細胞不能抵抗低滲環(huán)境。2023/4/914第14頁/共70頁2.細菌細胞壁組成肽聚糖、菌壁酸或菌壁醛酸、脂多糖、脂蛋白、蛋白質(zhì)、多糖等。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸構(gòu)成雙糖單元，以β-1,4糖苷鍵連接成大分子。2023/4/915第15頁/共70頁

合成過程：依發(fā)生部位分成三個階段：細胞質(zhì)階段：合成派克（Park）核苷酸細胞膜階段：合成肽聚糖單體細胞膜外階段：交聯(lián)作用形成肽聚糖結(jié)構(gòu)3.肽聚糖的合成2023/4/916第16頁/共70頁2023/4/917第一階段：合成派克核苷酸第17頁/共70頁類脂載體：細菌萜醇Park核苷酸摻入細胞膜接上N-乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽“橋”肽聚糖單體第二階段：肽聚糖單體的合成2023/4/918第18頁/共70頁第三階段：交聯(lián)作用2023/4/919第19頁/共70頁2023/4/920第20頁/共70頁4.抑制細菌細胞壁肽聚糖合成的抗生素環(huán)絲氨酸—抑制UDP-NAM五肽的合成2023/4/921第21頁/共70頁萬古霉素、桿菌肽2023/4/922—通過與末端為D-Ala-D-Ala的多肽形成化學復合物，阻斷二糖五肽與胞壁受體結(jié)合。D-Ala-D-Ala萬古霉素第22頁/共70頁?-內(nèi)酰胺類抗生素—阻止肽聚糖鏈的交叉連接，細胞不能形成堅韌的細胞壁，在不利的滲透壓環(huán)境中極易破裂而死亡。2023/4/923第23頁/共70頁青霉素β-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)與D-丙氨酸末端結(jié)構(gòu)相似，從而能占據(jù)D-丙氨酸的位置與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，并將酶滅活，肽鏈之間無法彼此連接，抑制了細胞壁的合成。2023/4/924第24頁/共70頁（一）抑制細菌細胞壁的合成（二）影響細胞膜的功能（三）干擾蛋白質(zhì)合成（四）抑制核酸的合成（五）干擾細胞的能量代謝和電子傳遞體系

重點2023/4/925抗生素的作用機制

第25頁/共70頁26(二)影響細胞膜的功能細胞膜2.細胞膜的功能3.不同抗生素的作用原理《細胞工程》（溫習）2023/4/9第26頁/共70頁1.細胞膜由類脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的半透膜，不單是細胞的物理屏障，也是在細胞生命活動中有復雜功能的重要結(jié)構(gòu)。2023/4/927第27頁/共70頁2.細胞膜功能選擇性地控制細胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運送；是維持細胞內(nèi)正常滲透壓的屏障；膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代謝的酶系，是細胞的產(chǎn)能場所；鞭毛著生點和提供其運動所需的能量等。細胞膜通透性增加，營養(yǎng)成份外泄，細胞功能受損。2023/4/928第28頁/共70頁3.不同抗生素的作用原理

（1）多粘菌素－屬多肽類抗生素

分子內(nèi)含有堿性親水基團與親脂性脂肪酸鏈膜細胞蛋白質(zhì)或磷脂形成復合物插入細胞膜的脂肪鏈中細胞膜通透性增加，胞內(nèi)成份外泄，細菌死亡2023/4/929注：革蘭氏陰性菌細胞壁和細胞膜中脂質(zhì)含量多，故多粘菌素類抗生素對革蘭氏陰性菌作用強。第29頁/共70頁(2)兩性霉素B抗真菌藥物，用于深部真菌感染。新型隱球菌、白色念珠菌和酵母菌敏感。和真菌細胞膜上麥角固醇結(jié)合改變膜的通透性，胞內(nèi)成份外泄，抑制真菌的生長。細菌細胞膜不含固醇，故無作用。2023/4/930第30頁/共70頁（一）抑制細菌細胞壁的合成（二）影響細胞膜的功能（三）干擾蛋白質(zhì)的合成（四）抑制核酸的合成（五）干擾細胞的能量代謝和電子傳遞體系

重點2023/4/931抗生素的作用機制

第31頁/共70頁1.細菌蛋白質(zhì)的合成通過核糖體及某些細胞質(zhì)蛋白的催化達到。核糖體的功能：將載有遺傳信息的mRNA翻譯成蛋白質(zhì)。核糖體70S由50S：5S、23S、30S

＋30S：16SrRNA、20S哺乳動物核糖體80S：60S＋40S此類藥物具有高度的選擇性2023/4/932第32頁/共70頁2.代表藥物

（1）四環(huán)類抗生素與核糖核蛋白體30S亞基的16SrRNA形成可逆復合物。阻斷蛋白質(zhì)合成的肽鏈的延長。2023/4/933第33頁/共70頁四環(huán)類抗生素吸收后廣泛分布于各組織中，并能沉積于骨及牙組織內(nèi)。2023/4/934第34頁/共70頁（2）大環(huán)內(nèi)酯類抗生素

與核糖核蛋白體的50S亞單位相結(jié)合，抑制肽?；D(zhuǎn)移酶，影響核糖核蛋白體的移位過程，妨礙肽鏈增長，抑制細菌蛋白質(zhì)的合成，系抑菌劑。抗菌譜和青霉素相似，對青霉素產(chǎn)生耐藥性的菌株，對本品敏感。2023/4/935第35頁/共70頁（一）抑制細菌細胞壁的合成（二）影響細胞膜的功能（三）干擾蛋白質(zhì)合成（四）抑制核酸的合成（五）干擾細胞的能量代謝和電子傳遞體系

重點2023/4/936抗生素的作用機制

第36頁/共70頁Reversetranscription阻礙核酸的合成，主要通過抑制DNA或RNA的合成，抑制微生物的生長?？鼓[瘤抗生素的作用大多抑制DNA、RNA合成。第37頁/共70頁

(1)博萊霉素抑制DNA連接酶和

DNA聚合酶，干擾

DNA復制。既能在單鏈又能在雙鏈DNA上產(chǎn)生多個斷點，并釋放出單個核苷酸。

2023/4/938代表藥物第38頁/共70頁

(2)利福霉素直接作用于RNA聚合酶，特異性抑制RNA合成的起始步驟，對DNA聚合酶無影響。2023/4/939(3)阿霉素可抑制RNA和DNA的合成，對RNA的抑制作用最強，抗瘤譜較廣。其生物學效應復雜多樣，可致DNA斷裂、抑制

DNA復制、染色體交換率增高、染色體畸變等。第39頁/共70頁（一）抑制細菌細胞壁的合成（二）影響細胞膜的功能（三）干擾蛋白質(zhì)合成（四）抑制核酸的合成（五）干擾細胞的能量代謝和電子傳遞體系

重點2023/4/940抗生素的作用機制

第40頁/共70頁電子傳遞鏈的抑制劑NADHFMNCoQFe-SCytc1O2Cyt

bCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸復合物II復合物IV復合物I復合物III魚藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO抗霉素A的抑制部位NADFPQbcaa3NADFPQbcaa3呼吸鏈的比擬圖解2023/4/941第41頁/共70頁這類抗生素大多毒性較強，限制了臨床上的廣泛使用。2023/4/942抗霉素A抑制細胞色素b和細胞色素c1間的電子傳遞。阻抑電子傳遞體系放出的自由能形成的高能中間體向ATP生成的過程。抗霉素主要用于農(nóng)藥,不能人用。第42頁/共70頁1-抑制細胞壁合成：環(huán)絲氨酸、萬古霉素、桿菌肽、青霉素類、頭孢菌素類；2-DNA促旋酶抑制劑：喹諾酮類；3-RNA聚合酶抑制劑：利福平；4-50S蛋白質(zhì)合成抑制劑：大環(huán)內(nèi)酯類、氯霉素、林可霉素類；5-30S蛋白質(zhì)合成抑制劑：四環(huán)類、氨基糖苷類；6-tRNA合成抑制劑：Mupirocin；7-氯霉素酰基轉(zhuǎn)移酶；8-抑制細胞膜合成：多粘菌素類；9-細胞周質(zhì)空間：β-內(nèi)酰胺酶、氨基糖苷類鈍化酶；10-抑制葉酸代謝：磺胺類。THFA：四氫葉酸；DHFA：二氫葉酸；PABA：對氨基苯甲酸2023/4/943抗生素的作用機制第43頁/共70頁三、細菌耐藥機制

2023/4/944數(shù)據(jù)表明：上世紀五六十年代青霉素一次劑量是2萬～4萬單位，現(xiàn)在需用幾十萬、幾百萬單位。葡萄球菌、腸道革蘭氏陽性桿菌、結(jié)核桿菌、痢疾桿菌之所以長久地肆虐人類，就是耐藥性不斷增強的結(jié)果。動物使用抗生素，通過食物鏈進入人體?？股夭缓侠硎褂眉毦退幮缘?4頁/共70頁

又稱為抗藥性，指微生物或腫瘤細胞與藥物多次接觸后，對藥物的敏感性下降甚至消失，致使藥物對耐藥菌的療效降低或無效，是微生物對藥物所具有的相對抗性。2023/4/945耐藥性第45頁/共70頁細菌耐藥性固有耐藥性（intrinscresistance)：

由細菌的基因所決定，亦稱天然耐藥性。腸道陰性桿菌對青霉素、銅綠假單胞桿菌對氨芐西林以及鏈球菌屬對慶大霉素均屬天然耐藥。獲得耐藥性（aquiredresistance)：

指細菌在接觸抗生素后，通過某種機制，產(chǎn)生不被藥物殺滅的抵抗力。獲得耐藥性大多由質(zhì)粒介導，但也可由染色體介導。獲得耐藥性隨著許多新抗生素的不斷開發(fā)和應用變得愈來愈復雜。這種耐藥菌的傳代、擴散以及不斷變異形成高度和多重耐藥。2023/4/946第46頁/共70頁細菌耐藥機制（一）產(chǎn)生抗菌藥物滅活酶或鈍化酶（二）抗菌藥物作用靶位改變（三）細菌細胞膜通透性改變，抗菌藥物不易進入（四）細菌將抗菌藥物泵出細菌細胞外（五）其他機制2023/4/947第47頁/共70頁水解酶如β-內(nèi)酰胺酶可水解β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物活性分子從而使細菌具有耐藥性;鈍化酶又稱合成酶可催化某些基團結(jié)合到抗生素的OH基或NH2基上，使其不易與細菌體內(nèi)的核蛋白體結(jié)合，從而引起耐藥性。細菌通過產(chǎn)生滅活酶來破壞進入胞內(nèi)的各種抗菌藥物，是大多數(shù)耐藥菌所具有的耐藥機制。2023/4/948第48頁/共70頁1、β-內(nèi)酰胺酶能夠破壞具有β-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)抗生素的滅活酶。β-內(nèi)酰胺酶可水解β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物活性分子從而使細菌具有耐藥性。具有不同特性的β-內(nèi)酰胺酶細菌對不同結(jié)構(gòu)的β-內(nèi)酰胺抗生素的耐受性不同。在所研究的革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性細菌、分枝桿菌中都發(fā)現(xiàn)有不同特性的β-內(nèi)酰胺酶。2023/4/949第49頁/共70頁2、氨基糖苷類抗生素鈍化酶作用機制是對這些抗菌藥物分子中某些保持抗菌活性所必須的基因進行修飾，使其與作用靶位核糖體的親和力大為降低。包括氨基糖苷酰基轉(zhuǎn)移酶、氨基糖苷腺苷轉(zhuǎn)移酶或氨基糖苷核苷轉(zhuǎn)移酶和氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶等。2023/4/950第50頁/共70頁3、MLS類抗生素鈍化酶

MLS類抗生素即為大環(huán)內(nèi)酯類-林可霉素-鏈陽性菌素類抗生素，這類抗生素盡管在化學結(jié)構(gòu)上的差異很大，但其對細菌的作用機制基本相同。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多作用于MLS類抗生素活性分子的鈍化酶。在乳酸桿菌中發(fā)現(xiàn)有大環(huán)內(nèi)酯類抗生素鈍化酶存在，但其作用機制和相應的基因結(jié)構(gòu)等還了解得不多。2023/4/951第51頁/共70頁細菌耐藥機制2023/4/952（一）產(chǎn)生抗菌藥物滅活酶或鈍化酶（二）抗菌藥物作用靶位改變（三）細菌細胞膜通透性改變，抗菌藥物不易進入（四）細菌將抗菌藥物泵出細菌細胞外（五）其他機制第52頁/共70頁1、靶酶(靶蛋白)被修飾或改變細菌獲得了一種能夠編碼產(chǎn)生新的抗菌藥物作用的靶酶基因，這種具有新特性的靶酶與抗生素的親和力往往比正常靶酶要低得多。如β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥的細菌除了由于產(chǎn)生大量的β-內(nèi)酰胺酶使進入胞內(nèi)的抗生素被破壞所致外，還可由于青霉素結(jié)合蛋白發(fā)生了改變使其與這類抗生素的親和力降低，或者出現(xiàn)了新的青霉素結(jié)合蛋白所致。2023/4/953第53頁/共70頁2、靶核糖體被修飾或改變細菌通過改變或修飾藥物作用的靶核糖體，使其某些堿基發(fā)生突變或是使與核糖體結(jié)合的核蛋白的某些氨基酸發(fā)生突變，導致藥物無法與其結(jié)合而發(fā)揮抑制細菌蛋白合成的作用從而產(chǎn)生耐藥性。鏈霉素作用于核糖體30S亞基，導致基因密碼的錯讀，引起mRNA翻譯起始的抑制和異常校讀。2023/4/954第54頁/共70頁細菌耐藥機制2023/4/955（一）產(chǎn)生抗菌藥物滅活酶或鈍化酶（二）抗菌藥物作用靶位改變（三）細菌細胞膜通透性改變，抗菌藥物不易進入（四）細菌將抗菌藥物泵出細菌細胞外（五）其他機制第55頁/共70頁1、細菌外膜滲透性降低外膜的對抗菌藥物原來敏感的細菌可以通過降低外膜的滲透性而發(fā)展成為耐藥性。如原來允許某種抗菌藥物通過的孔蛋白通道由于細菌發(fā)生突變而使該孔蛋白通道關閉或消失，抗菌藥物無法進入細菌胞膜內(nèi)發(fā)揮作用從而產(chǎn)生很高的耐藥性。綠膿桿菌對β-內(nèi)酰胺類耐藥，細菌外膜限制抗生素分子滲入膜內(nèi)。2023/4/956第56頁/共70頁2、細菌菌膜形成的耐藥性機制抗菌藥物不能透過整個菌膜，因而難以對包裹在菌膜深處的細菌發(fā)揮作用;菌膜對抗菌藥物敏感性降低，其原因在于細菌形成菌膜后處于營養(yǎng)限制狀態(tài)，其代謝能力極低，而抗菌藥物往往對處于代謝旺盛期的細菌是敏感的;推測在菌膜內(nèi)的細菌具有一種獨特的生物學特性，從而能夠抵御抗菌藥物的作用。2023/4/957第57頁/共70頁細菌耐藥機制2023/4/958（一）產(chǎn)生抗菌藥物滅活酶或鈍化酶（二）抗菌藥物作用靶位改變（三）細菌細胞膜通透性改變，抗菌藥物不易進入（四）細菌將抗菌藥物泵出細菌細胞外（五）其他機制第58頁/共70頁細菌主動藥物轉(zhuǎn)運系統(tǒng)：第一類為主要易化家族，與哺乳動物的葡萄糖易化轉(zhuǎn)運器具有同源性;第二類為耐藥小節(jié)分裂家族，它也包括轉(zhuǎn)運鈣離子、鎳離子的轉(zhuǎn)運器;第三類為鏈霉素耐藥或葡萄球菌多重耐藥家族，由比較小的含有四個跨膜螺旋的轉(zhuǎn)運器組成;第四類為ATP組合盒（ATP-bindingcassette(ABC)轉(zhuǎn)運器，包括兩個跨膜區(qū)和兩個ATP結(jié)合亞單位。細菌通過外泵系統(tǒng)的作用將已經(jīng)進入胞內(nèi)的藥物泵至胞外從而產(chǎn)生耐藥性。

2023/4/959第59頁/共70頁革蘭氏陰性菌對喹諾酮類抗菌藥物產(chǎn)生耐藥性的外排機制示意圖

如圖所示的外排轉(zhuǎn)運器通常為MF和RND家族。這一轉(zhuǎn)運器與輔助蛋白如EmrA、AcrA、EnvC、和MexA等連接，而這種輔助蛋白又與外膜的通道蛋白相連接。在銅綠假單胞菌MexAB系統(tǒng)中的通道蛋