β内酰胺类抗生素及细菌耐药性.ppt

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1、 -内酰胺类抗生素及细菌耐药性内酰胺类抗生素及细菌耐药性第一节第一节 -内酰胺类抗生素的基本结构内酰胺类抗生素的基本结构特征特征NSOCH3CH3COOHNHCRONOOCOOHCHCH2OHNSOCOOHSCH2RH3COHNOCOOHSRH3COHNSORCOOHHNCROXNOORCOOHHNCROXNORCOOHHNCRONOSO3HHNCROX第二节第二节 -内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制 一、细菌细胞壁结构一、细菌细胞壁结构n所有的细菌都具有环绕着细胞膜的细胞壁。所有的细菌都具有环绕着细胞膜的细胞壁。n细胞壁的主要功能是：保持细胞形态，以及保护细胞壁的主要功能是：

2、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。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。和耐酸菌三种。n在这三种细菌的细胞壁中都具有肽聚糖组分，其在这三种细菌的细胞壁中都具有肽聚糖组分，其由由N-N-乙酰胞壁酸（乙酰胞壁酸（N-N-acetylmuramicacetylmuramic acid acid，NAMNAM）和）和N-N-葡萄糖胺（葡萄糖胺（N-N-acetylglucosamineacetylglucosamine，NAGNAG）构成。）构成。NAM NAM 和和NA

3、GNAG紧密连接成线状，线与线紧密连接成线状，线与线之间通过连接在之间通过连接在NAM NAM 和和NAGNAG上的内肽桥的连接成片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。状，片与片的堆积成为细胞壁的肽聚糖。肽聚糖片的形成肽聚糖片的形成革兰阳性菌肽聚糖细胞壁的形成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革兰阴性菌的细胞表面结构 脂多糖的构成脂多糖的构成 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。结构也与革兰阴性菌不同，由被称之为分支酸的蜡脂

4、组成。这种分支酸与这种分支酸与aribanogalactanaribanogalactan糖脂可以调节合阻止某些药物或化学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。物质穿过细胞壁，使细胞具有较高的抗性。耐耐酸酸菌菌的的表表面面结结构构三种不同细菌的细胞壁结构比较三种不同细菌的细胞壁结构比较 二、二、-内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制 第一阶段第一阶段 从从FlemingFleming观察到青霉素抑杀革兰氏阳性细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，至菌要比革兰氏阴性细菌列为有效开始，至19451945年观察到青霉素对细菌的形态

5、学的效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应为止，人们得出的结论是青霉素必定干干扰了细菌细胞的表面结构。扰了细菌细胞的表面结构。-内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制第二阶段第二阶段 随着对细菌细胞壁的分离和粘肽组成的认识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生的原生质体，由此认为青霉素必定影响了影响了细胞壁的合成。细胞壁的合成。ParkPark及其同事则观察到受抑制的葡

6、萄球菌累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积了尿核苷，推测这是由于青霉素阻断了细阻断了细菌细胞壁合成的某一步菌细胞壁合成的某一步。-内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制第三阶段第三阶段 开始于开始于19571957年，人们阐明了粘肽的结年，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粘肽生物合成的最后一步(转肽反应转肽反应)。-内酰胺类抗生素的作用机制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各种青霉素类、头孢菌素类和非典型的-内酰胺类抗生素都能抑制粘肽合成的转肽内酰

7、胺类抗生素都能抑制粘肽合成的转肽反应而反应而使两条聚糖链不能连接成交链结构使两条聚糖链不能连接成交链结构。交链系统酶促反应交链系统酶促反应 AlaDAlaDRRRDDAADAlaCONHRR-NH2H2OH2ORDAla+R-NH2DD-DD-羧肽酶羧肽酶DD-转肽酶转肽酶内肽酶内肽酶-内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制 转肽反应包括两个步骤：转肽反应包括两个步骤：首先首先是转肽酶与酰基是转肽酶与酰基-D-D-丙氨酰丙氨酰-D-D-丙氨酸丙氨酸供体底物形成酰基供体底物形成酰基-D-D-丙氨酰酶中间体，同时释丙氨酰酶中间体，同时释出出1 1分子分子D-D-丙氨酸；丙氨酸；然后然后这

8、个中间体将酰基这个中间体将酰基D-D-丙氨酰基因转给丙氨酰基因转给一个带有游离氨基酸的受体底物。一个带有游离氨基酸的受体底物。青霉素等青霉素等-内酰胺类抗生素则以它们的内酰胺类抗生素则以它们的结构与供体底物结构与供体底物(D-(D-丙氨酰丙氨酰-D-D-丙氨酸丙氨酸)结构相似结构相似(二者都有高度反应性的二者都有高度反应性的-C-N-C-N-键键)而与转肽酶起而与转肽酶起作用作用,从而干扰了正常的转肽反应。从而干扰了正常的转肽反应。青霉素青霉素(A)(A)和和D-D-丙氨酰丙氨酰-D-D-丙氨酸丙氨酸(B)(B)的立体模式的立体模式 NOHRCNHNSCH3H3CCOOOH3CNHRCNHCH

9、3OHCOOHOAB-内酰胺类抗生素的作用机制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，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，发现细菌的细胞膜上有特殊的蛋白质分子，能与能与-内酰胺类抗生素结合，内酰胺类抗生素结合，被称之为青被称之为青霉素结合蛋白霉素结合蛋白(Penicillin Bonding(Penicillin Bonding ProteinProtein，PBP)PBP)，它具有很高的转肽酶和羟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肽酶活力，是这类抗生素抑制作用的靶蛋白白。第三节第三节 细菌对细菌对-内酰胺类抗生素

10、内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制产生耐药性的作用机制细菌对细菌对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制 1 1、破坏、破坏-内酰胺类抗生素分子的内酰胺类抗生素分子的-内酰胺内酰胺酶；酶；2 2、抗生素作用靶位、抗生素作用靶位PBPsPBPs亲和力发生改变；亲和力发生改变；3 3、以及药物外排机制。、以及药物外排机制。细菌对细菌对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制一、一、PBPsPBPs与与-内酰胺酶内酰胺酶n-内酰胺酶是引起细菌对内酰胺酶是引起细菌对-内酰胺类抗生素耐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药性

11、的主要原因，有许多结构与功能不同的-内内酰胺酶。已有研究表明有四种结构类别的酰胺酶。已有研究表明有四种结构类别的-内酰内酰胺酶（胺酶（A A、B B、C C和和D D），其中三种为活性），其中三种为活性-位点丝氨位点丝氨酸酶（酸酶（active-site serine enzymeactive-site serine enzyme），另一类），另一类（B B类）为锌类）为锌-依赖性酶（受依赖性酶（受EDTAEDTA抑制）。抑制）。n从结构研究可以证明从结构研究可以证明-内酰胺酶来源于细菌细胞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壁合成酶，即所谓的青霉素结合蛋白(penicill

12、in-binding(penicillin-binding proteins,PBPsproteins,PBPs)。一、一、PBPsPBPs与与-内酰胺酶内酰胺酶n与细菌细胞壁的合成、维持以及肽聚糖结构特征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的调节等有关的一组酶通常即被称之为PBPsPBPs;nPBPsPBPs确实具有很多功能，它们具有转肽酶确实具有很多功能，它们具有转肽酶(transpeptidasetranspeptidase)、转葡基酶、转葡基酶(trnsglycosylasetrnsglycosylase)和羧肽酶和羧肽酶(carboxypept

13、idasecarboxypeptidase)活性活性;nPBPsPBPs大多定位在细菌的内膜，在细胞周质中可以大多定位在细菌的内膜，在细胞周质中可以发挥它们的活性。发挥它们的活性。二、由二、由PBPsPBPs-介导的细菌介导的细菌对对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制n青霉素作为转肽反应中的底物结构类似物青霉素作为转肽反应中的底物结构类似物与转肽酶形成一种不可逆的青霉素与转肽酶形成一种不可逆的青霉素-酶复合酶复合物。由于转肽酶的测定非常困难，因此通物。由于转肽酶的测定非常困难，因此通常用青霉素结合蛋白（常用青霉素结合蛋白（PBPsPBPs）来表征）来表征;n

14、细菌在不同细胞周期合成肽聚糖的过程中，细菌在不同细胞周期合成肽聚糖的过程中，有多种不同功能的转肽酶有多种不同功能的转肽酶-PBPsPBPs。二、由二、由PBPsPBPs-介导的细菌介导的细菌对对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制n由由PBPsPBPs-介导的介导的-内酰胺类抗菌药物的耐药性是内酰胺类抗菌药物的耐药性是由多种因素决定的，因为这种药物有多个作用靶由多种因素决定的，因为这种药物有多个作用靶位。因此，只有当所有的位。因此，只有当所有的-内酰胺类药物作用靶内酰胺类药物作用靶位的亲和力降低时细菌才能达到对药物较高的耐位的亲和力降低时细菌才能达到对药物较高

15、的耐药性。药性。n例如，淋病奈瑟氏菌具有三种例如，淋病奈瑟氏菌具有三种PBPsPBPs：PBP1PBP1和和PBP2PBP2是细菌生存所必须的酶，因而这两种酶的任一种是细菌生存所必须的酶，因而这两种酶的任一种的失活将导致细菌死亡；而的失活将导致细菌死亡；而PBP3PBP3是一种低分子量是一种低分子量酶，它的失活并不会引起细菌死亡。酶，它的失活并不会引起细菌死亡。n淋病奈瑟氏菌的耐药性发展一方面是使具有最高淋病奈瑟氏菌的耐药性发展一方面是使具有最高亲和力的高亲和力的高Mr-PBP2Mr-PBP2的亲和力下降，另一方面是使的亲和力下降，另一方面是使PBP1PBP1的亲和力下降。的亲和力下降。耐药菌

16、名称耐药菌名称PBPsPBPs改变情况改变情况 革革兰兰阳阳性性菌菌枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌PBP2亲和力下降亲和力下降产气夹膜梭菌产气夹膜梭菌PBP亲和力下降亲和力下降南非肺炎链球菌南非肺炎链球菌PBP2a亲和力下降亲和力下降新出现新出现PBP2a（为高分子量为高分子量PBP2a）PBP2b丧失丧失PBP1a和和PBP1b亲和力下降亲和力下降美国肺炎链球菌美国肺炎链球菌PBP1和和PBP1亲和力下降亲和力下降PBP2b含量降低含量降低新出现新出现PBP2屎链球菌屎链球菌新出现缓慢反应的或可诱导的新出现缓慢反应的或可诱导的PBPsS.faurens同上同上屎链球菌屎链球菌具有缓慢反应的具有缓慢反应的PBPs革革兰兰阴阴性性菌菌奈瑟氏淋球菌奈瑟氏淋球菌PBP2亲和力降低、外膜蛋白缺亲和力降低、外膜蛋白缺失失铜绿假单胞菌铜绿假单胞菌对所有对所有PBPs的亲和力降低的亲和力降低大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌PBP3中的四个氨基酸被取代、亲和力降中的四个氨基酸被取代、亲和力降低低嗜血流感菌嗜血流感菌PBP3a和和PBP3b亲和力降低亲和力降低一些一些-内内酰胺酰胺抗生素抗生素耐药性耐药性细菌与细菌与