Курсовая работа: Свойства и получение антибиотиков пенициллинового ряда скачать бесплатно

Главная страница >> Курсовая работа >> Фармакология >> Свойства и получение антибиотиков пенициллинового ряда

Курсовая работа: Свойства и получение антибиотиков пенициллинового ряда

Антибактериальная терапия является важнейшим компонентом современной клинической медицины.

Дата добавления на сайт: 15 ноября 2024

Скачать работу 'Свойства и получение антибиотиков пенициллинового ряда':

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ
Биотехнологический факультет
Кафедра биологической и химической технологий
КУРСОВАЯ РАБОТА
Свойства и получение антибиотиков пенициллинового ряда
Выполнила студентка 3 курса 2 группы
Руководитель канд.тех.наук, доцент
Курск-2012 г.
Содержание
Введение
Общая характеристика пенициллинов
История открытия
Природные источники
Биохимическая роль
Строение и свойства
Механизм биологического действия
Методы получения
7.1 Аппаратурно-технологическая схема получения пенициллина. Ферментаторы
7.2 Природные
7.3 Полусинтетические
7.4 Методы выделения антибиотиков
7.5 Динамика получения
8. Достоинства и недостатки методов
9. Методы оценки антибиотической активности
10. Контроль качества
11. Перспектива развития
Заключение
Список используемых источников
Приложение
Введение
Антибактериальная терапия является важнейшим компонентом современной клинической медицины.
Сегодня среди возбудителей тяжёлых инфекций преобладают грамположительные микроорганизмы. В начале 80-х годов прошлого века в этиологии инфекций на их долю приходилось около 40% случаев заболеваний, спустя 10 лет – свыше 50% , в настоящее время – 55-60%.
Первые антибиотики, в частности пенициллины, были активны главным образом, в отношении грамположительных микроорганизмов – стафилококков и стрептококков. Эффективное лечение заболеваний вызванных грамположительными бактериями повлекло за собой изменение этиологической структуры ряда инфекций. В частности, стала возрастать роль микроорганизмов, обладающих природной устойчивостью или способных быстро формировать приобретённую резистентность к доступным антибиотикам. Как правило, это были грамотрицательные бактерии. Надо отметить интересную особенность: в отличие от стафилококков, патогенные стрептококки за 60 лет использования пенициллина так и не приобрели к нему устойчивости, они по сей день высокочувствительны к этому антибиотику.
Наиболее актуальными антибиотиками для лечения инфекций респираторного тракта являются препараты 3-х групп: аминопенициллины, цефалоспорины 2-го поколения и макролиды. Так как к ампициллину и амоксициллину у ряда микроорганизмов выработалась устойчивость, для лечения осложнений используют ингибитор защищённые аминопенициллины: клавуланаты (аугментин, амоксиклав).
1. Общая характеристика
Открытие английским микробиологом А.Флемингом пенициллина стало началом эры антибиотиков.
Классификация пенициллинов:

Пенициллины – группа антибиотиков, производные 6- аминопенициллановой кислоты.
Пенициллины первого поколения – это природные пенициллины. К ним относятся бензилпенициллин – натрий, бензилпенициллин – калий, бенизилпенициллин, феноксиметилпеницилин.
Пенициллины первого поколения теперь не вводят в медицинскую практику, так как они легко инактивируются пенициллиназой и малоактивны.
Значительным достижением современной химиотерапии является создание полусинтетических пенициллинов второго и третьего поколения – важных противомикробных средств.
Пенициллины второго поколения – это полусинтетические антибиотики, молекулы которых содержат аминопенициллятную кислоту, ацилированную синтетическими кислотами, которые не встречаются в природе. Полусинтетические пенициллины – это лекарственные средства с широким спектром антибактериального действия, однако некоторые и них разрушаются под действием пенициллиназы.
Создание пенициллинов третьего поколения является важным событием в медицине и фармации. Основной особенностью этих антибиотиков является взаимодействие с бактериальными β-лактамазами и блокирования их. Вследствие этого антимикробная активность намного увеличивается. Они состоят из двух веществ – полусинтетического антибиотика и ингибитора β-лактамаз.
Лекарственные средства природных и полусинтетических пенициллинов – это белые кристаллические вещества без запаха, горькие на вкус. Пенициллины – нестойкие вещества, они легко поддаются инактивации под действием воды. Натриевая и калиевая соль бензилпенициллина гигроскопичны и легко растворяются в воде. Новокаиновая соль бензилпенициллина, феноксиметилпенициллин и ампициллин малорастворимы в воде.
Несмотря на появление новых групп противомикробных средств, антибиотические препараты пенициллинового ряда продолжает занимать значительное место в терапии инфекционных заболеваний. В частности, среди отечественных препаратов пенициллинов большого распространения приобрели стойкие к гидролизу полусинтетические препараты «Ампициллин» и «Оксациллин». Так, ампициллин, благодаря дополнительной активности по отношению к грамотрицательной флоре, на которую не действует препарат природного происхождения «Бензилпенициллин», считается антибиотиком широкого спектра действия, пригодный для употреблении при заболеваниях, вызванных смешанной инфекцией. Стоит отметить, что среди парентеральных форм препаратов пенициллинового ряда бензилпенициллин и теперь часто применяется в медицинской практике. Что касается оксациллина, то по спектру противомикробной активности он в общем подобен бензилпенициллину, но превосходит его по гидролитической стойкости и поэтому, в отличии от последнего, как и ампициллин, пригоден к пероральному употреблению.
Специфичность биологической активности пенициллина прежде всего обусловлено наличием в его молекуле тиазолидинового и β-лактамного циклов.
Расщепление одного из них приводит к полной потери препаратом активности относительно бактерий, которые не являются продуцентами фермента β-лактамазы пенициллинов.
Четырёхчленный лактамный цикл характеризуется большой лабильностью к действию разных по характеру химических факторов. Гидролитическая стойкость пенициллинов главным образом зависит от нуклеофильности атома кислорода экзоциклической амидной структуры и существенно повышается при введении в молекулу электроакцепторных заместителей.
Введение в молекулу 6-АПК остатков аминофенилуксусной и кислоты позволило получить относительно стойкие к гидролитическому расщеплению препараты «Ампициллин» и «Оксациллин».
Их продуцируют в виде солей – натрия или калия (бензилпенициллин), новокаина или N, N–дибензилэтилендиаминовой соли (бензилпеницилин) – бициллина–1, кислоты или тригидрата (ампициллин) разного дозирования в виде быстрорастворимого стерильного порошка во флаконах или таблеток (ампициллин, оксациллин), гранул для изготовления суспензий (ампициллин) и др.
Особенно широкое применение находят комбинированные препараты, которые состоят из смеси натриевой соли ампициллина и оксациллина в соотношении 2 : 1 ( «Ампиокс-натрий », в Украине – «Ампициллин – оксациллин» ) и ампициллина тригидрата и оксациллина натриевой соли, взятых в соотношении 1 : 1 ( ампиокс ) , которые выпускаются во флаконах по 100 , 200 или 500 мг и капсулах по 0.25 мг препарата ( сумма ампициллина тригидрата и оксациллина натриевой соли ) соответственно.
Выпускной формой для антибиотиков пенициллинового ряда являются порошки для инъекций во флаконах различной вместимости, таблетки, гранулы для приготовления суспензий в упаковках, сироп, капли для приема внутрь и капсулы.
Для антибиотиков пенициллинового ряда существуют свои условия хранения, например, некоторые антибиотики хранят в защищенном от света месте, а большинство антибиотиков хранят в сухом, темном месте при температуре не ниже 25 С.
История открытия
Известный английский бактериолог Александр Флеминг опубликовал в 1929 г. сообщение о действии зеленой плесени на стафилококки. Флеминг выделил гриб, который оказался Penicillium notatum, и установил, что культуральная жидкость этой плесени способна оказывать антибактериальное действие по отношению к патогенным коккам.
Культуральная жидкость гриба, содержащая антибактериальное вещество, названа Флемингом пенициллином.
Попытки Флеминга выделить активное начало, образуемое Penicillium, не увенчались успехом. Несмотря на это, Флеминг указал на перспективы практического применения обнаруженного им фактора.
Спустя примерно десять лет после сообщения Флеминга пенициллин начал изучать Чейн. Он был убежден, что это вещество – фермент. В 1940 г. Флори и Чейн получили индивидуальное соединение пенициллина, который оказался не ферментом, а низкомолекулярным веществом.
О свойствах зеленой плесени было известно задолго до наблюдений Флеминга. Еще в глубокой древности индейцы из племени майа использовали ее, выращенную на зернах кукурузы, для лечения ран. Философ, врач и естествоиспытатель Абу-Али Ибн-Сина рекомендовал использовать плесень при гнойных заболеваниях.[3]
В русской народной медицине с давних времен применялись для лечения ран присыпки, состоящие из зеленой плесени. В работах русских ученых Манассеина и Полотебнова в 1871-1872 гг. указывалось отношение Penicillium glaucum к разным бактериям. Полотебнев впервые в научно-клинической обстановке изучил применение зеленой плесени, показав при этом практически ценные результаты. Манассеин установил, что молодая культура плесени подавляет рост некоторых бактерий. В 1877 г. русский врач Лебединский доложил о подавлении плесенью бактерий желудочно-кишечного тракта. Английский физик Тиндаль описал в 1876 г. способность Penicillium подавлять бактерии, находящиеся в жидкости, но объяснял он это явление чисто физическими причинами.
Таким образом, приведенные данные показывают, что человечество на разных уровнях своего развития знало о целебных свойствах зеленой плесени. Однако эти сведения носили разрозненный характер и касались лишь воздействия самого гриба на микроорганизмы. В то время не могло быть и речи о выделении и изучении активного начала, образуемого плесенью.
И только после 1940 г., когда Флори и Чейн получили препарат (пенициллин) в очищенном виде, появился широкий научный интерес к этому антибиотическому веществу.
Изучение пенициллина в Советском Союзе было начато З.В. Ермольевой. В 1942 г. под ее руководством в лаборатории биохимии микробов Всесоюзного института экспериментальной медицины в Москве был получен первый отечественный пенициллин – крустозин, сыгравший огромную роль в спасении жизней воинов Советской Армии в Великой Отечественной Войне.
В январе 1944 г. Москву посетила группа иностранных ученых, среди которых был профессор Флори, привезший с собой английский штамм продуцента пенициллина. Сравнение двух штаммов показало, что советский штамм образует 28,ед/мл, а английский – 20ед/мл.
После того как было установлено, что пенициллин обладает мощными лечебными свойствами, начались интенсивные поиски продуцентов этого антибиотика. В результате чего удалось установить, что пенициллин могут образовывать многие виды Penicillium (P. Chrysogenum, P. Nidricans, P. Turbatum, P. Corylophilum), а так же некоторые виды Aspergillus.
Первые выделенные из естественных субстратов штаммы Penicillium как наиболее активные продуценты пенициллина образовывали не более 20 единиц (12 мкг) антибиотика на 1 мл культуральной воды. Даже промышленное создание этого ценнейшего продукта было начато при активности культуральной жидкости не выше 30 мкг/мл или 50 ед/мл. Насколько низка эта активность, можно судить по тому факту, что в истинное время в промышленных условиях получают культуральные жидкости с содержанием пенициллина наиболее 15000 ед/мл, а отдельные штаммы способны синтезировать антибиотик в количестве до 25 тыс. ед/мл.
Природные источники получения
Пенициллин относится к группе β-лактамных антибиотиков.
В последние годы установлено, что антибиотики этой группы образуются не только плесневыми грибами, но и некоторыми видами актиномицетов и собственно бактерий.
Получение пенициллина — замечательная веха в развитии микробиологии, химии и медицины. С производством этого антибиотика связано создание вначале довольно скромной, а затем весьма мощной антибиотической промышленности.
В течение ряда лет пенициллин получали путем выращивания гриба в стеклянных матрацах (бутыли для поверхностного выращивания гриба в любом месте) на жидкой питательной среде. Это создавало огромные трудности в поддержании стерильности при засевах каждого матраца и требовало большой затраты рабочей силы. Учитывая, что выход антибиотика составлял всего несколько десятков единиц на 1 мл среды, себестоимость пенициллина была чрезвычайно высокой. Так, например, стоимость 1 кг пенициллина в США, как отмечал в 1959 г. Гольдберг, составляла в 1943 г. 227 270 долларов, а в 1953 г. — всего 169 долларов, т. е. за 10 лет стоимость 1 кг пенициллина снизилась более чем в 1340 раз.
Важным этапом в увеличении выхода пенициллина было изучение условий образования антибиотика.
Первая среда для глубинного образования пенициллина была разработана Мойером и Кохиллом в 1946 г., в ее состав входил кукурузный экстракт, лактоза, NaN03, глюкоза, однозамещенный фосфорнокислый калий и другие соли. Эта среда была основной, на ее базе были разработаны среды, используемые при промышленном производстве пенициллина.
Очень много труда было затрачено на выяснение того состава питательных сред, который обеспечивал бы наибольший выход пени-циллинов. Было подробно изучено значение различных источников углерода и азота, влияние микроэлементов и других факторов. Последний представляет собой побочный продукт производства крахмала из кукурузы. Его приготовляют экстракцией кукурузы теплой водой. Было найдено, что введение около 20 г крахмала на 1 л питательной среды резко ускоряет образование пенициллинов и увеличивает их выход. Правда, данных о широком применении последней пока не имеется.
Уже сравнительно давно было обнаружено, что введение в питательную среду небольших количеств фенилуксусной кислоты или ее амида приводит к значительному повышению выхода бензилпенициллина. Однако причины этого явления оставались неизвестными. Это утверждение было обосновано приводимыми ниже экспериментальными данными. Во-вторых, было выяснено, что введение в питательную среду различных соединений, содержащих замещенные фенильные остатки, ведет к образованию новых пенициллинов взлете, le1 При этом оказалось, что в ацильных радикалах последних всегда содержатся те фенильные остатки, которые имелись и в молекулах веществ, добавленных к питательной среде.
Натуральные (комплексные) среды, состоящие из природных соединений и имеющие неопределенный химический состав (части зеленых растений, животные ткани, солод, дрожжи, фрукты, овощи, навоз, почва и т. д.), содержат все компоненты, необходимые для роста и развития микроорганизмов большинства видов.[2] Используются следующие среды:
- мясопептонная среда, в состав которой одновременно с мясным экстрактом и пептоном входят хлорид натрия, фосфат калия, иногда глюкоза или сахароза; используется обычно в лабораторной практике.
- картофельные среды с глюкозой и пептоном, часто используемые в лаборатории для культивирования многих видов актиномицетов и бактерий;
- среды с кукурузным экстрактом, соевой мукой, бардой и другими веществами, в состав которых входят сульфат аммония, карбонат кальция, фосфаты, глюкоза, сахароза, лактоза или иные углеводы и ряд других соединений; среды успешно применяются в промышленности, т. к. являются дешевыми и обеспечивают хорошее развитие микроорганизмов с высоким выходом антибиотиков.
Продуцентами антибиотика пенициллина являются различные виды зеленой плесени (Penicillium). Продуценты пенициллина выделяют в питательную среду несколько близких по структуре антибиотиков (пенициллинов), отличающихся друг от друга по активности. Наибольшее практическое значение среди них имеет бензилпенициллин. В качестве лекарственных препаратов используются различные соли бензилпенициллина, которые обладают неодинаковой растворимостью в воде. Хорошо растворимые соли (натриевая и калиевая) являются препаратами короткого действия, а плохо растворимые (новокаиновая соль и бициллины) — препаратами длительного, или пролонгированного, действия. В последние годы в практику внедрены препараты пенициллина, получаемые полусинтетическим путем, — так называемые полусинтетические пенициллины (оксациллин, ампициллин и др.).[4]
4. Биохимическая роль
Пенициллины влияют на синтез клеточной стенки, а именно на синтез пептидогликана. Синтез пептидогликана (гликопептида) очень сложен, фактически он является одним из важнейших компонентов стенки – это арматура клеточной стенки. Подобное явление наблюдается при выращивании микроорганизмов в отсутствии незаменимых аминокислот, и прежде всего в отсутствии лизина или его предшественника – диаминопимелиновой кислоты. И, если в непрерывный синтез пептидогликана вмешивается β-лактамный антибиотик, то синтез пептидогликана нарушается.(рис А,Б)

Рисунки А,Б. -Г – N-ацетилглюкозамин; М- N-ацетилмурамовая кислота; ала – аланин; глу – глутаминовая кислота; лиз – лизин; ДАП – диаминопимелиновая кислота; глицирин. Стрелками обозначено место действия пенициллина.
Таким образом, основными компонентами клеточной стенки грамположительных эубактерий являются три типа макромолекул: пептидогликан, тейховые кислоты и полисахариды, которые с помощью ковалентных связей образуют сложную структуру с весьма упорядоченной пространственной организацией. В состав клеточной стенки эубактерий входят семь различных групп химических веществ, при этом пептидогликан присутствует только в клеточной стенке. Клеточная стенка цианобактерий, сходная с таковой грамотрицательных эубактерий, содержит от 20 до 50% этого гетерополимера.
Грамположительные бактерии отличаются от грамотрицательных большим (до 40 раз) содержанием муреина (пептидогликана) в клеточной стенке и отсутствием внешней мембраны. Клеточная стенка- это высокоорганизованная клеточная органелла является механически стабилизированной и противостоит высокому осмотическому давлению, которое составляет от 2 до 25 атм.
Следствием существенных различий структуры клеточной оболочки у грамположительных и грамотрицательных бактерий является получение разных образований под действием агентов, нарушающих синтез пептидогликана. Например, под действием пенициллина из грамположительных клеток образуется протопласт, не несущий оболочки, а из грамотрицательных – сферопласт, имеющий остатки оболочки на поверхности клетки. Клетки, утерявши клеточную стенку в результате мутации или разрушающего воздействия, называются также L-формами и могут существовать только в изотонических растворах.(рис.1)[21]

Рисунок 1. Действие пенициллина на клетки Staphylococcus aureus. А. Клетки до обработки пенициллином. Б. В результате воздействия пенициллина нарушается целостность клеточных, и они лопаются.
Вся эта скрепленная поперечными связями структура, окружающая клетку, называется муреином (от латинского слова murus – стенка) или пептидогликаном; второе название подчеркивает гибридную природу данной структуры, представляющей собой сочетание пептидных и полисахаридных элементов. Тянущийся непрерывно...

Учебные метериалы

Прочие разделы