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抗生素生物降解(课堂PPT)

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抗生素生物降解

抗生素生物降解

吸附
降 解
抗生素在环境 中可能发 生水解、光降解和微生物降解 等一系列降解反应，但视环境 条件的不同，抗生素会发生一 种或多种降解反应。一般来 说 ， 降解过程会降低抗生素 的药效，但有些抗生素的降解 产物可能比抗生素本身的毒性 还强。
水解是水体中抗 生素降解的一种重要方式，
六大类主要抗生素中内酰胺类、大环内酯类和磺 胺类抗生素易水解，但是大环内酯类和磺胺类抗 生素在中性pH值条件下水解很慢。
抗生素生产废水厌氧好氧生物 组合处理工艺
抗生素的微生物降解是指在微生 物作用下，使抗生素残留物的结构发生 改变，从而引起其化学和物理性质发生 改变，即通过将抗生素残留物从大分子 化合物降解为小分子化合物，最后成为 H2O和CO2。实现对环境污染的无害化处理 的过程，其中耐药细菌起最重要的作用。
微 生 物 降 解 机 理
氧气
微生物具有好氧、 厌氧 、 兼性好氧多 种代谢途径， 微生物可以在好氧或厌氧的条件下都 可以发挥作用。环境中需 氧菌生长速度快 ， 降解作 用明显 。人们在处理抗生素废水时 ， 常采用活性污 泥法 、 固定床生物膜法、 生物流化床法和生物转盘 法 等好氧降解法 。
环境介质
环境中抗生素常被其他介质如土壤包被， 这些介质影响着抗生素与微生物的接触 和微 生物的生长状态。 固定化颗粒半径愈小 ， 降解速度愈快 。在固定化颗粒内， 氧浓度 随着颗粒半径的减少而迅速下降 ；当颗粒半 径为 3 mm时 ， 粒子中心的0 mm～0.8 mm 范围内的微生物处于缺氧状态甚至厌氧状态。
植物降解
被植物直接吸收的污染物主要有:氮、磷等植 物营养物质；对水生生物有毒害作用的某些重金 属和有机物等。第一类是被吸收后用以合成植物 自身 的结构组成物质，第二类则是脱毒后储存于 体内或在植物体内被降解。氟喹诺酮类、磺胺类 和氯四环素等可直接被植物吸收。

常见抗生素生物降解

常见抗生素生物降解

对人类健康的威胁
抗生素长期作为添加剂大量用于畜牧 生产， 导致抗生素在动物食品肉、 蛋、 奶 中残留， 人食用后 ， 抗生素就会沿食物 链传递到人， 一方面会引起人群的过敏反 应， 严重 时会造成食物 中毒 ； 另一方面， 部 分药物还具有致癌、 致畸、 致突变或激 素类作用， 严重干扰人类各项生理功能 ， 威胁人类健康 。
吸 附
降 解
抗生素在环境 中可 能发生水解 、 光降解 和微生 物降解等一系列 降解反应 ， 但视环境 条件的不同， 抗 生素 会发生一种或多种降解 反应。一般来说 ， 降 解 过程会降低抗生素 的药效 ， 但有些抗生 素的降解产 物可能比抗 生素本身的毒性还强。
水解是水体中抗 生素降解的一种 重要方式 ， 六大类主要抗生素中内酰胺 类 、大环内酯类和磺胺类抗生素易水解 ， 但是大环内酯类和磺胺类抗生素在中性 p H值条件下 水解很慢。 光降解是在能接受 到光照 的水体表 层 中的抗生素降解 的另一种重要途径， 喹诺 酮类和 四环素类抗生素 比较 容易发生光 降解 。 生物降 解是在有生物的作用下发生的 降解反应， 它也是 抗生素降解 的主要方 式。
实 例
抗生素生产废水好氧处理工艺
厌氧处理高浓度的有机废水是 较可行的方法，与好氧处理相比， 厌氧法在处理高浓度有机废水方面 通常有以下优点： ①有机负荷高；
②污泥产率低，产生的生物污泥易于 脱水： ③营养物需要量少； ④不需要曝气，能耗低； ⑤可以产生沼气、回收能源： ⑥对水温的适宜范围较广； ⑦活性厌氧污保存时间长。
而抗生素对植物生长发育的影响与其化学性质使用剂量壤吸附能力及植物的品种有关14抗生素长期作为添加剂大量用于畜牧生产导致抗生素在动物食品肉奶中残留人食用后抗生素就会沿食物链传递到人一方面会引起人群的过敏反应严重时会造成食物中毒分药物还具有致癌致畸致突变或激素类作用严重干扰人类各项生理功能15抗生素一旦进入环境就会扩散到土壤一般会经过吸附水解光解和微生物降解一系列生物转化过程这些过程直接影响抗生素对16吸附是抗生素在环境中迁移和转化的重要过素通过范德华力诱导力和氢键等分子间作用力与水体和土壤或者抗生素的分子官能团如羧酸胺类与环境中化学物质或有机质发生化学反应形成络合物或螯合物并存留在环境17吸附反映了抗生素与水体有机质或土壤沉积物的相互作用响程度

《—抗生素》PPT幻灯片PPT

《—抗生素》PPT幻灯片PPT

O
NS
O O
❖β-内酰胺环为一个平面结构。但两个稠合 环不共平面，青霉素沿N1-C5轴折叠，头孢 菌素沿N1-C6轴折叠。
13
一、青霉素类
14
青霉素的发现简史
❖ 早在唐朝，长安城的裁缝将长有绿毛的糨糊涂在被 剪刀划破的手指上帮助伤口愈合。
❖ 1928年英国医生Fleming首先从青霉菌中发现青霉素， 其具有明显抑制G+菌的作用，但由于Fleming无法分 离得到纯净的单体，研究成果没有引起重视。
6
第一节 β-内酰胺抗生素 β-Lactam Antibiotics
7
β-内酰胺类抗生素概述
❖ 定义：分子中含有由四个原子组成
的β-内酰胺环的抗生素。
❖ 属于时间依赖型的繁殖期杀菌剂。
❖ β-内酰胺环的作用：
▪ 四元环张力较大，其化学性质不 稳定，易发生开环导致失活；
▪ β-内酰胺环开环与细菌的黏肽
不溶于水，可溶于有机溶剂(乙酸丁酯) 。 ❖ 临床上主要用于革兰氏阳性球菌例如链球菌、肺炎
球菌、敏感的葡萄球菌等引起的全身或严重的局部 感染。 ❖ 优点：相比于其它抗生素，副作用小、发生率低。
21
青霉素G的缺点
1. 不能口服给药，只能注射给药，临床上常用其钠 盐，以增强其水溶性，其水溶液在室温下不稳定， 易分解。故临床上通常使用青霉素钠的粉针，注 射前用注射用水新鲜配制。
《—抗生素》PPT幻灯片PPT
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1
第十章 抗生素
1 β-内酰胺类抗生素 2 四环素类抗生素 3 氨基苷类抗生素 4 大环内酯类抗生素
5 氯霉素类抗生素
2
抗生素定义

《抗生素生物降解》课件

《抗生素生物降解》课件

抗生素生物降解在 医药行业中的应用 还可以降低药物的 生产成本，提高药 物的竞争力。
06
抗生素生物降解的前景 与展望
当前的研究热点和难点
抗生素生物降解技术：研究如 何提高降解效率和降低成本
抗生素残留检测技术：研究如 何快速、准确地检测抗生素残 留
抗生素耐药性研究：研究如何 应对抗生素耐药性问题
抗生素降解产物研究：研究如 何降低降解产物对环境的影响
05 抗生素生物降解的应用
在污水处理中的应用
抗生素生物降 解技术可以有 效去除污水中 的抗生素残留
生物降解技术 可以降低污水 处理成本，提 高污水处理效
率
ห้องสมุดไป่ตู้
生物降解技术 可以减少污水 中的有害物质， 保护生态环境
生物降解技术 可以减少污水 中的抗生素耐 药性，降低公
共卫生风险
在土壤修复中的应用
降解土壤中的抗生素残留
生物反应器法
原理：利用微生物的生物降解能力，将抗生素转化为无害物质 优点：环保、高效、成本低 应用：污水处理、制药工业、农业等领域 挑战：需要选择合适的微生物菌种，控制反应条件，确保降解效果
基因工程菌降解法
原理：通过基因工程技术改造微生物，使其具有降解抗生素的能力 优点：降解效率高，对环境友好，成本低 应用：广泛应用于污水处理、土壤修复等领域 挑战：需要解决基因稳定性、生物安全性等问题
风险。
对环境保护和人类健康的意义
减少抗生素污染：生物降解可以减少抗生素对环境的污染，保护生态环境。 降低抗生素耐药性：生物降解可以降低抗生素耐药性，提高抗生素的疗效。 保护人类健康：生物降解可以减少抗生素对人体健康的影响，保护人类健康。 促进可持续发展：生物降解可以促进抗生素的可持续发展，实现人与自然的和谐共生。

08_抗生素-PPT课件

08_抗生素-PPT课件

A . 青霉素G的化学性质
强酸或二氯化汞条件：发生裂解，生成：青霉酸（penicilloic acid）和青霉醛酸（penaldic acid）。penaldic acid不稳定，释放 出二氧化碳，生成青霉醛（penilloaldehyde）。
稀酸溶液中（pH 4.0）室温条件：侧链上羰基氧原子上的孤对 电子作为亲核试剂进攻b-内酰胺环，生成中间体，再经重排生 成青霉二酸（penillic acid），penillic acid可经进一步分解生成青
• 其6位有D-α-氨基己二酸单酰胺侧链，侧链上的氨 基是产生对G-菌活性的重要基团。
2.3 广谱青霉素
• 在青霉素酰基α位引入极性亲水性基团-NH2、COOH、-SO3H等，发展了广谱的半合成青霉素。
阿莫西林
与氨苄西林具有相同的抗菌谱；口服 吸收好，血药浓度高。
阿莫西林
• 本品的侧链为对羟基苯甘氨酸，有一个手性碳原子，
不溶于水，可溶于有机溶媒（乙酸丁酯）。 • 临床上常用其钠盐，以增强其水溶性，其水溶液在
室温下不稳定，易分解。 • 故临床上通常使用benzylpenicillin sodium的粉针，注
射前用注射用水新鲜配制。
• 青霉素的结构特征可从两个角度来分析：可 以认为它是由β-内酰胺环、四氢噻唑环及酰 基侧链构成，也可以看成由Cys、Val及侧链 构成。
• 1945年发现头孢菌素；1962年第一代头孢菌素 用于临床。
• 头孢菌素类抗生素是二十世纪七十年代以来 发展最迅速、上市品种最多的一类抗生素， 先后出现第二代、第三代和第四代。
• 具有抗菌谱广、抗菌活性强、疗效高、毒性 低等特点，在临床上得到了大量的应用。
• 头孢菌素类抗生素在世界抗感染药物市场中 占较大比重，目前其销售额约占抗感染药物 销售额的40%。

抗生素生物降解

抗生素生物降解

化学降解
化学降解是指通过化学反应将抗生素分解为更小 的分子。
化学降解通常在特定的化学条件下进行，如酸、 碱、氧化、还原等。
化学降解的优点是反应速度快、降解效率高，但 也可能产生有毒有害的副产物。
03 抗生素的生物降解影响因 素
微生物种类和数量
微生物种类
不同微生物对抗生素的降解能力存在 差异，某些微生物具有更强的抗生素 降降低抗生素 在环境中的残留，从而降 低其对野生生物和人类健 康的潜在风险。
资源化利用
部分抗生素可以通过生物 降解得到有价值的代谢产 物，从而实现资源的有效 利用。
02 抗生素的生物降解机制
微生物降解
01
微生物降解是指通过微生物的 生长和代谢活动，将抗生素分 解为更小的分子，最终转化为 无害的物质。
生物制药
药物生产过程
在抗生素类药物的生产过程中， 生物降解技术可用于优化生产工
艺，提高产品质量和产量。
药物残留控制
生物降解技术可以用于控制药物残 留，确保药物在使用后能够快速降 解，减少对人体的副作用和药物残 留对环境的影响。
新药研发与筛选
生物降解技术还可应用于新药研发 和筛选过程中，通过评估药物的生 物降解性能，为新药研发提供依据 和指导。
抗生素生物降解
目录
• 抗生素的生物降解概述 • 抗生素的生物降解机制 • 抗生素的生物降解影响因素 • 抗生素的生物降解的应用 • 抗生素的生物降解的挑战与前景
01 抗生素的生物降解概述
抗生素的生物降解定义
抗生素的生物降解是指微生物通过自 身的代谢活动将抗生素分解为更小分 子或矿质化的过程。
抗生素的生物降解不仅包括对母体的 降解，还包括对抗生素产生菌的降解 。
高浓度的抗生素可能会对降解微生物产生抑 制作用，影响降解效率。

常见抗生素生物降解


吸 附
吸附反映了抗生素与水体有机 质或土 壤沉积物的相互作用 ， 并 可预测抗生素对环境 的影 响程度。 一般来说， 吸附能力强的抗生素 ， 在环境中 较稳定， 容易积蓄； 部 分抗生素不与固相物质结合 ， 吸 附能力较弱， 在淋洗作用下很容易 被淋洗到附近 的河流中， 到达水 环境， 进而对地下水构成威胁。抗 生素的吸附能力因其化学结构 、理 化性质、土壤类型和环境条件的不 同而不同。
实 例
抗生素生产废水好氧处理工艺
厌氧处理高浓度的有机废水是 较可行的方法，与好氧处理相比， 厌氧法在处理高浓度有机废水方面 通常有以下优点： ①有机负荷高；
②污泥产率低，产生的生物污泥易于 脱水： ③营养物需要量少； ④不需要曝气，能耗低； ⑤可以产生沼气、回收能源： ⑥对水温的适宜范围较广； ⑦活性厌氧污保存时间长。
抗生素的来源及暴露途径由于抗生素主要用于医和畜牧所以环境中的抗生素主要来源医用药物和农用药物两个途径医用抗生素主要来源经由病人粪便和尿液排出的处方抗经排泄物排出的抗生素治疗中残留的抗生素以及制药企业流失的抗生素都会经过城市和医院的下水道迚入到城市污水处理厂由于现有的污水处理技术很难将抗生素彻底清除一部分抗生素会随着处理后的废水迚入土壤和水中而医院丢弃的过期抗生素会迚人垃圾填埋场如果处理丌当会渗入土壤戒地下水中
抗生素的生物降解
生物降解是抗生素在环境中降解的最 重要的途 径。被生物降解的抗生素， 可 能转化为生物体的组 成部分或是最终转化 为没有生物毒性的无机或有机 小分子 。 生物降解主要有植物降解和微生物降解两 种方式 。
植物降解
植物具有庞大的叶冠和根系， 在水体或 土壤中， 与环境之间进行着复杂的物质交换 和能量交换，在维持生态环境 的平衡中起着 重要作用 。植物修复受污染 的水土环境主要 有3种机制 ： ①植物直接吸收有机污染物后转移或分解 ； ②植物 释放分泌物和特定酶 降解 土壤 环境 中 的有机污染 物 ； ③植物促进根际微 生物对 土壤环境 中有机污染 物的吸收或利用转化。
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抗生素 生物降解
抗生素概述
抗生素是由微生物产生的在低浓度下能抑 制或灭杀其他微生物的一类化学物质。目前被广 泛使用的抗生素，按照化学结构可分为 内酰胺 类、 喹诺酮类、四环素类、氨基糖苷类、大环 内酯类、 磺胺类等。
2021/3/2
2
抗生素的应用和危害
长期以来，抗生素被大量地用于人和动物的疾病 治疗，并以亚治疗剂量添加于动物饲料中，以预防动 物疾病和促进其生长。但绝大部分抗生素不能完全被 机体吸收，约有90%的抗生素以原形或者代谢物形式 经由病人和畜禽的粪,尿排入环境，经不同途径 对土 壤和水体造成污染。目前,抗生素污染问题已经被许 多发达国家( 如欧盟和美国) 列为重要的环境问题， 相关的基础研究正在迅速得到开展。
2021/3/2
6
农用药物来源途径
①动物养殖中兽药长期亚剂量使用后,经粪便和尿 液排出的抗生素 ； ②水产养殖中兽药的直接施用； ③兽药生产过程损失和废弃的兽药。
2021/3/2
7
农用抗生素污染过程
动物粪便和尿液排出的抗生素随粪便被施 入农田,其 中一部分直接渗入地下水中,另一 部分进入土壤,经雨水淋洗进入河流或湖泊 ; 水产养殖中的抗 生素施用后一部分直接进入 水体,另一部分被水底淤泥中所吸附,存在于养 殖场底泥中;兽药生产 中损失的抗生素会随着 废水经由下水道进入城市污水处理厂,而废弃 的兽药可能被 当作垃圾填埋,如果处理不当， 最终会进入土壤甚至地下水中。
条件的不同，抗生素会发生一
种或多种降解反应。一般来
说 ， 降解过程会降低抗生素
的药效，但有些抗生素的降解
产物可能比抗生素本身的毒性
还强。
2021/3/2
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水解是水体中抗 生素降解的一种重要方式，
六大类主要抗生素中内酰胺类、大环内酯类和磺 胺类抗生素易水解，但是大环内酯类和磺胺类抗 生素在中性pH值条件下水解很慢。
2021/3/2
3
抗生素的来源及暴露途径
由于抗生素主要用于医疗和畜牧,所以环境 中的抗生素主要来源医用药物和农用药物两个 途 径。
2021/3/2
4
医用抗生素主要来源
①经由病人粪便和尿液排出的处方抗生素 ； ②医院丢弃的过期抗生素 ； ③残留在药瓶和器械上的抗生素 ； ④医药企业在生产过程流失的抗生素等。
2021/3/2
5
医用抗生素污染过程
经排泄物排出的抗生素、治疗中残留的抗生 素以及制药企业流失的抗生素都会经过城市和医 院的下水道进入到城市污水处理厂,由于现有的 污水处理技术很难将抗生素彻底清除,一部分抗 生素会随着处理后的废水进入土壤和水中,而医 院丢弃的过期抗生素会进人垃圾填埋场,如果处 理不当,会渗入 土壤或地下水中。
2021/3/2
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对人类健康的威胁
抗生素长期作为添加剂大量用于畜牧生产， 导致抗生素在动物食品肉、蛋、奶中残留,人食用 后,抗生素就会沿食物链传递到人,一方面会引起 人群的过敏反应,严重 时会造成食物 中毒;另一 方面,部 分药物还具有致癌、致畸、致突变或激 素类作用,严重干扰人类各项生理功能,威胁人类 健康。
2021/3/2
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抗生素在环境中的归趋
抗生素一旦进入环境就会扩散到壤、 水和空气中，一般会经过吸附、水解、 光解和微生物降解一系列生物转化过程 ， 这些过程直接影响抗生素对环境的生态毒 性。
2021/3/2
15
吸附反映了抗生素与水体有机质或土 壤沉积物的相互作用，并可预测抗生素对 环境的影 响程度。一般来说，吸附能力强 的抗生素，在环境中较稳定，容易积蓄；
2021/3/2
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潜在风险的主要表现
( 1 )诱导耐药性细菌。 ( 2 )对环境中微生物产生影响。 ( 3 )对植物生长发育产生影响。 ( 4 )食品和饮用水中抗生素对人类健康的威胁。
2021/3/2
10
诱导耐药性细菌
大量的研究表明,抗生素的使用能诱导病原菌产 生耐药性,特别是由于长期大剂量的在饲料中添加 抗生素,导致产生了一些能够抵抗强力抗生素的病 原菌,这些病原菌珠的出现,对人和动物的健康都 极具威胁。另外，抗生素能够导致耐药基因的产 生，而耐药基因又可以在 同的细菌间传递， 一 旦这些耐药基因转移给致病菌，就更增加了对人 类健康的威胁。
光降解是在能接受到光照的水体表层中的抗
生素降解的另一种重要途径， 喹诺酮类和四环素 类抗生素比较容易发生光降解。
生物降解是在有生物的作用下发生的降解反应，
吸 部分抗生素不与固相物质结合 ， 吸附能 附 力较弱，在淋洗作用下很容易被淋洗到附
近的河流中，到达水环境，进而对地下水 构成威胁。抗生素的吸附能力因其化学结 构 、理化性质、土壤类型和环境条件的不 同而不同。
2021/3/2
16
降
抗生素在环境 中可能发
解
生水解、光降解和微生物降解
等一系列降解反应，但视环境
2021/3/2
8
环境中抗生素残留的潜在风险
抗生素在环境中的浓度普遍较低,一般在μ g/ L 级,有的甚至低至μn g ／ L级,但仍然可 能对环境存在风险。如某些 P O P s 物质,在环 境中的浓度和抗生素相当,但是它的雌激素效应却 造成人类生殖率降低,不孕症增加等。所以,对于 之前由于其预期环境浓度较低而一直认为安全可 靠的物质要引起重视,它们有可能对环育的影响
抗生素随动物的粪尿和城市污水施人农田，对 农田植物的生长发育产生影响。如0.009 -0.012mg ／L四环素的动物粪便对猩猩木的液体培养物产生 毒害；300-900mg／L的磺胺地索辛能明显抑制车前 草、玉米等作物的生长,并在植物的根部和叶中富 集,根部的浓度较高；土霉素和氯四环素减少了杂 色豆植株的生节、鲜重，并影响其对钙 、 钾和镁 的吸收。而抗生素 对植物生长发育的影响与其化 学性质、使用剂量、土壤吸附能力及植物的品种有 关。
2021/3/2
11
对环境中微生物的影响
抗生素的作用就是抑制某类病菌的生长，在 水体及土壤中不具耐药性的菌株被抗生素杀死 ， 而具耐药性的优势菌得以大量繁殖，因此长期低 浓度抗生素的存在对微生物群落有一定的影响， 并且该影响可通过食物链对高级生物发生作用 ， 从而破坏了生态系统的平衡。
2021/3/2