Физико-химические методы анализа антибиотиков

 

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Казанский национальный исследовательский технологический  университет

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

на тему:

 

 

            «Физико-химические методы анализа антибиотиков»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                       Выполнил: студентка гр.620311

                                                                       Тарасова А.О

                                                                       Проверил:

 

 

Содержание

 

 

Введение

 

Литературный  обзор

 

1. Антибиотики
1. Характеристика антибиотиков
2. Классификация антибиотиков
2. Физико-химические методы анализа антибиотиков
1. Бумажная хроматография и электрофорез
2. Колориметрия и спектрофотометрия в видимом свете

2.3 Спектрофотометрия в ультрафиолетовом свете

2.4 Инфракрасная спектроскопия

2.5 Флюорометрия

2.6 Оптическое вращение

2.7 Электрохимические методы

2.8 Полярография

2.9 Амперметрическое (полярометрическое) титрование

2.10 Кондуктометрия

2.11 Радиоактивные изотопы в анализе антибиотиков

 

Выводы

 

Список цитируемой литературы

 

 

Введение

 

 

Антибиотики занимают особое место в современной медицине. Они являются объектом изучения различных  биологических и химических дисциплин. Наука об антибиотиках развивается бурно. Если это развитие началось с микробиологии, то теперь проблему изучают не только микробиологи, но и фармакологи, биохимики, химики, радиобиологи, врачи всех специальностей [1-5].

Антибиотики представляют собой самую многочисленную группу лекарственных средств. Они используются для предотвращения и лечения воспалительных процессов, вызванных бактериальной микрофлорой. Сфера антибиотиков - это быстро прогрессирующие инфекции или бактериальное заражение жизненно важных органов, с которыми иммунная система не может справиться сама. Антибиотики незаменимы при остром развитии болезни - ангины и пневмонии, а также при инфекционном воспалении, которое локализуется в закрытых полостях (отит, гайморит, остеомиелит, абсцесс, флегмона).

За последние 35 лет открыто около ста антибиотиков с различным спектром действия, однако, в клинике применяется ограниченное число препаратов. Это объясняется  главным образом тем, что большинство  антибиотиков не удовлетворяют требованиям  практической медицины [2, 3].

В настоящее  время ведутся активные работы по изысканию антибиотиков нового поколения, эффективных при лечении вирусных и раковых заболеваний.

 

 

 

Литературный  обзор

 

 

1. Антибиотики

 

1. Характеристика антибиотиков

 

Термин «антибиотик» был впервые предложен С.А. Ваксманом (США). Под этим термином он подразумевал вещества, образуемые микроорганизмами и обладающие антимикробным действием (от лат. «анти»- противо и «биос» - жизнь), т. е. действующие против основных жизненных свойств микробов. В дальнейшем вещества, обладающие антибиотическими свойствами, были обнаружены в растениях - фитонциды (В.П. Токин), крови человека и животных - эритрин (Л.А. Зильбер в Л.М. Якобсон) и других природных источниках [1, 2]. В связи с этим понятие «антибиотик» расширилось, и в настоящее время под антибиотиками следует понимать специфические продукты жизнедеятельности, обладающие высокой физиологической активностью по отношению к определенным группам микроорганизмов (вирусам, бактериям, актиномицетам, грибам, водорослям, протозоа) или к злокачественным опухолям, избирательно задерживая их рост или полностью подавляя развитие [3].

Начало развития науки  об антибиотиках относится к 40-м  годам нашего столетия, когда было открыто сильное химиотерапевтическое средство против бактериальных инфекций - пенициллин.

В результате большой  работы советских ученых и медицинской  промышленности СССР в сравнительно короткое время было организовано производство всех важнейших антибиотиков, имеющих  значение для медицинской практики [2, 4].

Работа по изысканию  антибиотиков требует тесного сотрудничества микробиологов (изыскание продуцентов  новых антибиотиков), химиков (выделение  активно действующих веществ  из культуральной жидкости продуцентов), химиотерапевтов, фармакологов, гистологов, испытывающих лечебное действие новых антибиотиков в опытах на животных.

В этом комплексе  необходимо также участие инженеров  и технологов, располагающих специальным  оборудованием, необходимым для  получения образцов новых антибиотиков в количествах, требуемых для дальнейшего изучения [2-5].

Для успешной работы в этом направлении в нашей  стране были созданы специализированные научные институты: НИИ по изысканию  новых антибиотиков АМН СССР, Ленинградский  НИИ антибиотиков; Всесоюзный НИИ  антибиотиков Министерства медицинской промышленности СССР, и др.

Развитие отечественной  науки об антибиотиках (изыскание, установление строения, разработка производственных методов получения) связано с  именами крупнейших советских ученых: 3.В. Ермольевой, М.М. Шемякина, Г.Ф. Гаузе, М.Т. Бражниковой, А.С. Хохлова, С.М. Навашина и многих других.

Известно уже  около 3000 антибиотических веществ, из которых химиотерапевтическим действием  обладает около 300.

По своей  химической природе антибиотики  представляют органические соединения, относящиеся к самым различным классам соединений [4].

Антибиотики, в  отличие от других продуктов жизнедеятельности, имеют два характерных свойства [2]:

• проявляют высокую биологическую активность по отношению к чувствительным к ним организмам. Даже в очень небольших концентрациях они проявляют высокое физиологическое действие, например пенициллин оказывает бактерицидное- действие в отношении чувствительных к нему бактерий в концентрации 0,000001 г/мл;
• обладают избирательностью действия. Каждый антибиотик проявляет свое действие лишь по отношению к отдельным», вполне определенным организмам или к группам организмов, не проявляя при этом заметного действия на другие формы микроорганизмов. Например, пенициллин задерживает развитие лишь некоторых грамположительных бактерий (кокков, стрептококков и др.) и не оказывает действия на грамотрицательные бактерии, грибы или другие группы микроорганизмов. Таким образом, каждый антибиотик характеризуется своим специфическим, антимикробным спектром действия [6].

Учение об антибиотиках - молодая синтетическая ветвь современного естествознания. Впервые в 1940 году был получен в кристаллическом виде химиотерапевтический препарат микробного происхождения - пенициллин - антибиотик, открывший летоисчисление эры антибиотиков [7].

Многие учёные мечтали о создании таких препаратов, которые можно было бы использовать при лечении различных заболеваний человека, о препаратах, способных убивать патогенных бактерий, не оказывая вредного действия на организм больного.

Пауль Эрлих (1854-1915) в результате многочисленных опытов синтезировал в 1912 году мышьяковистый препарат - сальварсан, убивающий in vitro возбудителя сифилиса. В 30-х годах прошлого столетия в результате химического синтеза были получены новые органические соединения - сульфамиды, среди которых красный стрептоцид был первым эффективным препаратом, оказавшим терапевтическое действие при тяжёлых стрептококковых инфекциях [5-7].

В 1937 году в нашей  стране был синтезирован сульфидин - соединение, близкое к пронтозилу. Открытие сульфамидных препаратов и применение их в медицинской практике составило известную эпоху в химиотерапии многих инфекционных заболеваний, в том числе сепсиса, менингита, пневмонии, рожистого воспаления, гонореи и некоторых других [6].

Луи Пастер и  С. Джеберт в 1877 году сообщили, что аэробные бактерии подавляют рост Bacillus anthracis.

В конце XIX века В.А. Манассеин (1841-1901) и А.Г. Полотебнов (1838-1908) показали, что грибы из рода Penicillium способны задерживать в условиях in vivo развитие возбудителей ряда кожных заболеваний человека.

И.И. Мечников (1845 - 1916) ещё в 1894 году обратил внимание на возможность использования некоторых сапрофитных бактерий в борьбе с патогенными микроорганизмами.

В 1896 году Р. Гозио  из культурной жидкости Penicillium brevicompactum выделил кристаллическое соединение - микофеноловую кислоту, подавляющее рост бактерий сибирской язвы [4].

Эммирих и Лоу  в 1899 году сообщили об антибиотическом  веществе, образуемом Pseudomonas pyocyanea, они  назвали его пиоцианазой; препарат использовался в качестве лечебного фактора как местный антисептик.

В 1910-1913 годах O. Black и U. Alsberg выделили из гриба рода Penicillium пеницилловую кислоту, обладающую антимикробными свойствами.

В 1929 году А. Флемингом  был открыт новый препарат пенициллин, который только в 1940 году удалось выделить в кристаллическом виде.

С получением пенициллина  как препарата (1940 год) возникло новое  направление в науке - учение об антибиотиках, которое необычайно быстро развивается  в последние десятилетия [8].

В 70-х годах ежегодно описывалось более 300 новых антибиотиков. В 1937 году Вельш описал первый антибиотик стрептомицетного происхождения актимицетин, в 1939 году Красильниковым и Кореняко был получен мицетин и Дюбо - тиротрицин. Впоследующем число антибиотиков росло очень быстрыми темпами.

Большинство бактерий состоит из одной клетки; каждая имеет защитную оболочку (рис.1.). Их классифицируют и распознают по свойствам их клеточных оболочек. Это обычно проявляется при помощи метода окраски, разработанного Х. Грамом в 1884г. Грамположительные бактерии легко окрашиваются первым красителем, а грамотрицательные - не окрашиваются [7, 8].

Бактерии  также можно классифицировать по их форме. Кокки - круглые, бациллы имеют  форму палочек, а спирохеты - спирали. Если кокки выстроены в прямую линию, их называют стрептококками; если они в виде грозди, тогда их называют стафилококками. Диплококки встречаются парами.

По  другой классификации бактерии делятся  на тех, которым требуется свободный  кислород в воздухе - аэробов, и которым  он не требуется - анаэробов.

У анаэробных и аэробных бактерий во многих инфекциях  общая роль. Как анаэробы, так  и аэробы могут быть и грамположительными, и грамотрицательными. Анаэробные бактерии особенно часто встречаются в  голове и шее, верхних дыхательных путях, нижнем отделе желудочно-кишечного тракта, половых органах и иногда - в коже и мягких тканях. Их роль в инфекциях не всегда признается, частично по причине сложностей с подтверждением диагноза, так как необходимо собрать и перевезти образцы в "безвоздушном" контейнере, чтобы не допустить загрязнения аэробными бактериями [6, 8]. Несколько антибиотиков очень "широкого спектра", введенных в практику в последние годы, весьма малоактивны в отношении анаэробных патогенных микроорганизмов; это важно учитывать, когда такие средства предлагаются в качестве монотерапии при смешанных инфекциях.

Рис.1. Основные механизмы действия ряда антибиотиков на бактериальную клетку [6].

 

Некоторые бактерии, особенно те, которые живут  в кишечнике человека, играют существенную роль в его жизни. Например, некоторые из них синтезируют витамины. Неразборчивое использование антибиотиков широкого спектра действия может уничтожить эти полезные бактерии.

При назначении антибактериальных препаратов происходит подавление роста не только патогенных микроорганизмов, но и нормальной микрофлоры кишечника. В результате размножаются сапрофитные микробы, приобретая патогенные свойства и высокую устойчивость к лекарственным препаратам. К ним относятся стафилококки, протей, дрожжевые грибки, энтерококки, синегнойная палочка, клебсиелла [7].

 

Рис.2. Основные возбудители заболеваний и антибиотики  воздействующие на них.

 

2.  Классификация антибиотиков

 

По химическому  строению антибиотики делятся на:

• бета-лактамные антибиотики;
• аминогликозиды;
• тетрациклины;
• макролиды;
• линкозамиды;
• гликопептиды;
• полипептиды;
• полиены;
• антрациклиновые антибиотики.

Основу молекулы бета-лактамных антибиотиков составляет бета-лактамное кольцо. К ним относятся: