Penicillin

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Cấu trúc nhân của Penicillin, với "R" là nhóm bất kỳ.

Penicillin là một trong một nhóm kháng sinh thu được từ nấm Penicillium hay được điều chế. Alexander Fleming đã tình cờ phát hiện ra penicillin vào năm 1928 nhưng phải 10 năm sau thì penicillin mới được nhà hoá sinh người Anh gốc Đức Ernest Chain và nhà nghiên cứu bệnh học Úc Howard Florey và một số nhà khoa học khác nghiên cứu kỹ. Penicillin sát trùng bằng cách giết vi khuẩn và hạn chế sự sinh trưởng của chúng.

Dùng trong y học[sửa | sửa mã nguồn]

"Penicillin" thường được dùng để chỉ benzylpenicillin (penicillin G), procaine benzylpenicillin (procaine penicillin), benzathine benzylpenicillin (benzathine penicillin), và phenoxymethylpenicillin (penicillin V).

Procaine penicillin và benzathine penicillin có cùng đặc tính kháng khuẩn như benzylpenicillin nhưng nó có tác dụng trong thời gian dài hơn. Phenoxymethylpenicillin thì có ít tác dụng chống vi khuẩn gam âm hơn so với benzylpenicillin.[1][2] Benzylpenicillin, procaine penicillin và benzathine penicillin dùng theo cách tiêm, còn phenoxymethylpenicillin theo đường uống.

Cấu trúc[sửa | sửa mã nguồn]

Cấu trúc của Penicillin G. Lưu huỳnh và nitơ gắn với vòng thiazolidine lần lượt có màu vàng và xanh. Hình thể hiện vòng thiazolidine và kết hợp với β-lactam có 4 nhóm không cùng mặt phẳng.

Thuật ngữ "penam" được dùng để miêu tả khung chính thông thường của một loại penicillin. Lõi này có công thức phân tử R-C9H11N2O4S, với R là một chuỗi có sự khác biệt giữa các penicillin. Lõi penam có khối lượng phân tử 243 g/mol, với các penicillin lớn hơn thì khối lượng phân tử gần 450 như cloxacillin có khối lượng phân tử 436 g/mol. Đặc điểm cấu trúc chính của các penicillin là vòng β-lactam có 4 nhóm; cấu trúc moiety này cần thiết cho tính kháng khuẩn của penicillin. Vòng β-lactam tự gắn kết với vòng thiazolidine có 5 nhóm khác. Sự kết hợp của 2 vòng này làm cho vòng β-lactam hoạt động hơn so với từng vòng β-lactam riêng biệt vì các vòng được kết hợp bóp méo liên kết amide củ aβ-lactam và do đó loại bỏ sự bền vững cộng hưởng của liên kết hóa học thường được tìm thấy trong các liên kết này.[3]

Sinh tổng hợp[sửa | sửa mã nguồn]

Sinh tổng hợp Penicillin

Nhìn cung, có 3 bước chính và quan trọng trong việc sinh tổng hợp ra penicillin G (benzylpenicillin).

  • Bức thứ nhất là trùng ngưng 3 amino axit—L-α-aminoadipic axit, L-cysteine, L-valine thành tripeptit.[4][5][6] Trước khi trùng ngưng thành tripeptit, amino axit L-valine phải trải qua epimer (đồng phân không gian) hóa để tạo thành D-valine.[7][8] tripeptit được trùng ngưng được đặt tên là δ-(L-α-aminoadipyl)-L-cysteine-D-valine (ACV). Phản ứng trùng ngưng và epimer hóa được xúc tác bởi enzym δ-(L-α-aminoadipyl)-L-cysteine-D-valine synthetase (ACVS).
  • Bước thứ 2 trong sinh tổng hợp penicillin G là chuyển đổi ôxy hóa ACV mạch thẳng thành isopenicillin N trung gian có 2 vòng bởi enzym isopenicillin N synthase (IPNS), được mã hóa bởi gen pcbC.[4][5] Isopenicillin N là một chất trung gian rất yếu, do nó không thể hiện hoạt động kháng khuẩn mạnh.[7]
  • Bước cuối cùng là sự chuyển hóa amin bởi enzym isopenicillin N N-acyltransferase, trong đó gốc α-aminoadipyl bênh cạnh chuỗi của isopenicillin N bị loại bỏ và thay cho chuỗi phenylacetyl. Phản ứng này được điều khiển bởi gen penDE, là duy nhất trong quá trình tạo penicillin.[4]

Quá trình ngẫu nhiên tìm ra penicillin[sửa | sửa mã nguồn]

Nhà sinh học người Scotland, Alexander Fleming là một nhà khoa học đam mê nghiên cứu và kỹ lưỡng trong việc xem xét lại các phần thí nghiệm của mình. Ông thường rất do dự khi ném đi những mẻ cấy vi khuẩn cũ cho đến khi hoàn toàn chắc rằng không nghiên cứu được gì hơn từ chúng.

Trước khi chuẩn bị nghỉ hè (1928), thông thường phòng thí nghiệm sẽ được vệ sinh thật sạch vì kỳ nghỉ thường kéo dài từ 1 đến 3 tháng, nhưng Alexander Fleming đã quên không dọn dẹp. Trở về sau kỳ nghỉ, ông thấy một vài đĩa dùng để nuôi cấy vi khuẩn đã mốc. Trước khi vứt bỏ chúng, ông phát hiện thấy mốc ở trên một chiếc đĩa đã tiêu diệt mẻ vi khuẩn mà ông nuôi cấy tại đó. Mốc đó là một loại nấm, Penicillium, phát triển trên bánh mì. Fleming viết báo cáo khoa học về phát hiện của ông, nhưng chưa thực sự bám sát vào tính thực tiễn của nó.[9] Tuy Alexander Fleming là người đầu tiên tìm ra tính năng của penicillin nhưng việc ứng dụng mới được các nhà khoa học Anh, Úc... trong Chiến tranh thế giới II nghiên cứu kỹ hơn và cho sản xuất hàng loạt. Fleming đã được đồng nhận giải Nobel vì phát hiện tình cờ này, ông thản nhiên bình luận rằng: "Đôi khi người ta lại tìm ra những thứ mà mình đang không tìm kiếm".[10]

Đưa penicillin ra thực tiễn và sản xuất hàng loạt[sửa | sửa mã nguồn]

Trong Chiến tranh thế giới II, một nhóm các nhà khoa học tìm kiếm cách chữa trị cho những vết thương bị nhiễm trùng, tình cờ phát hiện ra khám phá của Fleming và thử nghiệm với một dạng của nấm mốc đó. Chúng như có sức mạnh thần kỳ. Ngay sau đó, nó được sản xuất với số lượng không thể tin nổi và được đưa ra mặt trận.[11]

Hơn 50 năm sau, penicillin vẫn là chất kháng sinh được sử dụng nhiều nhất thế giới. Đó là nhờ vào khoa học không thích dọn dẹp. Hơn 21 công ty hoá chất tham gia vào chương trình sản xuất cấp tốc penicillin trong suốt Chiến tranh thế giới II. Cho đến khi kết thúc cuộc chiến họ đã sản xuất 650 tỉ đơn vị mỗi tháng.[9]

Tính năng của penicillin[sửa | sửa mã nguồn]

Penicillin sát trùng bằng cách giết vi khuẩn và hạn chế sự sinh trưởng của chúng. Chất này không giết các phần tử trong trạng thái nghỉ mà chỉ tiêu diệt các phần tử đang sinh trưởng và sinh sản. Penicillin tiêu diệt nhiều loài vi khuẩn gây bệnh khác nhau như pneumococci, streptococci, gonococci, meningococci, clostridiumsyphilis spirochete. Penicillin được sử dụng làm dược phẩm trị các căn bệnh chết người như viêm nội tâm mạc, nhiễm trùng máu, gas gangrene, mủ lậu, và sốt vàng da, giang mai, viêm loét lưỡi cấp...

Tác dụng phụ[sửa | sửa mã nguồn]

Penicillin có thể làm dị ứng như: phát ban, tiêu chảy. Một người đã dị ứng với một loại Penicillin thường sẽ không được dùng bất cứ loại Penicillin nào. Lượng penicillin làm thay đổi hàm lượng histamine trong cơ thể, gây ra chứng Aquagenic Urticaria(dị ứng với nước).[12]

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Garrod, L. P. (1960). “Relative Antibacterial Activity of Three Penicillins”. British Medical Journal 1 (5172): 527–29. doi:10.1136/bmj.1.5172.527. 
  2. ^ Garrod, L. P. (1960). “The Relative Antibacterial Activity of Four Penicillins”. British Medical Journal 2 (5214): 1695–6. doi:10.1136/bmj.2.5214.1695. PMC 2098302. PMID 13703756. 
  3. ^ Nicolaou (1996), pg. 43.
  4. ^ a ă â Al-Abdallah, Q., Brakhage, A. A., Gehrke, A., Plattner, H., Sprote, P., Tuncher, A. (2004). “Regulation of Penicillin Biosynthesis in Filamentous Fungi”. Trong Brakhage AA. Molecular Biotechnolgy of Fungal beta-Lactam Antibiotics and Related Peptide Synthetases (88). tr. 45–90. doi:10.1007/b99257. ISBN 3-540-22032-1. 
  5. ^ a ă Brakhage, A. A. (1998). “Molecular Regulation of β-Lactam Biosynthesis in Filamentous Fungi”. Microbiol Mol Biol Rev. 62 (3): 547–85. PMC 98925. PMID 9729600. 
  6. ^ Baldwin, J. E., Byford, M. F., Clifton, I., Hajdu, J., Hensgens, C., Roach, P, Schofield, C. J. (1997). “Proteins of the Penicillin Biosynthesis Pathway”. Current Opinion in Structural Biology (7): 857–64. 
  7. ^ a ă Fernandez, F. J., Fierro, F., Gutierrez, S, Kosalkova, K. Marcos, A. T., Martin, J. F., Velasco, J. (September năm 1994). “Expression of Genes and Processing of Enzymes for the Biosynthesis of Penicillins and Cephalosporms”. Anton Van Lee 65 (3): 227–43. doi:10.1007/BF00871951. PMID 7847890. 
  8. ^ Baker, W. L., Lonergan, G. T. "Chemistry of Some Fluorescamine-Amine Derivatives with Relevance to the Biosynthesis of Benzylpenicillin by Fermentation". J Chem Technol Biot. 2002, 77, pp1283-1288.
  9. ^ a ă In search of penicillin - David Wilson
  10. ^ Alexander Fleming, the Man and Myth - Gwyn MacFarlane
  11. ^ The greatest stories never told - Rick Beyer
  12. ^ Rossi S, editor biên tập (2006). Australian Medicines Handbook. Adelaide: Australian Medicines Handbook. ISBN 0-9757919-2-3. 

Tài liệu[sửa | sửa mã nguồn]

  • Nicolaou, K.C.; Sorensen, E.J.; with a foreword by E.J. Corey (1996). Classics in Total Synthesis: Targets, Strategies, Methods . Weinheim: VCH. ISBN 3-527-29284-5. 
  • Dürckheimer, Walter; Blumbach, Jürgen; Lattrell, Rudolf; Scheunemann, Karl Heinz (1 tháng 3 năm 1985). “Recent Developments in the Field of β-Lactam Antibiotics”. Angewandte Chemie International Edition in English 24 (3): 180–202. doi:10.1002/anie.198501801. 
  • Hamed, Refaat B.; Gomez-Castellanos, J. Ruben; Henry, Luc; Ducho, Christian; McDonough, Michael A.; Schofield, Christopher J. (1 tháng 1 năm 2013). “The enzymes of β-lactam biosynthesis”. Natural Product Reports 30 (1): 21–107. doi:10.1039/c2np20065a. PMID 23135477. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]