5. Studi biokimia & biologi molekuler : Æ selective inhibitor: - penting utk pelajari fungsi sel -replikasi DNA - transkripsi -Translasi -Sintesis dinding sel
Nilai ekonomi antibiotik: ÆProduksi lebih dari 100 000 ton per tahun ÆTh 1980: penjualan + $ 4.2 milyar ÆDi US + $ 1 milyar per tahun: Æ 1. Cephelosporin 2. Tetrasiklin Æ Utk makanan ternak: + $ 100 juta per tahun -sebelum 1960 : 5 % isolat baru atb digunakan utk terafeutik -Selanjutnya Æ banyak isolat ditemukan -Atb yg di pasarkan %-nya turun : - 1961-1965 : 2.6 % - 1966 –1977 : 1 % Tingginya biaya produksi & uji klinis
Jumlah besar syw atb yang diketahui Pencarian atb baru masih dilakukan ??? ÆAtb alami tidak optimal utk terafeutik Æ perlu pengembangan: - peningkatan aktivitas - mengurangi efek samping - memperluas spektrum -meningkatkan selektivitas Æ Adanya perkembangan resistensi ÆModifikasi secara kimiawi ÆModifikasi secara genetik: - mutasintesis - DNA rekombinan - fusi protoplas
Penilisin: -Fleming (1929) Æ Penicillium notatum -Diisolasi th 1940 -Pertama digunakan th 1941 -Dihasilkan oleh banyak fungi: - Penicillium - Aspergillus
Penisilin alami: Æ efektif thd banyak bakteri Gram positif Æ labil thd asam Æ diinkativasi oleh penisilin β-laktamase Cincin Β-laktam Menghambat sintesis peptidoglikan Æ target: transpeptidase & D-alanin karboksipeptidase Polimerase peptidoglikan terhambat ÆHambat sel yang sedang tumbuh ÆTidak hambat sel yang tidak tumbuh
Struktur dasar dari penisilin: Æ 6- asam aminopenisilat (6-APA) Terdiri dari cincin thiazolidin dg cincin β-laktam 6-APA membawa berbagai macam gugus akil Fermentasi tanpa prekursor akil Æ produksi bermacam penisilin alami Hanya benzilpenisilin yg berguna utk terapeutik + prekursor akil Æ produksi penisilin yg diinginkan
Struktur Penilisin:
Cincin β-laktam Residu gugus akil
Cincin thiazolidin
6-asam aminopenisilat
Produksi komersil: - Alami Æ Penisilin G,V, & O -semisintetik: Æ Penisilin G secara kimia or enzimatik Split Æ 6-APA Dibuat turunannya Æ + syw akil Penisilin akilase
Biosintesis: Cincin β-laktam-thiazolidin ; Æ dikontruksi dari L-cystein & L-valin Æ proses non ribosomal: tripeptida 2 aa & L-α-asam aminoadipat (L-α-AAA) Produk I dari siklisasi : isopenisilin N (reaksi biokimianya belum dimengerti) Benzilpenisilin: Æ pertukaran L-α-AAA dg asam penilasetat teraktivasi
Biosintesis penisilin: Penicillium chrysogenum
HOOC-CH-CH2-CH2-CH2-COOH NH2 L-α-Asam Aminoadipat (L-α-AAA) Cys L-α-AAA-Cys Val L-α-Aminoadippyl-Cysteinil-D-Valine Siklisasi 2 tahap H L-α-AAA– N
S N
O
L-α-AAA-CoA-SH H -CH2-CO– N
Isopenilisin N
fenilasetat
S N
O
COOH
Benzil-penisilin
COOH
Penisilin transakilase
Biosintesis penisilin: Ædipengaruhi [fosfat] Æ Direpresi glukosa Fermentasi menggunakan laktosa Æ gula yg dimotabolisme lambat Pengembangan galur: Produksi : Æ galur Fleming = 2 IU/ml Æ sekarang = 85 000 IU/ml Peningkatan dari 0.0012 g/l Æ 50 g/l Dimulai th 1943
Program Seleksi galur & mutagenesis
Metode produksi: Penisilin G & V Æ diproduksi dg proses fermentasi submerged Æ kapasitas 40 000– 200 000 liter Æ aerobikÆ kendala suply O2 Æ tdk bisa lebih besar
Kurva pertumbuhan produksi penilisin :
Æproduksi selama 40 jam ÆDoubling time 6 jam: -pembentukan biomassa ÆDg fed-batch: - spi 120 – 160 jam
kembali
kembali
kembali
kembali
kembali
kembali
Cephalosporin Æ Cincin β-laktam + dihidrothiazin
Cephalosporium acremonium : - isolasi atb th 1953 - isolasi galur th 1945 Acremonium chrysogenum Æ - Cephalosporin Æ - Penisilin N Æ Cephalosporin steroid P1-P5 Cendawan : - Emericellopsis - Paecilomyces Streptomyces : S. lipmanii S. clavuligerus S. lactamdurans
Sifat: -spektrum luas -Toksisitas rendah - ~ ampisilin - resisten thd penisilin beta laktamase - rentan thd cephalosporin beta laktamase
Biosintesis:
[lisin] rendah
Produksi ningkat
Metode Produksi : Æ mirip produksi penisilin Æ Fermentasi: -fase pertumbuhan biomassa 90 jam -Spi 90 jam konsumsi O2 tinggi Æ perlu aerasi tinggi -90 – 160 jam Æ konsumsi O2 rendah -pH 7 -Suhu 25 – 28 C -Medium : - corn steep liquor - meat meal - sukrosa, glukosa - amonium asetat ÆScr kimia: - dari penisilin Æ harga penisilin rendah
# Valinomisin: - nilai ekonomi rendah - digunakan pd penelitian biokimia Æ hambat fosforilasi oksidatif Æ carrier K+ - S. fulvissimus
# Virginiamisin: - efektif Gram + - pemicu pertumbuhan ternak unggas, babi, sapi - S. virginiae
Atb peptida linier & siklik: -MO : Æ Bacillus Æ sebagian besar atb peptida Æ Streptomyces -BM : 270 – 4500 -Sebagian besar siklik - di Bacillus produksi saat sporulasi Æ berperan dalam proses sporulasi -Aplikasi: terbatas Æ toksikÆ obat luar - Gramisidin Luka & - Tirosidin luka bakar - Basitrasin - polimiksin Æ infeksi Gram – - viomisin TBC - Capreonisin
Basitrasin:
A : BM 200 000 B : BM 210 000 C: BM 380 000
-nilai ekonomi penting -Produksi th 1976 + 500 ton -Obat luar dan makanan ternak -Bacillus lincheniformis -AktivitasÆ hambat sintesis dinding sel Æ sintesis peptidoglikan Biosintesis: Æ tidak melibatkan ribosom, mRNA, & tRNA Æ komplek multienzim dinamakan: “MESIN THIOTEMPLATE” Æ ATP & Mg2+
“MESIN THIOTEMPLATE”
Metode produksi:
Atb Karbohidrat:
Æ Turunan gula & glikosida
Nojirimisin: Æ efektif thd Sarcina lutea & Xanthomonas oryzae Æ aktif menghambat α & β glukosidase dan amilase
Streptomisin: ÆAktivitas : 1. Hambat sintesis protein Æ ikat unit 12S dari subunit 30 S Æ salah kode & baca Æ 12 S situs aktif pengikatan aminoakil-tRNA & tMet-tRNA 2. Rusak membran sel Æ hambat translokasi peptidil-tRNA Æ kebocoran molekul BM kecil ÆBiosintesis: Æ banyak enzim yg diketahui tapi belum dimengerti benar
Metode produksi:
-fermentasi : Æ 150 000 l Æ suhu 28 – 30 C Æ pH 7 Æ waktu 4 – 7 hari Æ sumber C : pati/dekstrin Æ sumber N : soy meal
Atb makrosiklik lakton: ÆEfektif pd Gram + ÆHambat sintesis protein Æ ikat subunit ribosom 50 S ÆS. erythreus -Eritromisin
