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항생제 쉽게 이해하기
항생제의 작용기전 및 분류
Dr Lee Won
・ 2017. 3. 15. 17:43
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① 세포벽 합성 억제
ß-lactam 항생제 penicillin, cephalosporin, monobactam, carbapenem(imipenem), ß-lactamase inhibitor (살균)
비 ß-lactam 항생제 vancomycin, bacitracin, fosfomycin, cycloserin, INH, teicoplanin (살균)
② 세포막 투과 변화
amphotericin B, polymixin, azole, nystatin
③ 단백 합성 억제
30S ribosome tetracycline(정균), aminoglycoside(amikacin, gentamicin)(살균)
50S ribosome macrolide(erythromycin), lincosamide(clindamycin), chloramphenicol, streptogramine (정균)
④ 핵산 합성 억제
DNA dependent RNA polymerase rifampicin (살균)
DNA gyrase quinolone (살균)
⑤ 대사 억제(엽산 합성 억제)
sulfonamide, trimethoprim, pyrimethamine (정균)
한눈에 정리를 해봅니다^^
항생제 작용 기전
① 세포벽 합성 억제
세포벽 합성을 억제하는 항생제를 왜 ß-lactam 항생제와 비 ß-lactam 항생제로 분류할까요?
ß-lactam 계 항생제는 예외 없이 공통적으로
ß-lactam ring
이라는 구조를 가지고 있습니다.
ß-lactam ring
이 고리에서 ß-lactam 계 항생제가 PBP(penicillin - binding protein) 이라는 효소에 결합해서 세포벽 합성 억제가 일어나는 것입니다.
비 ß-lactam 계 항생제의 기전은 패스....^^;
② 세포막 투과 변화
세포막 기능을 억제하는 항생제는 진균에 작용하는 polyene 및 azole
그람 음성균에 작용하는 polymyxin 등이 있습니다.
세포막에 작용하는 항생제에 당한 곰팡이나 세균들은 마치 북두신권에 제압 당한 악당들처럼 내부에 있는 고분자나 이온들이 세포 밖으로 터져 나오면서 죽게 됩니다.
Polymyxin은 그람 음성균에 작용하는 생소한 항생제인데 phospholipid에 작용하여 세포막을 파괴합니다.
따라서 polymyxin에 대한 감수성은 phospholipid가 세포막과 세포벽에 얼마나 달려있느냐에 달려 있습니다.
결국 그람 양성균에는 효과가 없음
아무튼 워낙 특이해서 다른 항생제와 교체 내성은 없지만 사람 세포에도 작용해서 독성과 부작용이 심해 거의 사용하지 않음 ㅡㅡ;
반면에 항 진균제로 쓰이는 polyene과 azole은 임상에도 많이 쓰이는데
Polyene에 대표적으로 amphotericin B와 nystatin이 있으며 이들은 진균 세포막에 있는 'esgosterol'과 결합하여 세포막 투과성을 변화시킵니다.
무좀약으로 많이 쓰이는 azole
Azole 화합물로서는
ketoconazole, clotrimazole, echonazole 등의 imidazole 계열과
fluconazole, itraconazole, tercoazole 등의 triazole 계열의 약물이 있으며
이 화합물들은 sterol-α-demethylase 효소를 억제하여 결과적으로 ergosterol 합성을 방해함으로써 항진균작용을 나타내게 됩니다.
그래서 우리가 흔히 쓰는 무좀약에는 ~~azole 계열의 약이 포함되어 있겠습니다.
③ 단백 합성을 억제하는 항생제
30S ribosome - tetracycline, aminoglycoside 50S ribosome - macrolide, lincosamide, chloramphenicol, streptogramine
ribosome
이 항생제들은 세균의 ribosome에 달라붙어서 단백 합성을 저해합니다.
세균의 ribosome은 70S complex로 30S + 50S subunit으로 구성
Tetracycline, aminoglycoside는 30S와 결합하여 tetracycline은 정균 효과를 aminoglycoside는 살균효과를 나타냅니다.
Macrolide, lincosamide, chloramphenicol 등은 50S와 결합하여 주로 정균작용을 나타냅니다.
사람 인체의 ribosome은 40S + 60S로 구성되어 항생제의 영향을 받지 않습니다.
각각의 항생제마다 구체적인 기전이 다른데
예를 들면 aminoglycoside는 단백 합성의 초기 반응을 억제하고 30S와 결합 m-RNA의 전달 암호를 잘못 판단하게 해서 엉뚱한 단백질을 만들게....
tetracycline은 t-RNA가 m-RNA와 결합하는 것을 방해....
clindamycin은 t-RNA가 50S와 결합하는 것을 억제....
Macrolide는 50S가 30S와 결합해서 70S complex를 만드는 것을 방해하고 단백 사슬의 elongation 과정에서 t-RNA와 ribosome을 분리....
Chloramphenicol 역시 t-RNA 결합 방해와 함께 peptide bond 형성을 억제하여 항균작용....
④ 핵산 합성을 억제하는 항생제
대표적으로 Quinolone과 Rifampicin이 있는데 세균의 DNA 전사(transcription)나 해석(translation) 및 RNA 형성에 지장을 주어 항균작용을 합니다.
Rifampicin은 DNA dependent RNA polymerase에 결합하여 RNA 합성을 방지
Quinolone은 DNA gyrase(topoisomerase II)의 작용을 억제해서 DNA를 파괴합니다.
DNA gyrase?
DNA는 항상 전체 가닥이 노출되어 있는 것이 아니라 평상시엔 이중나선 외에 추가적인 나선 꼬임으로 슈퍼 코일을 이루며 차곡차곡 접혀 있습니다.
쉽게 말해 DNA 합성 과정이 시작될 때 이 꼬인 코일을 풀어주었다가 합성이 완료되면 다시 꼬아서 슈퍼 코일을 만드는 그런 일을 하는 효소가 DNA gyrase입니다.
⑤ 엽산 합성을 억제하는 항생제
신선한 녹색 채소와 동물의 간, 우유에 많이 들어 있는 비타민이 바로 엽산(folic acid)입니다.
엽산은 핵산 및 단백질 합성에 중요한 전구물질로 작용합니다.
엽산 결핍 시 태아의 척추기형, 거대 적아구성 빈혈, 동맥경화, 골다공증, 파킨슨병 등과 관련이 있다고 보고되고 있습니다.
sulfonamide, trimethoprim이 대표적인 항생제인데 sulfonamide는 1932년 독일의 약리학자 도마크에 의해 발견되었고 수많은 인명을 세균감염으로부터 구해낸 첫 번째 항생제라고 합니다.
Folic acid의 구조
엽산의 기본 성분 중 PABA(para-amino-benzoic acid)와 아주 흡사한 구조의 sulfonamide가 PABA 대신 끼어들어감으로써 엽산 합성의 장애가 일어난다고 합니다.
trimethoprim은 dihydrofloate를 tetrahydrofolate로 전환시키는 효소인 dihydorfloate reductase에 작용해서 항균작용~
아무튼 저 두 항생제를 함께 사용하면 상승작용이 있어 임상에서 많이 사용하는 Bactrim(trimethoprim-sulfamethoxazole) 이 됩니다.
<참고 문헌 만화 항생제> <goolge 이미지 발췌>