抗菌素 原来如此！实验室常用抗生素的分子机制

最近有个实习生来实验室，X哥给她安排了一个构建慢病毒过表达载体的实验。

今天早上她告诉我昨晚做的大肠杆菌扩增质粒的培养液今天早上还是很清晰的。我问她培养液加了什么抗生素。她说是卡那霉素单硫酸酯，我给她看了之前的一篇文章。

她恍然大悟。刚到实验室的小白大部分人不知道抗生素的用法和作用原理。今天X湿哥给大家介绍一下。

一个

抗生素的作用原理

第一个被发现的自然是著名的青霉素，它在二战期间拯救了无数生命。

现代实验室研究的细胞大多是原核细胞和真核细胞。为了独立研究某些类型的细胞，有必要抑制其他类型细胞的增殖。比如在升高293T时加入青霉素/链霉素，可以抑制潜在原核细菌的增殖，但不影响293T的功能。

真菌分泌并抑制细菌

抗生素的作用机制是什么？这首先要了解细胞生命活动的本质。如果细菌或细胞想要存活，它需要以下条件才能正常进行:

DNA复制:在DNA聚合酶的作用下，DNA本身被复制，每个细胞在有丝分裂时都有一套DNA；

转录和RNA形成过程:在RNA聚合酶的催化下，用DNA模板链合成RNA，产生mRNA的过程；；

翻译和蛋白质合成过程:mRNA在核糖体中作为模板，tRNA转运氨基酸、合成肽或蛋白质；

细胞膜完整性:细胞膜是阻止细胞外物质自由进入细胞的屏障，保证了细胞内环境的相对稳定性，使各种生化反应有序进行。

细胞壁的完整性:原核单细胞生物需要有细胞壁，细胞壁位于细菌细胞的最外层，包围着细胞膜，以保持细胞的正常形态，避免因机械力和渗透压失衡而破裂。

摧毁任何一个环节，细胞都会死亡！死定了！

2

实验中漏掉了抗生素？

(1)抑制RNA转录和DNA复制:抑制核酸的功能阻止细胞分裂和/或所需酶的合成，抗生素包括Zeocin、利福平等

(2)干扰蛋白质合成:干扰蛋白质合成中核糖体的正常组装，例如竞争结合大小亚基。抗生素包括四环素、链霉素、氯霉素(用于提高质粒产量)、新霉素、庆大霉素、卡那霉素和嘌呤霉素。

基因霉素(G418)抑制真核细胞中的蛋白质合成

(3)破坏细胞膜结构:一些抗生素与细胞膜相互作用，影响细胞膜的通透性，对细胞有致命的影响。这样作用的抗生素是多粘菌素和短杆菌。

(4)抑制细菌细胞壁合成:抑制细胞壁合成会导致细菌细胞破裂和死亡。抗生素的特点是β-内酰胺类抗生素，包括氨苄青霉素和卡霉素。哺乳动物细胞如293T和CHO没有细胞壁，不受这些药物的影响。

三

抗生素对于真核原核生物是不一样的！

因为原核细胞和真核细胞的一些分子合成特性不同，以蛋白质合成过程为例。

原核生物，其核糖体为70S，由30S和50S亚基组成。真核细胞，核糖体是80S，由40S和60S亚基组成。四环素和链霉素主要与细菌核糖体的30S亚基结合，抑制细菌蛋白质的合成。

氯霉素、红霉素、青霉素、卡那霉素只能特异性作用于原核生物的核糖体。

白喉毒素和环己酰亚胺只作用于真核生物的核糖体；

潮霉素、嘌呤霉素(结构类似于tRNA分子末端)和蓖麻毒素可以抑制原核生物和真核生物的核糖体。

四

质粒的抗性基因是什么？

很多质粒有AmpR、PuroR、KanR、TetR等，称为抗性基因。

有的童鞋会问，我在扩增和包装质粒的时候，为什么要在培养基中添加抗生素？为什么质粒有抗性基因？

因为质粒不是细胞的必需元素，甚至可以说是负担。质粒在没有抗生素的培养基中增殖时逐渐被消除。只有当抗生素被添加到培养基中，并且抗性基因赋予宿主细菌分解抗生素的能力时，细胞才会保留质粒。

就像平时，不需要武器，但是战场上你要拔枪射敌人才能自保。这种质粒相当于一把机关枪，给细胞在抗生素环境中生存的条件。这样我们研究的功能基因就可以存在于每个细胞中。

关注后，获得《科研实践手册》1.0、2.0、3.0、4.0和基金文章的最佳收藏