English

Penicylina była pierwszym antybiotykiem odkrytym przez człowieka.

Lecznicze działanie penicyliny stało się impulsem do dalszych badań, które zaowocowały wielkim postępem w dziedzinach takich jak chemia, bakteriologia, farmakologia i medycyna. W tym artykule chcę Wam przybliżyć właściwości, okoliczności odkrycia tej jakże niezwykłej substancji oraz dzieje jej odkrywcy.

Sir Aleksander Fleming urodził się 6 sierpnia 1881 roku w Lochfield w Szkocji. Jego ojciec był farmaceutą. Aleksander F. uczęszczał do szkół w Louden Moor, Darvel i Akademii w Kilmarnock, zanim przeprowadził się do Londynu. Tam podjął w 1901 roku studia medyczne w szkole przy szpitalu Świętej Marii. Już jako student dostał medal za rozprawę na temat ostrych infekcji bakteryjnych. Po ukończeniu szkoły z wyróżnieniem w 1906 roku rozpoczął w niej badania, które trwały do roku 1914, a były prowadzone pod kierownictwem Sir Almroth’a Wright’a – wybitnego specjalisty od szczepionek. Podczas pierwszej wojny światowej został wcielony do służb medycznych, gdzie dosłużył się stopnia kapitana. Będąc w wojsku miał wiele okazji by przyjrzeć się zainfekowanym ranom, po czym doszedł do wniosku, że wiele leków bardziej wyniszcza organizm człowieka niż same bakterie. Po zakończeniu wojny w 1918 roku powrócił do Świętej Marii, gdzie otrzymał tytuły profesora szkoły i emerytowanego profesora bakteriologii Uniwersytetu Londyńskiego. Już w młodości interesował się wpływem bakterii na organizm ludzki. Na szczęście był w stanie kontynuować prace badawcze mimo kariery wojskowej. Po demobilizacji zajął się poszukiwaniem substancji antybakteryjnych, które byłyby nietoksyczne i można by je podawać zwierzętom. Był członkiem większości stowarzyszeń medycznych i naukowych na świecie, został ponadto nagrodzony doktoratem honoris causa ponad 30 amerykańskich i europejskich uniwersytetów i otrzymał tytuł Wodza Doy-gei-tau plemienia Kiowa (Indianie z Ameryki północnej). W 1943 został członkiem Towarzystwa Królewskiego. Doktor Aleksander Fleming zmarł 11 marca 1955 roku w Londynie na atak serca i został pochowany w katedrze Św. Pawła.

Przygoda Aleksandra Fleminga z penicyliną zaczęła się w 1928 roku od przypadkowego zakażenia kultur bakterii z rodzaju staphylococcus przez pleśń. Dr. Fleming zauważył, że w pewnej odległości wokół rozwiniętej kultury pleśni, bakterie uległy rozproszeniu. Zjawisko to było tak nadzwyczajne, że wymagało głębszego zbadania. Uczony wyizolował grzyba i wyhodował go w osobnej szalce. Dzięki temu mógł określić niektóre właściwości pleśni. Okazało się że grzyb ten należy do grupy Penicillium. Następnie zidentyfikowano go jako Penicillium notatum. Polska nazwa tej pleśni to pędzlak (z łaciny: penicillium – pędzel, notatum – naznaczony, znaczny). Postanowił wyhodować pleśń na jeszcze jednej szalce a następnie rozmieścić różne bakterie promieniście od pleśni. Niektóre mikroby spokojnie rosły obok pleśni – inne natomiast rozwijały się kilka centymetrów dalej. Doświadczenie to pokazało, że pędzlak produkuje substancję, która szkodzi jednym mikrobom, a innym nie. W ten sam sposób Dr. Fleming sprawdził wiele innych gatunków pleśni, ale żaden z nich nie wytwarzał tej antybakteryjnej substancji.

Jako że substancję tę znalazł tylko w penicillium notatum, nazwał ją penicillinum (penicyliną). Penicylina nie była pierwszym antybiotykiem odkrytym przez Dr. Fleminga. W tym samym roku doktor znalazł w ludzkiej ślinie i łzach oraz w białku z kurzego jaja substancję, którą nazwał lizozymem. Lizozym hamował rozwój bakterii, ale niestety nie tych najbardziej groźnych dla człowieka. Z penicyliną jest inaczej. Niszczy mikroby powodujące syfilis, rzeżączkę, szkarlatynę, błonicę, artretyzm, bronchit (nieżyt oskrzeli), zakażenia krwi, zakażenia kostne, zapalenie płuc, gruźlicę oraz różne inne dolegliwości.

Jedną z ważniejszych właściwości penicyliny jest to, że nie niszczy ona leukocytów – białych krwinek, tak jak robiły to wtedy stosowane środki. Ówczesne środki bakteriobójcze (np. fenol) były dla leukocytów zabójcze, a bakterie szybko się na nie uodporniały. Penicylina nie jest trująca, więc nie można jej przedawkować, ani się nią zatruć. Działanie penicyliny polega na zahamowaniu budowy ściany komórkowej w komórkach nowo powstałych bakterii. Penicylina blokuje enzym – transpeptydazę, która odpowiada za syntezę ściany komórkowej. Ściana jest bardzo ważnym organem komórki bakteryjnej. To właśnie przez nią dyfundują substancje potrzebne komórce do życia i to ona utrzymuje wszystkie organy komórki „na miejscu”. Jeśli proces osmozy (dyfuzji przez błony komórkowe) ulegnie zahamowaniu albo gdy wnętrzności bakterii „wypłyną” na zewnątrz, komórka zginie. W przypadkach niektórych infekcji dawka 50000 jednostek penicyliny jest wystarczająca, ale bez obawy można podać pacjentowi 100 milionów jednostek. Istnieje jednak niebezpieczeństwo podania zbyt małej dawki! Przy ilości penicyliny niewystarczającej do zabicia bakterii mogą się one bardzo szybko na penicylinę uodpornić. Odporność ta polega na zdolności bakterii do wyprodukowania beta-laktamaz – enzymów rozkładających penicylinę. U niektórych ludzi penicylina może powodować szok anafilaktyczny, którego przyczyną jest uczulenie organizmu na ten związek. Prawdą jest, że penicylina to zdumiewający lek, lecz niestety dopiero w 1940 roku dwóch chemików angielskich: Sir Ernest Borys Chain oraz Sir Howard Walter Florey opracowało proces wyodrębniania czystej penicyliny z kultur pędzlaka. To odkrycie zaowocowało zastosowaniem penicyliny na masową skalę. Powstały potężne fabryki, w których hodowano pędzlaka. Za swoje osiągnięcia Sir Aleksander Fleming, Sir Ernest Borys Chain oraz Sir Howard Walter Florey otrzymali w 1945 roku Nagrodę Nobla, „za odkrycie penicyliny i jej leczniczych efektów w wielu chorobach zakaźnych”

Pod względem chemicznym penicyliny to cała grupa związków chemicznych, a ta najbardziej użyteczna to penicylina G. Wyróżnia ją grupa benzylowa.

Penicylina jest kwasem karboksylowym jednozasadowym zawierającym w swej cząsteczce dwa pierścienie heterocykliczne: pięcioczłonowy (niebieski) i czteroczłonowy - -laktamowy (czerwony). Kolor zielony reprezentuje wspólne elementy obu pierścieni. Jej systematyczna nazwa według Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) to: 3,3-dimethyl-7-oxo-6-[(phenylacetyl)amino]-4-thia-1-azabicyclo[3.2.0]heptane-2-carboxylic acid

Niektóre właściwości penicyliny G:

Wzór sumaryczny: C16H18N2O4S

Masa =334.391 u

Gęstość =1.42g/cm3

Obecnie penicylinę produkuję się z pleśni penicillium chryzogenum. Przewagę penicyliny G uzyskuje się dodając do pożywki związki zawierające grupę benzylową, które grzyb wykorzysta do syntezy. Dzięki takiej metodzie można otrzymać penicylinę o 95% zawartości penicyliny G.

Penicylina uratowała już życie wielu milionom ludzi i możemy być pewni że w przyszłości uratuje dużo więcej istnień.

Cząsteczka penicyliny G.

Legenda:

biały - wodór

żółty - siarka

czerwony - tlen

niebieski - azot

błękitny - węgiel

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA

• „Słownik Chemii”, Wyd. Prószyński i S-ka
• „Chemia Organiczna”, Witold Danikiewicz
• „Encyklopedia”, Powszechne Wydawnictwo Gutenberga
• „Mała Encyklopedia Zdrowia”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe
• „Encyklopedia Nauki”, Państwowe wydawnictwo Naukowe
• „Świat Wiedzy”, Wydawnictwo Marshal’a Cavendish’a
• „The 100. A Ranking of the Most Influential Personns in History”, Michael Hart
• http://www.encyklopedia.pwn.pl/
• http://www.nobel.se/
• http://www.wiem.onet.pl/

ACKNOWLEDGEMENTS

Konsultacja: mgr Ewa Bramora, mgr Barbara Kucharska.