細(xì)菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和肽聚糖的合成

關(guān)于細(xì)菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和肽聚糖的合成細(xì)菌的細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)根據(jù)細(xì)菌細(xì)胞壁的構(gòu)造和化學(xué)組成不同，可將其分為G+細(xì)菌（即革蘭氏陽(yáng)性菌）與G-細(xì)菌（即革蘭氏陰性菌）。G+細(xì)菌的細(xì)胞壁較厚（20～80nm），但化學(xué)組成比較單一，只含有90%的肽聚糖和10%的磷壁酸；G-細(xì)菌的細(xì)胞壁較?。?0～15nm），卻有多層構(gòu)造（肽聚糖和脂多糖層等），其化學(xué)成分中除含有肽聚糖以外，還含有一定量的類(lèi)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等成分。此外，兩者的表面結(jié)構(gòu)也有顯著不同。第2頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、肽聚糖(peptidoglycan)G+：聚糖骨架、四肽側(cè)鏈、五肽交聯(lián)橋三維立體結(jié)構(gòu)G-：聚糖骨架、四肽側(cè)鏈二維平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

第3頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.肽聚糖(peptidoglycan)青霉素作用點(diǎn)溶菌酶作用點(diǎn)N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸革蘭陽(yáng)性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽側(cè)鏈、五肽交聯(lián)橋第4頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.肽聚糖(peptidoglycan)革蘭陰性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽側(cè)鏈第5頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、G+菌細(xì)胞壁特殊組分—磷壁酸(teichoicacid)磷壁酸又稱垣酸，是G細(xì)菌細(xì)胞壁所特有的成分，約占細(xì)胞干重的50%。主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。根據(jù)結(jié)合部位不同可分為兩種類(lèi)型：壁磷壁酸和膜磷壁酸。磷壁酸的主要生理功能為：①協(xié)助肽聚糖加固細(xì)胞壁；②提高膜結(jié)合酶的活力。因磷壁酸帶負(fù)電荷，可與環(huán)境中的Mg等陽(yáng)離子結(jié)合，提高這些離子的濃度，以保證細(xì)胞膜上一些合成酶維持高活性的需要；③貯藏磷元素；④調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自溶素的活力，借以防止細(xì)胞因自溶而死亡；⑤作為某些噬菌體特異性吸附受體；⑥賦予G細(xì)菌特異的表面抗原，因而可用于菌種鑒定；⑦增強(qiáng)某些致病菌（如A族鏈球菌）對(duì)宿主細(xì)胞的粘連，避免被白細(xì)胞吞噬，并有抗補(bǔ)體的作用第6頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁特殊組分---磷壁酸

壁磷壁酸膜磷壁酸第7頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、G-菌細(xì)胞壁特殊組分—外膜(outermembrane)外膜脂質(zhì)雙層脂蛋白使脂質(zhì)雙層聯(lián)結(jié)于肽聚糖上脂多糖LPS第8頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.革蘭陰性菌細(xì)胞壁特殊組分---外膜層第9頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天脂多糖(lipopolysaccharid,LPS第10頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天LPS主要功能有：①類(lèi)脂A是G-細(xì)菌致病性內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)；②與磷壁酸相似，也有吸附Mg、Ca等陽(yáng)離子以提高這些離子在細(xì)胞表面濃度的作用；③由于LPS結(jié)構(gòu)的變化，決定了G-細(xì)菌細(xì)胞表面抗原決定簇的多樣性；④是許多噬菌體在細(xì)胞表面的吸附受體；⑤具有控制某些物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的部分選擇性屏障功能。第11頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天革蘭陽(yáng)性菌革蘭陰性菌第12頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天第13頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、細(xì)胞壁的功能維持菌體固有的形態(tài)，并保護(hù)細(xì)菌抵抗低滲環(huán)境，參與物質(zhì)交換。維持菌體內(nèi)外離子平衡磷壁酸是重要的表面抗原與致病性有關(guān)第14頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、細(xì)菌細(xì)胞壁缺陷型（細(xì)菌L型）細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖結(jié)構(gòu)受到理化或生物因素的直接破壞或合成受抑制后，這種細(xì)胞壁缺陷型在高滲環(huán)境中仍可存活。這種細(xì)胞壁受損型因在Lister研究所發(fā)現(xiàn)而得名第15頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天葡萄球菌L型第16頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、細(xì)菌細(xì)胞壁缺陷型（細(xì)菌L型）的特點(diǎn)形態(tài)與著色性改變需在高滲環(huán)境下培養(yǎng)，增殖緩慢，在固體培養(yǎng)基上形成油煎蛋樣菌落致病性減弱，常導(dǎo)致慢性或反復(fù)感染對(duì)作用于細(xì)胞壁的抗生素不敏感第17頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌L型菌落類(lèi)型第18頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天肽聚糖的合成過(guò)程肽聚糖合成分三個(gè)階段第一個(gè)階段：在細(xì)胞質(zhì)中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）

第二個(gè)階段：在細(xì)胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽與N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖單體—雙糖肽亞單位。第三個(gè)階段：已合成的雙糖肽插在細(xì)胞膜外的細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)中，并交聯(lián)形成肽聚糖。第19頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一階段：在細(xì)胞質(zhì)中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）?！钸@一階段起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸，它是由葡萄糖經(jīng)一系列反應(yīng)生成的；☆自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸開(kāi)始，以后的N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是與糖載體UDP結(jié)合的；第20頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸ATP ADPGln Glu葡糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-6-磷酸乙酰CoACoAN-乙酰胞壁酸-UDP磷酸烯醇式丙酮酸PiNADPH NADPN-乙酰葡糖胺-1-磷酸

N-乙酰葡糖胺-UDPUTPPPi第21頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天“Park”核苷酸的合成第22頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二階段：在細(xì)胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽與N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖單體———雙糖肽亞單位?！钸@一階段中有一種稱為細(xì)菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂質(zhì)載體參與，這是一種由11個(gè)類(lèi)異戊烯單位組成的C35類(lèi)異戊烯醇，———它通過(guò)兩個(gè)磷酸基與N-乙酰胞壁酸相連，載著在細(xì)胞質(zhì)中形成的胞壁酸到細(xì)胞膜上，在那里與N-乙酰葡萄糖胺結(jié)合，并在L-Lys上接上五肽(Gly)5,形成雙糖亞單位?！钸@一階段的詳細(xì)步驟如圖所示。其中的反應(yīng)④與⑤分別為萬(wàn)古霉素和桿菌肽所阻斷。第23頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天肽聚糖單體的合成——細(xì)菌萜醇細(xì)菌萜醇（bactoprenol）：又稱類(lèi)脂載體；運(yùn)載“Park”核苷酸進(jìn)入細(xì)胞膜，連接N-乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽“橋”，最后將肽聚糖單體送入細(xì)胞膜外的細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)處。結(jié)構(gòu)式： CH3 CH3 CH3 CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH功能：除肽聚糖合成外還參與微生物多種細(xì)胞外多糖和脂多糖的生物合成，如：細(xì)菌的磷壁酸、脂多糖，

細(xì)菌和真菌的纖維素，第24頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天肽聚糖單體的合成G-M-P-P-類(lèi)脂M-P-P-類(lèi)脂 UDPUDP-G ②UDP ①UDP-M

P-類(lèi)脂 Pi⑤

P-P-類(lèi)脂桿菌肽④ 萬(wàn)古霉素 5甘氨酰-tRNA③ 5tRNA插入至膜外肽聚糖合成處G-M-P-P-類(lèi)脂第25頁(yè),共29頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三階段已合成的雙糖肽插在細(xì)胞膜外的細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)中，并交聯(lián)形成肽聚糖。這一階段分兩步：第一步：是多糖鏈的伸長(zhǎng)———雙糖肽先是插入細(xì)胞壁生長(zhǎng)點(diǎn)上作為引物的肽聚糖骨架（至少含6~8個(gè)肽聚糖單體分子）中，通過(guò)轉(zhuǎn)糖基作用（transglycosylation)使多糖鏈延伸一個(gè)雙糖單位；第二步：通過(guò)轉(zhuǎn)肽酶的轉(zhuǎn)肽作用（transpeptitidation)使相鄰多糖鏈交聯(lián)————轉(zhuǎn)肽時(shí)先是D-丙氨酰-D-丙氨酸間的肽鏈斷裂，釋放出一個(gè)D-丙氨酰殘基，然后倒數(shù)第二個(gè)