chap7 植物和微生物糖类

Oligosaccharides from fungal and plant cell walls that elicit plant defense responses
Proposed model for the signaling leading to the activation of defense genes
发展和思考
植物ECM如何合成和组装？ ECM如何适应细胞体积变化而生长？ 糖基化对于植物的作用？ 植物凝集素在生理和发育中的作用? 植物中的淀粉和纤维素可以被生物转化
制造乙醇，从而对抗能源危机，其功与 过？
新能源
生物燃料
– 淀粉乙醇 – 纤维素乙醇 – 生物柴油 – 沼气
生物质能 风能 生物氢能 光伏电池、燃料电池和温差热发电
(PK) Protein kinase; (LOX) lipoxygenase; (JA) jasmonic acid.
植物的天然防御体系小结
保护性形态结构：蜡质、毛、刺、胶质等 植保素phytoalexin：类萜和异黄酮 木质素：木质化作用防止病原菌进一步扩展 抗病蛋白：抵御病原的伤害，包括几丁质酶、
植物糖生物学的几个有趣问题
植物细胞壁的结构和功能？
– 如何适应植物自身生长？ – 细胞壁除了支持植物形体还有什么功能？ – 如何利用植物细胞壁中的能源物质？
固氮菌为何专一性感染豆科植物并结瘤？ 如何让植物更高效的固碳和固氮？ 利用转基因植物表达哺乳哺乳动物糖蛋白存在
什么问题？
对植物细胞壁认识的过程
合物） 结构糖蛋白 木质素：芳香族化合物 交联和修饰有关的酶类
有花植物 初级 细胞壁结构模型
纤维素 原纤维
木葡聚糖
果胶
伸展蛋白
半纤维素
主要结构：
– 单子叶植物（如禾谷类）：阿拉伯木聚糖 – 双子叶植物（如豆类）：木葡聚糖
主要单糖成分：
– Glc、Gal、GalA、Rha、Fuc、Ara、Xyl
每种能源都有其优缺点，应仔细权衡， 因地制宜的开发，不宜一窝蜂发展
节能减排，从我做起，威力不可小视
充分发展可再生能源，力争构筑全产业 链。
微生物糖生物学的几个有趣问题
病原微生物的细胞壁多糖、凝集素与抗 感染药物开发
微生物多糖的应用
– 微生物纤维素 – 黄原胶 – 透明质酸
细菌中是否有糖蛋白？
细菌多糖
古细菌中发现了新型的糖复合物，如糖基化的 多聚谷氨酸。
细菌中发现与哺乳动物类似的糖复合物，如沙 眼衣原体中高甘露糖型N-糖蛋白，肝素样分子。 可能产生于基因的横向转移，与病原菌逃避宿 主免疫系统有关。
黄原胶 (Xanthan)
黄单胞杆菌Xanthomonas Campestris发酵产生的细 胞外酸性杂多糖，由D-葡 萄糖，D-甘露糖和D-葡萄 糖醛酸，以及丙酮酸和乙 酸所组成的“重复单元” 组成。
可广泛应用于石油开采、 印染、食品添加剂、医药 和化妆品等。
细菌糖蛋白
古细菌和细菌的某些种可使蛋白糖基化，这些 糖蛋白包括：表层蛋白、鞭毛蛋白、细胞分泌 的多糖降解酶等。
结构糖蛋白
Gly rich glycoprotein Pro rich glycoprotein Hyp rich glycoprotein(HRGP)
– 伸展蛋白：含Ara的短O-糖链 – 阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGP)：含糖量90%以
上
植物细胞的生长
植物细胞生长需要蛋白质和寡糖介导的 木葡聚糖网络的松开过程。
由膨胀蛋白、内切葡聚糖酶、木葡聚糖 内切转移糖苷酶等催化完成。
寡糖素
植物自卫系统的激活及其机制 在植物和病原体的相互作用中，任何一方的细胞
壁寡糖均可作为诱导子，引发植物的防御反应。 寡糖激活剂
– 葡七聚糖 – 半乳糖醛酸寡聚糖 – 几丁质寡聚糖
寡糖类植物生长调节剂——解开木葡聚糖网络
– 木葡寡聚糖： (XXFG) – 半乳糖醛酸寡聚糖
体)、植物凝集素、病原相关蛋白。 寡糖素 RNAi 凝集素 ……
根瘤菌与宿主共生的信息分子
根瘤的形成是一个植物和根瘤菌共同参与的复 杂过程。
由豆科植物根系释放的类黄酮可以诱导细菌 nod基因表达 合成LCO
结瘤因子
– 壳寡糖脂(LCO)
结瘤基因
– 共同基因 – 调控基因 – 宿主专一性基因
革兰氏阴性菌 薄，10—15 少，占胞壁干重10%左 右 多，约11—22% 无 有 有 有
Hale Waihona Puke Baidu
肽聚糖的合成
荚膜
某些细菌细胞壁外存在的厚度不定的胶 状物质。
主要成分为多糖、多肽或蛋白质，也有 DNA。
–同质多糖：葡聚糖（肠膜状明串珠菌等）、 纤维素（木醋杆菌）
–杂多糖：一些链球菌 （如透明质酸的发酵 制取）
Structures of LCOs produced by Rhizobium strains
LCO由四聚或五聚壳 寡糖主链组成，主链 的非还原端连接有一 长链不饱和脂肪酸。
豆科寄主和根瘤菌间 的识别具有种专一性。
LCO可在极低浓度下 可引起根尖敏感区大 量基因应答，引发根 瘤形成。
植物糖蛋白中复杂型N-聚糖 结构特点
1665年，Robert hook 发现细胞壁； 60年代前，细胞壁被认为是无生命的盒
子； 70年代，发现细胞壁内的酶和蛋白质； 80年代，发现细胞壁对侵入病原有反应； 90年代，发现细胞壁在植物生长和分化
中有重要的信号功能。
植物细胞壁结构
纤维素微原纤维 -(1,4Glc)n半纤维素网格：杂聚多糖 果胶（半乳糖醛酸或半乳糖醛酸甲酯聚
结构的不同导致植物N-糖链具有高免疫原性
– 核心1,3岩藻糖基 – 1,2木糖基
Manα-1,6
Fucα-1,6
Xylβ1,2 Manβ-1,4-GlcNAcβ-1,4-GlcNAc-Asn
Manα-1,3
Fucα-1,3
转基因植物的糖基化工程改造
– 缺失GlcNAcT-1基因 – 敲除某些糖基转移酶
肽聚糖
膜衍生寡糖(MDO)
脂多糖 荚膜多糖
细菌抵御补体和噬菌 体攻击的第一道防线
G+/G-细菌细胞壁结构的差异
古细菌和某些细菌可使蛋白质糖基化
大肠杆菌的细胞壁
G+和G-细菌细胞壁的差异
细胞壁结构 厚度 肽聚糖含量
脂类含量 磷壁酸 外膜 脂蛋白 脂多糖
革兰氏阳性菌 厚，20—60 多，占胞壁干重50— 80% 少，约1—4% 有 无 无 无