细菌细胞壁对细菌功能的影响-周纯华

细菌细胞壁对细菌功能的影响

兽医学院2010级动物丁颖班周纯华201030710330

【摘要】细胞壁是在细菌细胞的外围，是一层坚韧而具有一定弹性的保护膜。细胞壁的主要功能是维持细菌外形，保护细菌耐受低渗环境。细胞壁还具有阻挡有害的物质进入菌体，维持菌体内外离子平衡，参与细胞的正常分裂等作用，并与细菌的致病性、抗原性、对噬菌体和药物的敏感性以及革兰染色特性等密切相关。

【关键词】细胞壁；功能；遗传变异；完整性；自身稳定性；致病性细胞壁是围在细菌最外层的固体物质，虽然它不是组成生命物质的必须组分，但是它对于维持细菌正常的生理功能具有重要的作用。本文就从细菌细胞壁的组成、结核分枝杆菌的毒性的传播、自溶素对细菌的调控作用等方面来进行综述如下。

1.细菌细胞壁的组成

1.1细菌的分类[1]

根据细菌细胞壁的构造和化学组成不同，可将其分为革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌的细胞壁较厚（20～80nm），但化学组成比较单一，只含有90％的肽聚糖和10％的磷壁酸；但革兰氏阴性菌的细胞壁较薄（10～15nm），却有多层构造（肽聚糖和脂多糖层等），其化学成分中除含有肽聚糖以外，还含有一定量的类脂质和蛋白质等成分。此外，两者在表面结构上也有显著不同。

1.2各个组分的具体介绍

1.2.1肽聚糖[2]

肽聚糖（peptidoglycan）,又称粘肽(mucopetide)、糖肽（glycopeptide）或胞壁质，是细菌细胞壁特有的物质。细胞壁的机械强度有赖于肽聚糖的存在。合成肽聚糖是原核生物特有的能力。革兰阳性菌细胞壁的肽聚糖是由聚糖链支架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成的复杂聚合物。

1.2.1.1聚糖链支架

由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸通过以β-1，4糖苷键交替连接起来，构成肽聚糖骨架。溶菌酶是一种可以作用于肽聚糖β-1，4糖苷键的分解酶，可将肽聚糖分解成许多N-乙酰葡萄糖胺和N-乙

酰胞壁酸，从而破坏细胞壁的骨架，它广泛存在于卵清、人的泪液和鼻腔、部分细菌和噬菌体内。

1.2.1.2四肽侧链

一般是由4个氨基酸连接成的短肽链连接在N-乙酰胞壁酸分子上。在革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌中4个氨基酸是按L型与D型交替排列的方式连接而成的，即L-丙氨酸，D-谷氨酸，L-赖氨酸，D-丙氨酸。在革兰氏阴性菌菌如大肠杆菌中为L-丙氨酸，D-谷氨酸，m-DAP(内消旋二氨基庚二酸)，D-丙氨酸。两者的差异主要在第3个氨基酸分子上。

1.2.1.3五肽交联桥

肽桥将相邻“肽尾”相互交联形成高强度的网状结构。不同细菌的肽桥类型不同。在革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌中肽桥为甘氨酸五肽，这一肽桥的氨基端与甲肽尾中的第4个氨基酸的羧基相连接，而它的羧基端则与乙肽尾中的第3个氨基酸的氨基相连接，从而使前后两个肽聚糖单体交联起来形成网状结构；在革兰氏阴性菌如大肠杆菌中没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅由甲肽尾的第4个氨基酸D-丙氨酸的羧基与乙肽尾第3个氨基酸m-DAP的氨基直接相连形成了较稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套。目前所知的肽聚糖有100多种，而不同种类的区别主要表现在肽桥的不同。

1.2.2磷壁酸

磷壁酸又称垣酸，是革兰氏阳性菌细胞壁所特有的成分，约占细胞干重的50％。主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。根据结合部位不同可分为两种类型：壁磷壁酸和膜磷壁酸。

磷壁酸的主要生理功能为：①协助肽聚糖加固细胞壁；②提高膜结合酶的活力。因磷壁酸带负电荷，可与环境中的Mg等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；③贮藏磷元素；④调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡；⑤作为某些噬菌体特异性吸附受体；⑥赋予G细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定；⑦增强某些致病菌（如A族链球菌）对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，并有抗补体的作用。

1.2.3外膜

也称外壁，是革兰氏阴性菌所特有的结构。它位于细胞壁的最外层，厚18～20nm。由脂多糖、磷脂双分子层与脂蛋白组成。因含有脂多糖，也常被称为脂多糖层。外膜的内层是脂蛋白，连接着磷脂双

分子层与肽聚糖层；中间是磷脂双分子层，它与细胞膜的脂双层非常相似，只是其中插有跨膜的孔蛋白；外层是脂多糖。

1.2.4脂多糖（LPS）

脂多糖是革兰氏阴性菌细胞壁所特有的成分，位于革兰氏阴性菌细胞壁最外面的一层较厚（8～10nm）的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O－特异侧链3部分组成。类脂A是由2个氨基葡萄糖组成的二糖，分别与磷酸和长链脂肪酸相连；核心多糖是由5～10种糖，主要是己糖或己糖胺组成；O-特异侧链（也称O-抗原）是由3～5个单糖组成的多个重复单位聚合而成，O-抗原具有抗原特异性。

LPS主要功能有：①类脂A是革兰氏阴性菌致病性内毒素的物质基础；②与磷壁酸相似，也有吸附Mg、Ca等阳离子以提高这些离子在细胞表面浓度的作用；③由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性菌细胞表面抗原决定簇的多样性。据统计（1983），国际上已报道根据LPS的结构特性而鉴定过沙门氏菌属的表面抗原类型多达2107个；

④是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；⑤具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。

脂多糖要维持其结构的稳定性需要足量Ca的存在。如果用螯合剂除去Ca，LPS就解体。这时，革兰氏阴性菌的内壁层肽聚糖就暴露出来，因而就可被溶菌酶所水解。

1.2.5膜蛋白

蛋白质在革兰氏阴性菌细胞壁中含有较多的蛋白质，主要有外膜蛋白、脂蛋白、嵌合在脂多糖和磷脂层上的蛋白等。另外还有存在于周质空间的周质蛋白（包括各种负责溶质运输的蛋白以及各种水解酶类和某些合成酶类）。在革兰氏阴性菌细胞壁中也有蛋白质，但含量较少。

2.细菌细胞壁的致病性

2.1结核分枝杆菌的危害[3]

结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）是一种致病性的病原菌，它可以引起的具有传染性的结核病（Tuberculosis）。目前由于艾滋病的大规模流行以及多重耐药性（MDR）菌株的广泛产生，已再度成为对人类健康最大的威胁之一。（Peterson,2005;Van Rie,2006）我国是结核病疫情最严重的国家之一，结核病患者数量居世界第二位。分枝杆菌的细胞壁结构独特，对细菌的生命、形态、毒性传播的非常重要，也是目前多数抗结核药物作用的靶位点。