抗生素的作用机制
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（2）从抗生素抗性突变株中可以分离出抗生 素作用的靶蛋白发生了变化而产生的抗性菌株 。在体外每次分别将原株中靶蛋白的一种成分 用抗性变株来代替构成重组系统，根据抑制的 消失可以确定靶蛋白中与抗生素活性有关的组 份。
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13
利福平在纯化的酶体系中的作用机制
β亚基突变
×
β 利福平
×
RNA
×
β亚基＋利福平的复合物
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9
细胞外实验：部分纯化的细胞抽提物
具体操作过程
DNA
前体物
1.聚合的酶或细胞器
2.信息系统
合成或激活
RNA 蛋白质 肽聚糖
抗生素
如果抗生素在体外抑制与在生长细胞中所抑制的大分子相
同，那么它通常作用在聚合过程，也可能作用于信息分子
；如果体外不抑制，而生长细胞中抑制，则可能作用于前
体物的合成或激活。
所有这些反应均发生在细胞质中。
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26
UDP－胞壁酰五肽形成示意图
胞浆
UDP-N-乙酰胞壁酸
胞壁酰三肽
磷酸烯醇式丙酸酮
UDP-N-乙酰葡萄糖胺
精品文档
UDP－胞壁酰五肽
27
(2) 单体的形成及跨膜转运
UDP－胞壁酰五肽首先脱去UMP，胞壁酸的端 基异构体C原子与十一聚异戊二烯磷酸(类脂分 子，作为胞壁酰五肽的载体)形成二磷酸二酯 键。通过β，1－4糖苷键，N－乙酰葡萄糖胺加 到胞壁酸上，从而完成了单体的合成。 这些反应发生在细胞质膜上。
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14
第三节 细胞壁合成抑制物
首先简要介绍不同种类微生物的细胞壁化学结 构和主要成分的合成途径。
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15
一、细胞壁的结构和构造
细胞壁的功能 保持细菌外形 维持菌体内高渗透压
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16
肽聚糖的结构
N—乙酰葡萄糖胺(G) N—乙酰胞壁酸(M)
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17
1．G＋细菌的细胞壁
G＋细菌的细胞壁是一层均一物质，由肽聚糖和相 当数量的磷壁酸组成。
膜磷壁酸 壁磷壁酸
精品文档
18
2．G－－细菌的细胞壁
亲水性的跨外膜孔蛋白
1外膜
2 脂蛋白 3 肽聚糖
壁膜间隙
精品文档
质膜
19
G＋` G－细胞壁成分的区别
成分
占细胞壁干重的%
G＋
G－
肽聚糖 含量很高（30-95） 含量很低（5-20）
磷壁酸 含量较高（<50） 0
类脂质 一般无（<2）
含量较高（10-20）
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10
利福平在部分纯化的无细胞体系中作用机制
核苷三磷酸
RNA聚合酶
× RNA
DNA为模板
利福平
这个体外转录体系由细菌的RNA聚合酶催化时，其活性 将被利福平抑制，由真核细胞的RNA聚合酶催化时，其 活性并不被利福平抑制。
推论：生长细胞中RNA合成的阻断，来自于利福平与
RNA聚合酶的直接作用。
第三章 抗生素的作用机制
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1
第一节 一般性论述
抗生素是微生物群 体生长的抑制物。 群体生长来自单个 细胞繁殖，即构成 细胞物质的复制和 随后细胞分裂为两 个子细胞过程。
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2
抗生素影响微生物细胞的代谢的条件
(1) 进入细胞并到达作用位点； (2) 物理性地结合于细胞结构(靶分子)，该细 胞结构参与对保持细胞生长或内环境稳定必不 可少的某一过程； (3) 抗生素与主要酶或细胞结构结合。
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3
抗生素的作用机制
抗生素在分子水平上干扰微生物细胞任一基本代谢的某一种机制。
影响胞浆膜 的通透性
抑制细胞壁的Biblioteka Baidu合成
抑 制
DNA
合 成 影响叶酸代谢
精品文档 抑制RNA合成
抑制蛋白质合成
根据抗生素干扰代谢过程的不同，抗生素 通常分为五大类
(1)细胞壁合成抑制物 ； (2)遗传物质的复制或转 录抑制物； (3)蛋白质合成抑制物； (4)细胞膜功能抑制物； (5)抗代谢物。
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5
第二节 研究方法
为了阐明一个抗生素的作用机制，需要进行一 系列的实验研究。 包括：(1) 完整细胞水平，(2) 部分纯化的无细 胞体系水平，(3) 一个或多个纯化的酶体系水 平。
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6
一、在完整细胞水平上对活性的研究
放射性标记 特异前体物
敏感菌株的培养基
抗生素
DNA RNA 蛋白质 肽聚糖
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28
单体在上合成的示意图
β，1－4糖苷键
UDP－Glc
UDP－胞壁酰五肽
十一聚异戊二烯磷酸
细胞膜
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29
(3) 肽聚糖链的组装及三维结构的构建
肽聚糖合成的最后几步是由几种酶催化完成。 ①转糖基酶：催化M上的C－1与G上的C－4之间形成β －糖苷键。②转肽酶：催化4－位上的D－Ala与邻近五 肽上DAP的ε－氮形成肽键(该反应通过释放五肽供体上 的末端D－Ala而发生)。③D－羧肽酶：催化五肽末端D －Ala水解。④内肽酶：催化水解已合成的肽聚糖链上 的肽链。
用标记的胸苷追踪DNA合成、尿苷追踪RNA合成。苯
丙氨酸追踪蛋白质合成。乙酰葡萄糖胺追踪肽聚糖合成
。
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7
利福平在完整细胞水平上的作用机制
原初效应
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8
二、在部分纯化的无细胞体系中对活性的研究
一旦确定了抗生素的原初效应，接着就必 须阐明产生抑制是因为抗生素干扰： (1) 前体物的合成或激活； (2) 参与聚合的酶或细胞器； (3) 决定前体物掺入聚合物的信息系统 。
蛋白质 0
含量较高
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20
链 球 菌
精品文档
G+菌----紫色
21
大 肠 杆 菌
精品文档
G-菌----淡红色
22
铜绿假单胞菌
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G-菌----淡红色
23
3．肽聚糖的生物合成
大肠杆菌肽聚糖的生物合成可以分为三个阶段。 (1) 基本单元UDP-胞壁酰五肽的形成 (2) 单体的形成及跨膜转运 (3) 肽聚糖链的组装及三维结构的构建
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11
三、在纯化的酶体系中对活性的研究
聚合酶通常包含多种成分，每一种成分都可能 成为抗生素作用的靶子。 在一定限度内，能够确定是哪一种酶反应受到 了干扰，并且鉴定出哪一个成分是抗生素作用 的靶子。
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12
靶聚合体系的鉴定
（1）通过放射化学方法或检测蛋白质色谱变 化或蛋白质电泳迁移率变化，鉴定出抗生素与 酶蛋白结合后形成的复合物。
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24
UDP－胞壁酰五肽的结构
G UDP-N-乙酰葡萄糖胺
M
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25
(1) 基本单元UDP-胞壁酰五肽的形成
N－乙酰葡萄糖胺（G）以其激活形式UDP－G 与磷酸烯醇式丙酸酮缩合，双键还原形成UDPN－乙酰胞壁酸（UDP－M）；
L－Ala、D－Glu和间－DAP相继加到UDP－M 上，生成中间物胞壁酰三肽，二肽D－Ala－D －Ala(由两个L－Ala分子异构和缩合而来)又加 到胞壁酰二肽上，形成UDP－胞壁酰五肽终产 物。
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利福平在纯化的酶体系中的作用机制
β亚基突变
×
β 利福平
×
RNA
×
β亚基＋利福平的复合物
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细胞外实验：部分纯化的细胞抽提物
具体操作过程
DNA
前体物
1.聚合的酶或细胞器
2.信息系统
合成或激活
RNA 蛋白质 肽聚糖
抗生素
如果抗生素在体外抑制与在生长细胞中所抑制的大分子相
同，那么它通常作用在聚合过程，也可能作用于信息分子
；如果体外不抑制，而生长细胞中抑制，则可能作用于前
体物的合成或激活。
所有这些反应均发生在细胞质中。
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UDP－胞壁酰五肽形成示意图
胞浆
UDP-N-乙酰胞壁酸
胞壁酰三肽
磷酸烯醇式丙酸酮
UDP-N-乙酰葡萄糖胺
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UDP－胞壁酰五肽
27
(2) 单体的形成及跨膜转运
UDP－胞壁酰五肽首先脱去UMP，胞壁酸的端 基异构体C原子与十一聚异戊二烯磷酸(类脂分 子，作为胞壁酰五肽的载体)形成二磷酸二酯 键。通过β，1－4糖苷键，N－乙酰葡萄糖胺加 到胞壁酸上，从而完成了单体的合成。 这些反应发生在细胞质膜上。
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第三节 细胞壁合成抑制物
首先简要介绍不同种类微生物的细胞壁化学结 构和主要成分的合成途径。
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一、细胞壁的结构和构造
细胞壁的功能 保持细菌外形 维持菌体内高渗透压
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肽聚糖的结构
N—乙酰葡萄糖胺(G) N—乙酰胞壁酸(M)
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1．G＋细菌的细胞壁
G＋细菌的细胞壁是一层均一物质，由肽聚糖和相 当数量的磷壁酸组成。
膜磷壁酸 壁磷壁酸
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18
2．G－－细菌的细胞壁
亲水性的跨外膜孔蛋白
1外膜
2 脂蛋白 3 肽聚糖
壁膜间隙
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质膜
19
G＋` G－细胞壁成分的区别
成分
占细胞壁干重的%
G＋
G－
肽聚糖 含量很高（30-95） 含量很低（5-20）
磷壁酸 含量较高（<50） 0
类脂质 一般无（<2）
含量较高（10-20）
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利福平在部分纯化的无细胞体系中作用机制
核苷三磷酸
RNA聚合酶
× RNA
DNA为模板
利福平
这个体外转录体系由细菌的RNA聚合酶催化时，其活性 将被利福平抑制，由真核细胞的RNA聚合酶催化时，其 活性并不被利福平抑制。
推论：生长细胞中RNA合成的阻断，来自于利福平与
RNA聚合酶的直接作用。
第三章 抗生素的作用机制
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1
第一节 一般性论述
抗生素是微生物群 体生长的抑制物。 群体生长来自单个 细胞繁殖，即构成 细胞物质的复制和 随后细胞分裂为两 个子细胞过程。
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2
抗生素影响微生物细胞的代谢的条件
(1) 进入细胞并到达作用位点； (2) 物理性地结合于细胞结构(靶分子)，该细 胞结构参与对保持细胞生长或内环境稳定必不 可少的某一过程； (3) 抗生素与主要酶或细胞结构结合。
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抗生素的作用机制
抗生素在分子水平上干扰微生物细胞任一基本代谢的某一种机制。
影响胞浆膜 的通透性
抑制细胞壁的Biblioteka Baidu合成
抑 制
DNA
合 成 影响叶酸代谢
精品文档 抑制RNA合成
抑制蛋白质合成
根据抗生素干扰代谢过程的不同，抗生素 通常分为五大类
(1)细胞壁合成抑制物 ； (2)遗传物质的复制或转 录抑制物； (3)蛋白质合成抑制物； (4)细胞膜功能抑制物； (5)抗代谢物。
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第二节 研究方法
为了阐明一个抗生素的作用机制，需要进行一 系列的实验研究。 包括：(1) 完整细胞水平，(2) 部分纯化的无细 胞体系水平，(3) 一个或多个纯化的酶体系水 平。
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一、在完整细胞水平上对活性的研究
放射性标记 特异前体物
敏感菌株的培养基
抗生素
DNA RNA 蛋白质 肽聚糖
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单体在上合成的示意图
β，1－4糖苷键
UDP－Glc
UDP－胞壁酰五肽
十一聚异戊二烯磷酸
细胞膜
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29
(3) 肽聚糖链的组装及三维结构的构建
肽聚糖合成的最后几步是由几种酶催化完成。 ①转糖基酶：催化M上的C－1与G上的C－4之间形成β －糖苷键。②转肽酶：催化4－位上的D－Ala与邻近五 肽上DAP的ε－氮形成肽键(该反应通过释放五肽供体上 的末端D－Ala而发生)。③D－羧肽酶：催化五肽末端D －Ala水解。④内肽酶：催化水解已合成的肽聚糖链上 的肽链。
用标记的胸苷追踪DNA合成、尿苷追踪RNA合成。苯
丙氨酸追踪蛋白质合成。乙酰葡萄糖胺追踪肽聚糖合成
。
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利福平在完整细胞水平上的作用机制
原初效应
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二、在部分纯化的无细胞体系中对活性的研究
一旦确定了抗生素的原初效应，接着就必 须阐明产生抑制是因为抗生素干扰： (1) 前体物的合成或激活； (2) 参与聚合的酶或细胞器； (3) 决定前体物掺入聚合物的信息系统 。
蛋白质 0
含量较高
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20
链 球 菌
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G+菌----紫色
21
大 肠 杆 菌
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G-菌----淡红色
22
铜绿假单胞菌
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G-菌----淡红色
23
3．肽聚糖的生物合成
大肠杆菌肽聚糖的生物合成可以分为三个阶段。 (1) 基本单元UDP-胞壁酰五肽的形成 (2) 单体的形成及跨膜转运 (3) 肽聚糖链的组装及三维结构的构建
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11
三、在纯化的酶体系中对活性的研究
聚合酶通常包含多种成分，每一种成分都可能 成为抗生素作用的靶子。 在一定限度内，能够确定是哪一种酶反应受到 了干扰，并且鉴定出哪一个成分是抗生素作用 的靶子。
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12
靶聚合体系的鉴定
（1）通过放射化学方法或检测蛋白质色谱变 化或蛋白质电泳迁移率变化，鉴定出抗生素与 酶蛋白结合后形成的复合物。
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UDP－胞壁酰五肽的结构
G UDP-N-乙酰葡萄糖胺
M
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25
(1) 基本单元UDP-胞壁酰五肽的形成
N－乙酰葡萄糖胺（G）以其激活形式UDP－G 与磷酸烯醇式丙酸酮缩合，双键还原形成UDPN－乙酰胞壁酸（UDP－M）；
L－Ala、D－Glu和间－DAP相继加到UDP－M 上，生成中间物胞壁酰三肽，二肽D－Ala－D －Ala(由两个L－Ala分子异构和缩合而来)又加 到胞壁酰二肽上，形成UDP－胞壁酰五肽终产 物。