细胞壁
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ATP ADP
Gln
Glu
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸
乙酰CoA CoA
果糖-6-磷酸
葡糖胺-6-磷酸
N-乙酰葡糖胺-6-磷酸 UTP PPi N-乙酰葡糖胺-1-磷酸 N-乙酰葡糖胺-UDP
磷酸烯醇式丙酮酸 Pi
N-乙酰胞壁酸-UDP
NADPH NADP
“Park”核苷酸 的合成
第二阶段：
在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽
☆这一阶段的详细步骤如图所示。其中的反应④与⑤分别为 万古霉素和杆菌肽所阻断。
肽聚糖单体的合成——细菌萜醇
细菌萜醇（ bactoprenol ）：又称类脂载体；运载“ Park” 核 苷 酸 进 入 细 胞 膜 ， 连 接 N- 乙 酰 葡 糖 胺 和 甘 氨 酸 五 肽 “桥”，最后将肽聚糖单体送入细胞膜外的细胞壁生长 点处。 结构式： CH3 CH3 CH3 CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH 功能：除肽聚糖合成外还参与微生物多种细胞外多糖和脂 多糖的生物合成， 如：细菌的磷壁酸、脂多糖， 细菌和真菌的纤维素， 真菌的几丁质和甘露聚糖等。
聚糖单体———双糖肽亚单位。
☆这一阶段中有一种称为细菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂质载体 参与，这是一种由11个类异戊烯单位组成的C35 类异戊烯醇， 成的胞壁酸到细胞膜上，在那里与N-乙酰葡萄糖胺结合，并 在L-Lys上接上五肽(Gly)5 ,形成双糖亚单位。
它 通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连，载着在细胞质中形
项 目 强度 肽聚糖层数 肽聚糖含量 革兰氏阳性细菌 较坚韧 可多达50层 占细胞壁干重50%-80% 革兰氏阴性细菌 较疏松 1-2层 占细胞壁干重5%-20%
革兰氏染色反应
细胞壁组成 磷壁酸 外膜 脂多糖(LPS)
呈结晶紫的颜色（紫色）
厚，一般单层 多数含有 无 无
呈复染液的颜色（红色）
薄，多层 无 有 有
这一阶段分两步：
第一步：是多糖链的伸长———双糖肽先是插入细胞壁生长 点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含6~8个肽聚糖单体分子） 中，通过转糖基作用（transglycosylation)使多糖链延伸一 个双糖单位； 第二步：通过转肽酶的转肽作用（transpeptitidation)使相 邻多糖链交联————转肽时先是D-丙氨酰-D-丙氨酸间的 肽链断裂，释放出一个D-丙氨酰残基，然后倒数第二个D丙氨酸的游离羧基与相邻甘氨酸五肽的游离氨基间形成肽键 而实现交联。
细胞壁（Cell Wall）
G+和G-细胞壁共有成份——肽聚糖
G+和G-细胞壁的主要区别 细胞壁的主要功能 细胞壁缺损型细菌
细胞壁的基本骨架——肽聚糖（共有成分）
G+细菌
G- 细菌
革兰氏阳性细胞： 细百度文库壁厚、单层 、含 特有的磷壁酸
革兰氏阴性细胞： 细胞壁薄、多层 ，含 脂多糖、脂蛋白等
特点：
没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态； 有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”； 对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋” 的小菌落（直径在0.1mm左右）；
细菌L型生长缓慢，营养要求高， 对渗透压敏感，普通营养基上不能 生长，培养时必须用高渗的含血清 的培养基。
周质空间（periplasmic space）
对溶菌酶抗性
对青霉素抗性
弱
敏感
强
不敏感
决定了革兰氏染色的性质； 决定细菌的基本形态； 决定细胞的抗膨压（保护细胞免受渗透压变 化的破坏） 决定对溶菌酶的敏感性； 决定了对青霉素的抗性； 为鞭毛运动提供支点； 决定细胞的抗原性；
溶菌酶对细胞壁的作用
◆可切断NAM和NAG之 间的—1，4糖苷键， 引起细菌裂解。 ◆对G-菌，在EDTA存 在下，受溶菌酶作用。
第一阶段：
在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）。
☆这一阶段起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸，它是由葡萄 糖经一系列反应生成的；
☆自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸开始，以后的N-乙酰葡萄糖 胺、 N-乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是与糖载体 UDP结合的；
由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸
L型细菌（L-form of bacteria）
细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自 发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。 因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名
大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌 等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗 有关。
细胞壁干重50%-80%，可多达50层 Degradative enzyme
壁磷壁酸
20-80nm
膜磷壁酸
磷壁酸的结构
磷壁酸的功能
协助肽聚糖加固细胞壁； 增强细胞膜的稳定性；
提高膜结合酶的能力(使细胞壁形成负电荷环境, 以利于 吸附镁离子,维持酶活)
构成噬菌体的吸附位点; 形成表面抗原决定簇的主要成分。
保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其寄 主间的粘连
10-15nm
占细胞壁干重 5%-20%，1-2层
为G-细菌特有，是细菌内毒素的主要成分（热源） 吸附Ca2+、Mg2+，提高其膜表面浓度； LPS决定了表面抗原决定簇的多样性； 是许多噬菌体的吸附受体。
革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌一些特性的比较
又称壁膜空间。指位于细胞壁与细胞 膜之间的狭窄间隙，革兰氏阳性细菌与阴 性细菌均有。内中含有多种蛋白质，例如 蛋白酶、核酸酶等各种解聚酶，运送某些 物质进入细胞的结合蛋白，以及趋化性的 受体蛋白等。
革兰氏染色原理
第一步：结晶紫使菌体着上紫色 第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子大， 能被细胞壁阻留在细胞内。 第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现 不同的反应。 G+ 菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当 乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫 碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色， 仍呈紫色。 Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使 其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加 大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色， 细胞无色，沙黄复染后呈红色。
肽聚糖单体的合成
UDP UDP- G
G - M - P - P -类脂 ②
5 甘氨酰-tRNA
M - P - P -类脂
③
5 tRNA
G - M - P - P -类脂 UDP UDP - M
P -类脂
① ④ 万古霉素 Pi ⑤
P - P -类脂 插入至膜外肽
聚糖合成处
杆菌肽
第三阶段：
已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中，并交联形 成肽聚糖。
细胞壁缺损型细菌
缺壁突变——L型细菌
实验室或宿 主体内形成 缺 壁 细 菌 人工去壁 部分去除——球状体（G-） 在自然界长期进化中形成——枝原体
基本去尽——原生质体（G+）
细胞壁缺损型细菌的特点
无细胞壁，为圆球形 对环境敏感：渗透压，震荡，离心，易 溶菌 有鞭毛，而不能运动 不被噬菌体感染（因为失去吸附位点）
肽聚糖的生物合成与某些抗生素的作用机制
一些抗生素能抑制细菌细胞壁的合成，但是它们的作用 位点和作用机制是不同的。 ① -内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）： 是D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，两者相互竞争转肽 酶的活性中心。当转肽酶与青霉素结合后，双糖肽间的 肽桥无法交联，这样的肽聚糖就缺乏应有的强度，结果 形成细胞壁缺损的细胞，在不利的渗透压环境中极易破 裂而死亡。 ②杆菌肽： 能与十一异戊烯焦磷酸络合，因此抑制焦磷酸酶的作用， 这样也就阻止了十一异戊烯磷酸糖基载体的再生，从而 使细胞壁（肽聚糖）的合成受阻。
◆溶菌酶处理后的菌 细胞应保存在弱高渗 （0.1 ~0.2M）蔗糖 液中。
细胞质 细胞膜
周质空间
细胞壁
肽聚糖的合成
青霉素
青霉素对细菌细胞壁的作用
Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧 链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性
（即抑制肽聚糖的合成），因此， Penicillium仅对正在生 长着的细菌，且主要是对G+菌有效。
Gln
Glu
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸
乙酰CoA CoA
果糖-6-磷酸
葡糖胺-6-磷酸
N-乙酰葡糖胺-6-磷酸 UTP PPi N-乙酰葡糖胺-1-磷酸 N-乙酰葡糖胺-UDP
磷酸烯醇式丙酮酸 Pi
N-乙酰胞壁酸-UDP
NADPH NADP
“Park”核苷酸 的合成
第二阶段：
在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽
☆这一阶段的详细步骤如图所示。其中的反应④与⑤分别为 万古霉素和杆菌肽所阻断。
肽聚糖单体的合成——细菌萜醇
细菌萜醇（ bactoprenol ）：又称类脂载体；运载“ Park” 核 苷 酸 进 入 细 胞 膜 ， 连 接 N- 乙 酰 葡 糖 胺 和 甘 氨 酸 五 肽 “桥”，最后将肽聚糖单体送入细胞膜外的细胞壁生长 点处。 结构式： CH3 CH3 CH3 CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH 功能：除肽聚糖合成外还参与微生物多种细胞外多糖和脂 多糖的生物合成， 如：细菌的磷壁酸、脂多糖， 细菌和真菌的纤维素， 真菌的几丁质和甘露聚糖等。
聚糖单体———双糖肽亚单位。
☆这一阶段中有一种称为细菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂质载体 参与，这是一种由11个类异戊烯单位组成的C35 类异戊烯醇， 成的胞壁酸到细胞膜上，在那里与N-乙酰葡萄糖胺结合，并 在L-Lys上接上五肽(Gly)5 ,形成双糖亚单位。
它 通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连，载着在细胞质中形
项 目 强度 肽聚糖层数 肽聚糖含量 革兰氏阳性细菌 较坚韧 可多达50层 占细胞壁干重50%-80% 革兰氏阴性细菌 较疏松 1-2层 占细胞壁干重5%-20%
革兰氏染色反应
细胞壁组成 磷壁酸 外膜 脂多糖(LPS)
呈结晶紫的颜色（紫色）
厚，一般单层 多数含有 无 无
呈复染液的颜色（红色）
薄，多层 无 有 有
这一阶段分两步：
第一步：是多糖链的伸长———双糖肽先是插入细胞壁生长 点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含6~8个肽聚糖单体分子） 中，通过转糖基作用（transglycosylation)使多糖链延伸一 个双糖单位； 第二步：通过转肽酶的转肽作用（transpeptitidation)使相 邻多糖链交联————转肽时先是D-丙氨酰-D-丙氨酸间的 肽链断裂，释放出一个D-丙氨酰残基，然后倒数第二个D丙氨酸的游离羧基与相邻甘氨酸五肽的游离氨基间形成肽键 而实现交联。
细胞壁（Cell Wall）
G+和G-细胞壁共有成份——肽聚糖
G+和G-细胞壁的主要区别 细胞壁的主要功能 细胞壁缺损型细菌
细胞壁的基本骨架——肽聚糖（共有成分）
G+细菌
G- 细菌
革兰氏阳性细胞： 细百度文库壁厚、单层 、含 特有的磷壁酸
革兰氏阴性细胞： 细胞壁薄、多层 ，含 脂多糖、脂蛋白等
特点：
没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态； 有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”； 对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋” 的小菌落（直径在0.1mm左右）；
细菌L型生长缓慢，营养要求高， 对渗透压敏感，普通营养基上不能 生长，培养时必须用高渗的含血清 的培养基。
周质空间（periplasmic space）
对溶菌酶抗性
对青霉素抗性
弱
敏感
强
不敏感
决定了革兰氏染色的性质； 决定细菌的基本形态； 决定细胞的抗膨压（保护细胞免受渗透压变 化的破坏） 决定对溶菌酶的敏感性； 决定了对青霉素的抗性； 为鞭毛运动提供支点； 决定细胞的抗原性；
溶菌酶对细胞壁的作用
◆可切断NAM和NAG之 间的—1，4糖苷键， 引起细菌裂解。 ◆对G-菌，在EDTA存 在下，受溶菌酶作用。
第一阶段：
在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）。
☆这一阶段起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸，它是由葡萄 糖经一系列反应生成的；
☆自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸开始，以后的N-乙酰葡萄糖 胺、 N-乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是与糖载体 UDP结合的；
由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸
L型细菌（L-form of bacteria）
细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自 发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。 因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名
大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌 等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗 有关。
细胞壁干重50%-80%，可多达50层 Degradative enzyme
壁磷壁酸
20-80nm
膜磷壁酸
磷壁酸的结构
磷壁酸的功能
协助肽聚糖加固细胞壁； 增强细胞膜的稳定性；
提高膜结合酶的能力(使细胞壁形成负电荷环境, 以利于 吸附镁离子,维持酶活)
构成噬菌体的吸附位点; 形成表面抗原决定簇的主要成分。
保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其寄 主间的粘连
10-15nm
占细胞壁干重 5%-20%，1-2层
为G-细菌特有，是细菌内毒素的主要成分（热源） 吸附Ca2+、Mg2+，提高其膜表面浓度； LPS决定了表面抗原决定簇的多样性； 是许多噬菌体的吸附受体。
革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌一些特性的比较
又称壁膜空间。指位于细胞壁与细胞 膜之间的狭窄间隙，革兰氏阳性细菌与阴 性细菌均有。内中含有多种蛋白质，例如 蛋白酶、核酸酶等各种解聚酶，运送某些 物质进入细胞的结合蛋白，以及趋化性的 受体蛋白等。
革兰氏染色原理
第一步：结晶紫使菌体着上紫色 第二步：碘和结晶紫形成大分子复合物，分子大， 能被细胞壁阻留在细胞内。 第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现 不同的反应。 G+ 菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当 乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫 碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色， 仍呈紫色。 Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使 其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加 大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色， 细胞无色，沙黄复染后呈红色。
肽聚糖单体的合成
UDP UDP- G
G - M - P - P -类脂 ②
5 甘氨酰-tRNA
M - P - P -类脂
③
5 tRNA
G - M - P - P -类脂 UDP UDP - M
P -类脂
① ④ 万古霉素 Pi ⑤
P - P -类脂 插入至膜外肽
聚糖合成处
杆菌肽
第三阶段：
已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中，并交联形 成肽聚糖。
细胞壁缺损型细菌
缺壁突变——L型细菌
实验室或宿 主体内形成 缺 壁 细 菌 人工去壁 部分去除——球状体（G-） 在自然界长期进化中形成——枝原体
基本去尽——原生质体（G+）
细胞壁缺损型细菌的特点
无细胞壁，为圆球形 对环境敏感：渗透压，震荡，离心，易 溶菌 有鞭毛，而不能运动 不被噬菌体感染（因为失去吸附位点）
肽聚糖的生物合成与某些抗生素的作用机制
一些抗生素能抑制细菌细胞壁的合成，但是它们的作用 位点和作用机制是不同的。 ① -内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）： 是D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，两者相互竞争转肽 酶的活性中心。当转肽酶与青霉素结合后，双糖肽间的 肽桥无法交联，这样的肽聚糖就缺乏应有的强度，结果 形成细胞壁缺损的细胞，在不利的渗透压环境中极易破 裂而死亡。 ②杆菌肽： 能与十一异戊烯焦磷酸络合，因此抑制焦磷酸酶的作用， 这样也就阻止了十一异戊烯磷酸糖基载体的再生，从而 使细胞壁（肽聚糖）的合成受阻。
◆溶菌酶处理后的菌 细胞应保存在弱高渗 （0.1 ~0.2M）蔗糖 液中。
细胞质 细胞膜
周质空间
细胞壁
肽聚糖的合成
青霉素
青霉素对细菌细胞壁的作用
Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧 链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性
（即抑制肽聚糖的合成），因此， Penicillium仅对正在生 长着的细菌，且主要是对G+菌有效。