细菌细胞壁的结构和肽聚糖的合成

葡萄球菌L型
5、细菌细胞壁缺陷型（细菌L型） 的特点
• 形态与着色性改变 • 需在高渗环境下培养，增殖缓慢，在固体 培养基上形成油煎蛋样菌落 • 致病性减弱，常导致慢性或反复感染 • 对作用于细胞壁的抗生素不敏感
细菌L型菌落类型
肽聚糖的合成过程
• 肽聚糖合成分三个阶段 第一个阶段：在细胞质中合成N-乙酰胞壁 酸五肽（“Park”核苷酸） 第二个阶段：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聚糖单体— 双糖肽亚单位。 第三个阶段：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。
• 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，
肽聚糖单体的 合成
UDP UDP- G
G - M - P - P -类脂 ②
5 甘氨酰-tRNA
③
5 tRNA
M - P - P -类脂 G - M - P - P -类脂 UDP UDP - M
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
革兰阳性菌
革兰阴性菌
细胞壁
革兰阳性菌
革兰阴性菌
强度 厚度 肽聚糖层数 肽聚糖含量
糖类含量 脂类含量 磷壁酸 外膜
较坚韧 20~80nm 可多达50层
占细胞壁干重 50%~80% 约45% 1%~4% + —
较疏松 10~15nm 1~2层
占细胞壁干重 5%~20% 15%~20% 11%~22% — +
• 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。
Thanks
外膜
3. 革兰阴性菌细胞壁特殊组分--外膜层
脂多糖(lipopolysaccharid,LPS
• LPS主要功能有：①类脂A是G-细菌致病性 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G-细菌细胞表面抗原决定簇的 多样性；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。
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 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，———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。 • ☆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。
革兰阴性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽侧链
2、 G+菌细胞壁特殊组分—磷壁 酸(teichoic acid)
• 磷壁酸又称垣酸，是G细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；
细菌的细胞壁的结构和肽聚糖 的合成
主要内容
• 细菌的细胞壁的结构
• 肽聚糖的合成
细菌的细胞壁的结构
根据细菌细胞壁的构造和化学组成不同，可将其分为G+ 细菌（即革兰氏阳性菌）与G-细菌（即革兰氏阴性菌）。 G+细菌的细胞壁较厚（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；G-细菌的 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，两者的表面 结构也有显著不同。
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。 • 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；
1、肽聚糖(peptidoglycan)
• G+：聚糖骨架、四肽側链、五肽交联桥
三维立体结构
• G-：聚糖骨架、四肽側链
二维平面网络结构
1. 肽聚糖(peptidoglycan)
革兰阳性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥 N-乙酰葡糖胺 N-乙酰胞壁酸
溶菌酶作用点
青霉素作用点
1. 肽聚糖(peptidoglycan)
4、细胞壁的功能
• 维持菌体固有的形态，并保护细菌抵抗低
渗环境，参与物来自百度文库交换。
• 维持菌体内外离子平衡
• 磷壁酸是重要的表面抗原 • 与致病性有关
5、细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）
• 细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物 因素的直接破坏或合成受抑制后，这种细 胞壁缺陷型在高渗环境中仍可存活。这种 细胞壁受损型因在Lister研究所发现而得 名
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
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
2. 革兰阳性菌细胞壁特殊组分---磷壁酸
膜磷壁酸
壁磷壁酸
3、 G-菌细胞壁特殊组分—外膜 (outer membrane)
脂质双层 脂蛋白 使脂质双层联结 于肽聚糖上 脂多糖 LPS