细菌细胞壁的结构和肽聚糖的合成.ppt

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（2080nm），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（1015nm），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。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.肽聚糖肽聚糖(peptidoglycan)青霉素作用点 溶菌酶作用点 N-乙酰葡糖胺 N-乙酰胞壁酸 革兰阳性菌肽聚糖聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥 1.肽聚糖肽聚糖(peptidoglycan)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：协助肽聚糖加固细胞壁；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；贮藏磷元素；调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡；作为某些噬菌体特异性吸附受体；赋予G细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定；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革兰阳性菌细胞壁特殊组分-磷壁酸磷壁酸 壁磷壁酸壁磷壁酸 膜磷壁酸膜磷壁酸 3、G-菌细胞壁特殊组分外膜(outer membrane)外膜 脂质双层 脂蛋白 使脂质双层联结于肽聚糖上 脂多糖 LPS 3.革兰阴性菌细胞壁特殊组分革兰阴性菌细胞壁特殊组分-外膜层外膜层 脂多糖脂多糖(lipopolysaccharid,LPS LPS主要功能有：类脂A是G-细菌致病性内毒素的物质基础；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；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；是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。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 较坚韧 较疏松 厚度 2080nm 1015nm 肽聚糖层数 可多达50层 12层 肽聚糖含量 占细胞壁干重50%80%占细胞壁干重5%20%糖类含量 约45%15%20%脂类含量 1%4%11%22%磷壁酸+外膜 +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，参与物质交换。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 葡萄球菌葡萄球菌L型型 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 细菌细菌L型菌落类型型菌落类型 肽聚糖的合成过程 肽聚糖合成分三个阶段 第一个阶段：在细胞质中合成在细胞质中合成N-乙酰胞壁乙酰胞壁酸五肽（“酸五肽（“Park”核苷酸）”核苷酸）第二个阶段：第二个阶段：在细胞膜上由在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸五肽与五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体双糖肽亚单位。双糖肽亚单位。第三个阶段：已合成的双糖肽插在细胞膜第三个阶段：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。外的细胞壁生长点中，并交联形成肽聚糖。第一阶段：在细胞质中合成在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽乙酰胞壁酸五肽（“（“Park”核苷酸）核苷酸）。这一阶段起始于这一阶段起始于N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺-1-磷酸磷酸，它是由葡萄糖经一系列反应生成的；它是由葡萄糖经一系列反应生成的；自自N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺-1-磷酸开始，以后的磷酸开始，以后的N-乙酰葡萄糖胺、乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸，以及胞乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是与糖载体壁酸五肽，都是与糖载体UDP结合的；结合的；由葡萄糖合成由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 果糖果糖-6-磷酸磷酸 ATP ADP Gln Glu 葡糖胺葡糖胺-6-磷酸磷酸 N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺-6-磷酸磷酸 乙酰乙酰CoA CoA N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸-UDP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 Pi NADPH NADP N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺-1-磷酸磷酸 N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺-UDP UTP PPi“Park”核苷酸”核苷酸的合成的合成 第二阶段：在细胞膜上由在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体聚糖单体双糖肽亚单位。双糖肽亚单位。这一阶段中有一种称为细菌萜醇这一阶段中有一种称为细菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂质脂质载体参与，这是一种由载体参与，这是一种由11个类异戊烯单位组成的个类异戊烯单位组成的C35 类异类异戊烯醇，戊烯醇，它它 通过两个磷酸基与通过两个磷酸基与N-乙酰胞壁酸相连，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，在那里与载着在细胞质中形成的胞壁酸到细胞膜上，在那里与N-乙乙酰葡萄糖胺结合，并在酰葡萄糖胺结合，并在L-Lys上接上五肽上接上五肽(Gly)5,形成双糖形成双糖亚单位。亚单位。这一阶段的详细步骤这一阶段的详细步骤如图所示如图所示。其中的反应与分别。其中的反应与分别为万古霉素和杆菌肽所阻断。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=CHCH2OH 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 G-M-P-P-类脂 M-P-P-类脂 UDP UDP-G UDP UDP-M P-类脂 Pi P-P-类脂 杆菌肽 万古霉素 5 甘氨酰-tRNA 5 tRNA 插入至膜外肽 聚糖合成处 G-M-P-P-类脂 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。形成肽聚糖。这一阶段分两步：这一阶段分两步：第一步：是多糖链的伸长第一步：是多糖链的伸长双糖肽先是插入细胞壁生双糖肽先是插入细胞壁生长点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含长点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含68个肽聚糖单体个肽聚糖单体分子）中，通过转糖基作用（分子）中，通过转糖基作用（transglycosylation)使多糖链使多糖链延伸一个双糖单位；延伸一个双糖单位；第二步：通过转肽酶的转肽作用（第二步：通过转肽酶的转肽作用（transpeptitidation)使相使相邻多糖链交联邻多糖链交联转肽时先是转肽时先是D-丙氨酰丙氨酰-D-丙氨酸间丙氨酸间的肽链断裂，释放出一个的肽链断裂，释放出一个D-丙氨酰残基，然后倒数第二个丙氨酰残基，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。肽键而实现交联。Thanks