第三节微生物独特合成代谢举例PPT课件

1、 主要内容：主要内容： 一、生物固氮（略）一、生物固氮（略） 二、肽聚糖生物合成二、肽聚糖生物合成微生物特有的结构大分子：微生物特有的结构大分子：细菌：肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、各种荚膜成分等细菌：肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、各种荚膜成分等真菌：葡聚糖、甘露聚糖、纤维素、几丁质等真菌：葡聚糖、甘露聚糖、纤维素、几丁质等肽聚糖：绝大多数原核微生物细胞壁所含有的独特成分；在细菌肽聚糖：绝大多数原核微生物细胞壁所含有的独特成分；在细菌的生命活动中有重要功能，尤其是许多重要抗生素如青霉素、头孢的生命活动中有重要功能，尤其是许多重要抗生素如青霉素、头孢霉素、万古霉素、环丝氨酸（恶唑霉素）和杆菌肽等呈现其选择毒

2、霉素、万古霉素、环丝氨酸（恶唑霉素）和杆菌肽等呈现其选择毒力（力（selective toxicity）的物质基础。是在抗生素治疗上有特别意义）的物质基础。是在抗生素治疗上有特别意义的物质。的物质。合成特点合成特点：合成机制复杂，步骤多，且合成部位几经转移；合成机制复杂，步骤多，且合成部位几经转移；合成过程中须要有能够转运与控制肽聚糖结构元件的载体（合成过程中须要有能够转运与控制肽聚糖结构元件的载体（UDP和和细菌萜醇）参与。细菌萜醇）参与。合成过程合成过程：依发生部位分成三个阶段：依发生部位分成三个阶段：细胞质阶段：合成派克（细胞质阶段：合成派克（Park）核苷酸）核苷酸细胞膜阶段：合成肽聚

3、糖单体细胞膜阶段：合成肽聚糖单体细胞膜外阶段：交联作用形成肽聚糖细胞膜外阶段：交联作用形成肽聚糖二、微生物结构大分子二、微生物结构大分子肽聚肽聚糖的合成糖的合成第一阶段：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，它是由葡萄糖经一系列反应生成的；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-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖胺、胺、 N-乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是与糖载体乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是与糖载体UDP结合

4、的；结合的；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ATPADPGlnGlu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 CoAN-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 PiNADPH NADPN-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-UDPUTP PPi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-乙乙酰胞壁酸酰胞壁酸“Park”核苷酸的核苷酸的合成合成第二阶段：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-乙酰葡萄糖胺合乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体成肽聚糖单体双

5、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 类异戊类异戊烯醇，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 ,形成双糖亚形成双糖亚单位。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。其

6、中的反应与与分别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G - M - P - P -类脂 M - P - P -类脂UDPUDP- G UDPUDP - 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： CH3CH3 CH3CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9

7、CH2C=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， 真菌的几丁质和甘露聚糖等。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。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（至少含点上作为引物的肽聚糖骨架（至少含68个肽聚糖单体分子）个肽聚糖单体分子）中，通过转糖基作用（中，通过转糖基作用（transglycosylati

8、on)使多糖链延伸一使多糖链延伸一个双糖单位；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)使相邻使相邻多糖链交联多糖链交联转肽时先是转肽时先是D-丙氨酰丙氨酰-D-丙氨酸间的肽丙氨酸间的肽链断裂，释放出一个链断裂，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。实现交联。肽聚糖的生物合成与某些抗生素的肽聚糖的生物合成与某些抗生素的作用机制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。位点和作用机制是不同的。 -内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）：内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）：是是D-丙氨酰丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，两者相互竞争转肽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。裂而死亡