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1、细菌细胞壁的组成结构细胞壁的观察方法： 质壁分离染色 电镜观察G与 G细菌 cw 的模式结构共有组分 肽聚糖特有组分 G 磷壁酸G 脂多糖细胞壁是位于菌体的外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的 10%25%。细胞壁是位于菌体的外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的 10%25%。概念：肽聚糖是由 N乙酰胞壁酸（ NAM）和 N乙酰葡糖胺（NAG）以及短肽链（主要是四肽）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。（1）细胞壁的基本骨架肽聚糖（共有成分）肽聚糖网格状结构2G+ 菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan):磷
2、壁酸(teichoic acid)细胞壁厚度 较厚，2030nm细胞壁分层 不分层肽聚糖含量 含量高（30-70）肽聚糖层数 层数多交联度 交联度高磷壁酸 有脂多糖 无DAP 无肽聚糖：含量高，占壁重的 3070% ；不同菌种中肽聚糖(肽链) 组分不同,具重要分类意义 革兰氏阳性细菌肽聚糖（peptidoglycan）的结构（幻灯片 015.016.017.018）以 Staphylococcus aureus 为代表。肽聚糖层厚度为 2080nm，由约 40 层网状分子组成。网状的肽聚糖大分子是由大量小分子单体聚合而成的。每一肽聚糖单体含有三个组成部分：a) 双糖单位，N-乙酰葡萄糖胺与 N
3、-乙酰胞壁酸分子通过 B-1，4-糖苷键连接而成；b) 短肽尾，由四个氨基酸连起来的短肽连接在 N-乙酰胞壁酸分子上。这四个氨基酸是L-丙氨酸-D-谷氨酸-L-赖氨酸-D- 丙氨酸；c) 肽桥，S. Aureus 的肽桥为甘氨酸五肽。肽桥的氨基端与前一肽聚糖链中一个肽尾的第四氨基酸D-丙氨酸的羧基相连接，而它的羧基端则与相邻的肽聚糖链中一个肽尾的第三氨基酸碱性氨基酸 L-赖氨酸的氨基相连接，从而使前后两个肽聚糖链交联起来。溶菌酶：A. Fleming，1922 年发现，存在于卵清、人的泪液和鼻涕、部分细菌和噬菌体内，能有效地水解细菌肽聚糖，作用于肽聚糖骨架上的 N-乙酰胞壁酸的 C1 与 N-
4、乙酰葡糖胺C4 之间的 B-1，4-糖苷键。Gram positive cells have only two layers, the cytoplasmic membrane and a THICK LAYER of peptidoglycan as the outermost component.磷壁酸 teichoic acid（垣酸）占壁干重 4050%。是以磷酸多元醇分子的重复结构单位为主链（骨架）的阴离子多聚物。在多数情况下，磷壁酸分子中的磷酸多元醇是磷酸甘油，或磷酸核糖醇，因此，根据主链组成不同可以将磷壁酸分为两大类：磷酸甘油型磷壁酸核糖醇型磷壁酸幻灯片 019.020）为革兰氏
5、阳性细菌特有。有两种类型：a) 壁磷壁酸，与肽聚糖分子之间发生共价结合，可以用稀酸或稀碱提取，含量可达细胞壁重量的 50%（细胞干重的 10%） ，含量多少与培养基成分密切相关；b) 膜磷壁酸（即脂磷壁酸） ，有甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成的，其含量与培养条件关系不大，可以用 45%热酚水提取，也可以用热水从脱脂的冻干细菌中提取。磷壁酸的结构主要有甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸等物种类型，甘油磷壁酸，存在于Lactobacillus casei（干酪乳杆菌）等细菌中，核糖醇磷壁酸存在于 Staphylococcus aureus 和Bacillus（芽孢杆菌属）等细菌中。一般一种
6、菌含有一种磷壁。根据结合部位的不同分为：壁磷壁酸:含量多，通过共价键与肽聚糖分子结合 ,并延伸到肽聚糖分子表面, 带有负电荷。 膜磷壁酸:与菌细胞原生质膜的脂类结合。磷壁酸首先是在细胞壁中发现的，近年来还发现在细胞质膜也存在有磷壁酸，所以后者 又成为膜磷壁酸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 磷壁酸的主要生理功能：a) 带负电荷，可与环境中 Mg+等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞
7、膜上一些合成酶维持高活性的需要；b) 保证革兰氏阳性致病菌（如 A 族链球菌）与其寄主间的粘连（主要为膜磷壁酸） ；c) 赋予革兰氏阳性菌以特异的表面抗原；d) 提供某些噬菌体以特异的吸附受体。3G的细胞壁细胞壁厚度 较薄 10-15nm细胞壁分层 分层：外壁层 6-10nm内壁层 2-3nm肽聚糖含量 只占组分的 5-10%肽聚糖层数 低，一般 1-2 层肽聚糖交联度 较低磷壁酸 有（在外膜层）脂多糖 无 抗原决定因子 O-抗原 蛋白质幻灯片 023）以 E. Coli 为代表，肽聚糖含量不足细胞壁的 10%，一般由 12 层网状分子构成，在细胞壁上的厚度仅为 3nm。结构单体与革兰氏阳性细
8、菌基本相同，差别仅在于：a) 肽尾的第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP） ；b) 没有特殊的肽桥，其前后两条肽聚糖链之间的联系仅由甲肽尾第四氨基酸D- 丙氨酸的羧基与乙肽尾第三氨基酸m-二氨基庚二酸的氨基直接连接而成。幻灯片 023.022 示革兰氏阳性细菌与阴性细菌肽聚糖网的结构和致密度的差别。外壁蛋白为特异性载体,可将 Vit B12 这类较大分子送入细胞内。基质蛋白埋嵌在外壁层中,如孔蛋白,三聚体构成的疏水孔道贯穿外壁层,使小于 800-900D 的分子可通过,起分子筛作用。脂蛋白与肽聚糖层共价结合,并埋置在外壁层,使外壁层牢固的与内壁层连接。革兰氏阴性细菌的外壁层中有许多镶嵌
9、蛋白质，主要有：a) 基质蛋白（mattix protein） ，如 E. Coli 中的孔蛋白（porin）就是一种研究较多的基质蛋白。孔蛋白是一种三聚体结构，每一个亚单位的分子量为 36,000。由三聚体结构构成的充水孔道横跨外壁层，可通过分子量小于 800900 的亲水性营养物质，例如糖类（尤其是双糖） 、氨基酸、二肽、三肽、青霉素和无机离子等。它使外壁层具有分子筛的功能；b) 外壁蛋白（outer membrane protein） ，是一种特异性的运送蛋白或受体，可把较大的分子如维生素 B12、麦芽寡糖、核酸降解物以及铁离子螯合剂铁色素（ferrichrome）或肠螯合素（enter
10、ochelin）等送入细胞内；c) 脂蛋白（lipoprotein） ，种类很多，主要是分子量为 7200 的脂蛋白，其作用是使细胞壁的外壁层牢固地连接在由肽聚糖组成的内壁层上。脂多糖(LPS,lipopolysaccharide)：脂质 A：为一种糖磷脂，由 N-乙酰匍糖胺双糖、磷酸与多种长链脂肪酸组成，它是细菌内毒素的主要成分。核心多糖：由 2-酮-3- 脱氧辛糖酸（ KDO)、L-甘油-D- 甘露庚糖、半乳糖及匍糖胺这样一组糖类组成。它一边通过 KDO 残基连接在脂类 A 上，另一边通过葡萄糖残基与 O-侧链相连。O-侧链（特异性多糖）：是由多糖组成的重复单位，结构复杂，位于菌体的外表面
11、，又称菌体抗原。由于各种革兰氏阴性菌多糖链的种类、排列顺序和空间构型都不同，造成革兰氏阴性菌的 O-抗原有不同的特异性。LPS 分子一般都是由三部分（区段）组成G-菌的脂多糖成分具有毒性，由于它细菌表面紧密结合，只有在菌体裂解时才被释放出来，故称为内毒素（endotoxin) 。e. 脂多糖（LPS ，lipopolysaccharide）的结构脂多糖是阴性菌细胞壁的特有成分，也是外膜的主要和重要成分。（幻灯片 024.025）脂多糖是位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（810nm）的类脂多糖类物质。它由类脂 A、核心多糖 O-特异侧链三部分组成。革兰氏阴性菌的脂多糖成分具有毒性，由于它
12、细菌表面紧密结合，只有在菌体裂解时才被释放出来，故称为内毒素（endotoxin) 。脂多糖主要由脂类 A、核心多糖、和特异性多糖组成；脂类 A 是脂多糖的毒性部分。长杆菌科有共同的脂类 A，其主要成份为 1、6D- 葡萄糖胺双糖；其它革兰氏阴性菌的脂类 A 与此不完全相同，毒性也不同。 （不同细菌的类脂 A 结构有所不同，大约有 78 种，它是革兰氏阴性细菌内毒素的毒性中心。 ）特异性多糖是由多糖组成的重复单位，结构复杂，突出表现在菌体表面，又称菌体抗原，或 O 抗原。由于各种革兰氏阴性菌多糖链排列的顺序和空间构型都不同，造成革兰氏阴性菌的 O 抗原有不同的特异性。沙门氏菌属的细菌根据抗原的
13、不同，被分为 2200余种。 （在 Salmonella 中脂多糖分子中的 O-特异侧链可用灵敏的血清学方法加以鉴定。这在传染病的诊断中有重要的意义，例如由此可对某传染病的传染源进行地理定位。 ）在 LPS 的核心多糖区和 O-特异侧链区中有三种独特的糖：2-酮-3- 脱氧辛糖酸（KDO ） 、L-甘油-D-甘露庚糖（Hep ）和阿比可糖（Abq ，即 3，6- 二脱氧 -D-半乳糖） 。脂质 A：为一种糖磷脂，由 N-乙酰匍糖胺双糖、磷酸与多种长链脂肪酸组成，它是细菌内毒素的主要成分。各种革兰氏阴性菌的脂类 A 的结构与成分极为相似，无种属特异性。核心多糖：由 2-酮-3- 脱氧辛糖酸（ K
14、DO)、L-甘油-D- 甘露庚糖、半乳糖及匍糖胺这样一组糖类组成。它一边通过 KDO 残基连接在脂类 A 上，另一边通过葡萄糖残基与 O-侧链相连。关系密切的菌种其核心多糖组分相同或极相似，故有属特异性。O-侧链：位于 LPS 层的最外面，由重复的 寡糖单位或其它糖组成。糖的种类、顺序和空间构型是菌株特异的，这就形成了 O-抗原特异性的结构基础。LPS 层的主要功能构成某些革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；起细菌自我保护作用，它可以阻止溶菌酶、抗生素和染料等侵入菌体，也可以阻止周质空间中的酶外漏；作为重要的抗原因子决定了革兰氏阴性菌抗原的多样性；是许多噬菌体吸附的受体。LPS 层的主要功
15、能为： 构成革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础； 与磷壁酸相似，吸附 Mg+、Ca+等阳离子而提高细胞壁的稳定性；（要维持脂多糖结构的稳定性需要足量的 Ca+存在。如果用螯合剂去除 Ca+，LPS 就解体。这时革兰氏阴性细菌的内壁层肽聚糖就暴露出来，因此就可被溶菌酶水解） 。 作为重要的抗原因子决定了革兰氏阴性细菌抗原表位的多样性（ 由于 LPS 结构的变化，决定了革兰氏阴性细菌性别表面决定簇的多样性，例如，据统计（1983） ，国际上已报道过的根据 LPS 的结构特性而鉴定过的 Salmonilla（沙门氏菌属）的表面抗原类型多达 2107 个）； 是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。起保护作用，它可以阻止溶
