第三节 微生物独特合成代谢举 • 主要内容： 例 – 一、生物固氮（略） – 二、肽聚糖生物合成
第三节 微生物独特合成代谢举 • 主要内容： 例 – 一、生物固氮（略） – 二、肽聚糖生物合成
•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 –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力 （selective toxicity）的物质基础。是在抗生素治疗上有特别意义的 物质。 •合成特点：①合成机制复杂，步骤多，且合成部位几经转移；②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和细 菌萜醇）参与。 •合成过程：依发生部位分成三个阶段： –细胞质阶段：合成派克（Park）核苷酸 –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 二、微生物结构大分子——肽聚 糖的合成
•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 –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力 （selective toxicity）的物质基础。是在抗生素治疗上有特别意义的 物质。 •合成特点：①合成机制复杂，步骤多，且合成部位几经转移；②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和细 菌萜醇）参与。 •合成过程：依发生部位分成三个阶段： –细胞质阶段：合成派克（Park）核苷酸 –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 二、微生物结构大分子——肽聚 糖的合成
UDP UDP UDP 几M M 细胞壁 肽聚糖 “Park”核苷酸 肽聚糖单体 在细胞质中 在细胞膜上 在细胞膜外 图6-44肽聚糖合成的三个阶段及其主要中间代谢物(G为葡萄糖，©为N-乙酰葡糖按，☑为 N-乙酰胞壁酸，“Park”核苷酸即UDP-N-乙酰胞壁酸五肽)
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；
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；
葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸 ATP ADP Gln Glu 葡糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-6-磷酸 乙酰CoA CoA N-乙酰胞壁酸-UDP 磷酸烯醇式丙酮酸 Pi NADPH NADP N-乙酰葡糖胺-1-磷酸 N-乙酰葡糖胺-UDP UTP PPi 由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙 酰胞壁酸
葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸 ATP ADP Gln Glu 葡糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-6-磷酸 乙酰CoA CoA N-乙酰胞壁酸-UDP 磷酸烯醇式丙酮酸 Pi NADPH NADP N-乙酰葡糖胺-1-磷酸 N-乙酰葡糖胺-UDP UTP PPi 由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙 酰胞壁酸
“Park”核苷酸的 合成
“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
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
肽聚糖单体的 合成 G - M - P - P -类脂 M - P - P -类脂 UDP UDP- G ② UDP ① UDP - M P -类脂 Pi ⑤ P - P -类脂 杆菌肽 ④ 万古霉素 5 甘氨酰-tRNA ③ 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 G - M - P - P -类脂 M - P - P -类脂 UDP UDP- G ② UDP ① UDP - M P -类脂 Pi ⑤ P - P -类脂 杆菌肽 ④ 万古霉素 5 甘氨酰-tRNA ③ 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： 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
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
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； 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
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； 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