微生物的生长与控制

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1、第三节微生物独特合成途径举例1定义：N2+6[H]2NH3生物固氮固氮生物Mg2++ATP2固氮生物的种类(1)自生固氮菌：能独立进行固氮的微生物(2)共生固氮菌：与它种生物共生时才能固氮的微生物(3)联合固氮菌：必须生活在植物跟际、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物从固氮生物在分类上高度分散来推断，固氮作用应是原始生物的基本代谢之一3固氮生物的生化机制(1)固氮的必要条件ATP供应还原力及其载体固氮酶还原底物N2镁离子严格的厌氧微环境(2)固氮酶(3)固氮酶活力测定定氮法同位素法乙炔法(1965年)HCCHH2CCH2(4)固氮的生化机制固氮酶H23固氮菌中对固氮酶的保护(1

2、)自生固氮菌的保护呼吸保护作用构象保护作用(2)蓝细菌固氮酶的保护还原性异形胞时空分隔、束状群体、微氧环境等等(3)根瘤菌的抗氧保护豆血红蛋白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（selectivetoxicity）的物质基础。是在抗生素治疗上有特别意义的物质。三、肽聚糖的合成合成特点：①合成机制复杂，步骤多，且合成部位几经转移；②合成

3、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ATPADPGlnGlu葡糖胺-6-磷酸N-乙酰葡糖胺-6-磷酸乙酰CoACoAN-乙

4、酰胞壁酸-UDP磷酸烯醇式丙酮酸PiNADPHNADPN-乙酰葡糖胺-1-磷酸N-乙酰葡糖胺-UDPUTPPPi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)类脂载体参与，这是一种由11个类异戊烯单位组成的C55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

5、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：肽聚糖单体的合成G-M-P-P-类脂M-P-P-类脂UDPUDP-G②UDP①UDP-MP-类脂Pi⑤P-P-类脂杆菌肽④万古霉素5甘氨酰-tRNA③5tRNA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：CH3CH3CH3CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH功能：除肽聚糖合成外还参与微生物多

6、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。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

7、游离氨基间形成肽键而实现交联。第三阶段：肽聚糖的生物合成与某些抗生素的作用机制一些抗生素能抑制细菌细胞壁的合成，但是它们的作用位点和作用机制是不同的。①-内酰胺类抗生素（青霉素、头孢霉素）：是D-丙氨酰-D-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裂而死亡。②杆菌肽：能与十一异戊烯焦磷酸络合，因此抑制焦磷酸酶的作用，这样也就阻止了十一异戊烯磷酸糖基载体