《农业微生物学》课程授课教案（讲义）肽聚糖的合成及抗生素对肽聚糖合成的抑制

第一部分教案概述 课程名称：农业微生物学 任课教师：陈文峰 教学对象：非生物科学专业二年级本科生 教学内容：肽聚糖的生物合成途径及抗生素对肽聚糖合成的抑制 G+性细菌磷壁酸的合成途径 教学目的：1、使学生掌握肽聚糖合成的途径及抗生素对其合成的抑制作用 2、使学生掌握磷壁酸的合成途径 教学重点：肽聚糖的合成途径及抗生素对其合成的抑制作用 教学难点：肽聚糖的合成途径 教学时间：50分钟（1课时) 教学手段：多媒体课件演示与黑板板书相结合 教学方法：讲授法、设问法、理论联系实际法 根据认知的特点，应先对肽聚糖的结构及磷壁酸的结构进 行复习，然后再学习它们各自的合成途径

第一部分 教案概述 课程名称： 农业微生物学 任课教师： 陈文峰 教学对象： 非生物科学专业二年级本科生 教学内容： 肽聚糖的生物合成途径及抗生素对肽聚糖合成的抑制 G＋性细菌磷壁酸的合成途径 教学目的： 1、使学生掌握肽聚糖合成的途径及抗生素对其合成的抑制作用 2、使学生掌握磷壁酸的合成途径 教学重点： 肽聚糖的合成途径及抗生素对其合成的抑制作用 教学难点： 肽聚糖的合成途径 教学时间： 50 分钟（1 课时） 教学手段： 多媒体课件演示与黑板板书相结合 教学方法： 讲授法、设问法、理论联系实际法 根据认知的特点，应先对肽聚糖的结构及磷壁酸的结构进 行复习，然后再学习它们各自的合成途径

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 第二部分课堂教学设计 一、本节课教学指导思想与学习意义： 本节课要学的内容主要包括三个方面：1)肽聚糖的生物合成，2)抗生素对肽聚 糖合成的抑制，3)磷壁酸的合成。肽聚糖是大多数细菌细胞壁的主要组成成分，而 细菌细胞壁具有重要的物理及生理学上的功能，如①固定细胞外形和提高机械强度， 从而使其免受渗透压等外力的损伤：②为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需，失去 了细胞壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能：③阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分 子物质进入细胞，保护细胞免受消化酶等有害物质的损伤：④赋予细菌具有特定的抗 原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性：⑤肽聚糖的含量多少、层数及交织密 度也是革兰氏染色机理的物质基础：⑥阻止细胞质内的物质外泄。对于革兰氏阳性菌 来说，其细胞壁中还有另外一种特有的成份，即磷壁酸。磷壁酸的功能主要有：1) 含有大量负电荷，可浓缩细胞周围的Mg,提高膜上一些酶的活力：2)贮存P元素： 3)调节肽聚糖聚合酶的活力，以防止细胞因自溶而死亡：④)作为噬菌体的吸附受体： 5)是G菌特定的表面抗原：用琼脂扩散试验可以从金黄色葡萄球菌性心内膜炎患者血 清中检出抗磷壁酸抗体；6)增强致病菌与宿主的粘连，并有防止被白细胞吞噬的作用。 由以上可以看出，肽聚糖和磷壁酸对细菌有着重要的作用。国外曾有专著专门研究并 论述细菌的细胞壁。 学习和掌握细菌肽聚糖和磷壁酸的合成对了解它的功能及研究如何抑制病原菌 的生长有着重要的意义，这也是本节课的最终目的

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 2 第二部分 课 堂 教 学 设 计 一、本节课教学指导思想与学习意义： 本节课要学的内容主要包括三个方面：1）肽聚糖的生物合成，2）抗生素对肽聚 糖合成的抑制，3）磷壁酸的合成。肽聚糖是大多数细菌细胞壁的主要组成成分，而 细菌细胞壁具有重要的物理及生理学上的功能，如①固定细胞外形和提高机械强度， 从而使其免受渗透压等外力的损伤；②为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需，失去 了细胞壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能；③阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分 子物质进入细胞，保护细胞免受消化酶等有害物质的损伤；④赋予细菌具有特定的抗 原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性；⑤肽聚糖的含量多少、层数及交织密 度也是革兰氏染色机理的物质基础；⑥阻止细胞质内的物质外泄。对于革兰氏阳性菌 来说，其细胞壁中还有另外一种特有的成份，即磷壁酸。磷壁酸的功能主要有：1) 含有大量负电荷，可浓缩细胞周围的 Mg2+，提高膜上一些酶的活力；2)贮存 P 元素； 3)调节肽聚糖聚合酶的活力，以防止细胞因自溶而死亡；4)作为噬菌体的吸附受体； 5)是 G +菌特定的表面抗原；用琼脂扩散试验可以从金黄色葡萄球菌性心内膜炎患者血 清中检出抗磷壁酸抗体；6)增强致病菌与宿主的粘连，并有防止被白细胞吞噬的作用。 由以上可以看出，肽聚糖和磷壁酸对细菌有着重要的作用。国外曾有专著专门研究并 论述细菌的细胞壁。 学习和掌握细菌肽聚糖和磷壁酸的合成对了解它的功能及研究如何抑制病原菌 的生长有着重要的意义，这也是本节课的最终目的

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 第三部分教学进程 整个板书如下： 1、 肽聚糖的合成 副板书1（用后擦去） UDP-NAG 抗生素对肽聚糖合成的抑制 UDP-NAM 磷壁酸的合成 UDP-NAM-NAG 总结（可略去） 五肚 细菌萜 主板书区 副板书区 副板书2 副板书3 磷霉素一PEP 甘油磷壁酸 D-环丝氨酸与D一-AIa 核糖醇磷壁酸 安莱霉素、杆菌肽A 万古霉素、青霉素 壁磷壁酸 磷壁酸载体脂 教学构架 教学项目 所需时间(min) 课程导入 肽聚糖的合成及抗生素的作用 19 导入磷壁酸及结构特点 磷壁酸的合成 15 课程总结 5

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 3 第三部分 教学进程 整个板书如下： 教学构架 教学项目 所需时间（min） 课程导入 3 肽聚糖的合成及抗生素的作用 19 导入磷壁酸及结构特点 5 磷壁酸的合成 15 课程总结 5 1、 肽聚糖的合成 2、 抗生素对肽聚糖合成的抑制 3、 磷壁酸的合成 总结（可略去） ← 主板书区 →← 副板书区 → 副板书 1（用后擦去） UDP－NAG UDP－NAM UDP－NAM－NAG ∣ 五肽 细菌萜醇 副板书 2 磷霉素－PEP D—环丝氨酸与 D—Ala 安莱霉素、杆菌肽 A 万古霉素、青霉素 副板书 3 甘油磷壁酸 核糖醇磷壁酸 膜磷壁酸 壁磷壁酸 磷壁酸载体脂

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 课程导入（时间：3分钟） (以回顾复习的方式导入本节课程的第一个内容：肽聚糖的合成) (复习设问法)我们在前面的学习中曾经学习过细菌细胞的基本结构，现在我们来回顾 一下，在大多数细菌的细胞膜外面包围着一层什么样的结构？（停2秒）对，是细胞壁 那么，细菌细胞壁主要成份又是什么呢？（停2秒对是肽聚糖。 肽聚糖在组成和结构上又有什么样的特点呢？（停1秒 在肽聚糖的组成上，革兰氏阳性细菌和阴性细菌都含有N一乙酰氨基胞壁酸，简称 NAM:N-乙酰氨基葡萄糖，简称NAG:两个单糖之间以B-1,4糖苷键连接，在N-乙酰氨 基胞壁酸上还连接有四肽尾。对于革兰氏阴性的大肠杆菌来说，四肽依次是由L一丙氨酸， D-谷氨酸，内消旋的二氨基庚二酸及D-丙氨酸：对于革兰氏阳性的金黄色葡萄球来说， 第三个氨基酸不是内消旋的二氨基庚二酸，而是赖氨酸。（展示图片） 在肽聚糖的结构上，NAM和NAG相互连接形成糖骨架链，而四肽尾之间，要么直接 连接，要么通过五个甘氨酸组成的“肽桥”进行连接。这样，肽聚糖就可形成一个既有 横向连接，又有纵向连接的网状结构，在细胞膜外起到维持细胞外形和保护细胞免受机 械损伤和渗透压的破坏的主要作用。（展示图片） 认识了肽聚糖的结构及组成，那么肽聚糖的这些构件是如何合成及相互连接而构成 的呢？这就是我们今天要学习的第一个内容，肽聚糖的生物合成途径。 板书： 1、肽聚糖的合成 正课 一、肽聚糖的合成途径及抗生素对其合成的抑制作用 肽聚糖的合成涉及以下六个步骤，每个步骤中还包括多个反应，这六个步骤是：1) 由糖核苷酸携带的两个葡萄糖衍生物-一UDP-NG和UDP-NAM的合成：2)在UDP-NM 合成五肽尾：3)UDP-NAM一五肽转运到细菌萜醇一磷酸上；4)将NAG加到NAM上形成双 糖单位：5)细菌萜醇携带着双糖单位转运到膜外肽聚糖合成的新位点：6)膜外的交连 与组装。（概述） 根据肽聚糖合成的部位，我们也可其人为地分成三个阶段，第一个阶段是在细胞质

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 4 课程导入（时间：3 分钟） （以回顾复习的方式导入本节课程的第一个内容：肽聚糖的合成） （复习设问法）我们在前面的学习中曾经学习过细菌细胞的基本结构，现在我们来回顾 一下，在大多数细菌的细胞膜外面包围着一层什么样的结构？(停 2 秒) 对，是细胞壁。 那么，细菌细胞壁主要成份又是什么呢？(停 2 秒) 对是肽聚糖。 肽聚糖在组成和结构上又有什么样的特点呢？(停 1 秒) 在肽聚糖的组成上，革兰氏阳性细菌和阴性细菌都含有 N-乙酰氨基胞壁酸，简称 NAM；N-乙酰氨基葡萄糖，简称 NAG；两个单糖之间以β-1,4 糖苷键连接，在 N-乙酰氨 基胞壁酸上还连接有四肽尾。对于革兰氏阴性的大肠杆菌来说，四肽依次是由 L-丙氨酸， D-谷氨酸，内消旋的二氨基庚二酸及 D-丙氨酸；对于革兰氏阳性的金黄色葡萄球来说， 第三个氨基酸不是内消旋的二氨基庚二酸，而是赖氨酸。（展示图片） 在肽聚糖的结构上，NAM 和 NAG 相互连接形成糖骨架链，而四肽尾之间，要么直接 连接，要么通过五个甘氨酸组成的“肽桥”进行连接。这样，肽聚糖就可形成一个既有 横向连接，又有纵向连接的网状结构，在细胞膜外起到维持细胞外形和保护细胞免受机 械损伤和渗透压的破坏的主要作用。（展示图片） 认识了肽聚糖的结构及组成，那么肽聚糖的这些构件是如何合成及相互连接而构成 的呢？这就是我们今天要学习的第一个内容，肽聚糖的生物合成途径。 正课 一、肽聚糖的合成途径及抗生素对其合成的抑制作用 肽聚糖的合成涉及以下六个步骤，每个步骤中还包括多个反应，这六个步骤是：1） 由糖核苷酸携带的两个葡萄糖衍生物——UDP-NAG 和 UDP-NAM 的合成；2）在 UDP-NAM 合成五肽尾；3)UDP-NAM－五肽转运到细菌萜醇－磷酸上；4)将 NAG 加到 NAM 上形成双 糖单位；5）细菌萜醇携带着双糖单位转运到膜外肽聚糖合成的新位点；6）膜外的交连 与组装。（概述） 根据肽聚糖合成的部位，我们也可其人为地分成三个阶段，第一个阶段是在细胞质 板书： 1、肽聚糖的合成

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 内的合成，第二个阶段是在细胞膜上的合成并将合成的双糖单位由膜内转运到膜外：第 三个阶段是在膜外的组装与交连的过程。（演示） 下面我来详细学习一下肽聚糖合成的途径。（以上2分钟） 1)DP-AG的合成（副板书） UDP一NAG的合成过程为：6一磷酸葡萄糖经异构化后形成6一磷酸果糖，6一磷酸果 糖接受由L一谷氨酰胺提供的氨基后形成6一磷酸葡萄糖胺。再经过异构化后形成1一磷 酸葡萄糖胺、1一磷酸葡萄糖胺经乙酰化生成1一磷酸一N一乙酰氨基葡萄糖。最后在UTP 存在时，经焦磷酸化酶催化，生成UDP-N-乙酰氨基葡萄糖，即UDP-NAG。(演示) 2)UDP-NAM的合成（副板书） 第一步合成的UDP-NAG和磷酸烯醇丙酮酸（简称PEP)在转移酶催化下，形成 UDP-NAG一丙酮酸醚，再经还原后即形成UDP一N一乙酰胞壁酸，也就是UDP-NAM。 (演示) 3)UDP一NAM一五肽的合成（副板书） 第三步是UDP一NA一五肽的合成。在合成酶的催化下，依次在UDP一NAM的羧基上 连上L一丙氨酸、D-谷氨酸和L-赖氨酸三种氨基酸，氨基酸之间通过肽键相连。 而L一丙氨酸须先经消旋酶催化生成D一丙氨酸。两分子D一丙氨酸在二肽合成南催 化下生成二肽，然后这个D-丙氨酰一D-丙氨酸二肽再连接到L-赖氨酸上，这样就形成 了UDP-NAM-五肽。（演示） 每加入一个氨基酸要消耗一分子ATP。因为氨基酸在参加反应前需要活化。 4)组装和运载 UDP-NAM一五肽和UDP-NAG是在细胞质中合成的，且都是亲水性的，它们要想 通过细胞膜到达膜外参与到细胞壁的合成中去，必须先连接到位于细胞膜上的被称作细 菌萜醇的疏水性糖基载体脂上，形成双糖单位，然后经细菌萜醇的运送才能通过疏水性 的膜到达膜外。细菌萜醇是由55个碳原子组成的聚异戊二烯磷酸酯，用bactoprenol-P 表示。 组装过程是：细胞膜上的bactoprenol-一P与UDP一NAM一五肽结合生成 bactoprenol-一P-P-NAM一五肽，并放出UMP。然后在UDP-NAG转移酶催化下， UDP-NAG通过B一l,4一糖苷键与bactoprenol-一P-P一NAM一五肽结合，形成 bactopreno-P-P-NAMA-B-I,4-NA,并放出UDP. 由于革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌中，肽尾之间不是直接相连，还需有5个甘氨酸

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 5 内的合成，第二个阶段是在细胞膜上的合成并将合成的双糖单位由膜内转运到膜外；第 三个阶段是在膜外的组装与交连的过程。（演示） 下面我来详细学习一下肽聚糖合成的途径。（以上 2 分钟） 1）UDP-NAG 的合成（副板书） UDP－NAG 的合成过程为：6—磷酸葡萄糖经异构化后形成 6—磷酸果糖，6—磷酸果 糖接受由 L—谷氨酰胺提供的氨基后形成 6—磷酸葡萄糖胺。再经过异构化后形成 1－磷 酸葡萄糖胺、1－磷酸葡萄糖胺经乙酰化生成 1—磷酸—N—乙酰氨基葡萄糖。最后在 UTP 存在时，经焦磷酸化酶催化，生成 UDP-N-乙酰氨基葡萄糖，即 UDP-NAG。（演示） 2）UDP—NAM 的合成 （副板书） 第一步合成的 UDP-NAG 和磷酸烯醇丙酮酸（简称 PEP）在转移酶催化下，形成 UDP-NAG—丙酮酸醚，再经还原后即形成 UDP—N—乙酰胞壁酸，也就是 UDP—NAM。 （演示） 3） UDP—NAM—五肽的合成（副板书） 第三步是 UDP—NAM—五肽的合成。在合成酶的催化下，依次在 UDP—NAM 的羧基上 连上 L—丙氨酸、D-谷氨酸和 L-赖氨酸三种氨基酸，氨基酸之间通过肽键相连。 而 L—丙氨酸须先经消旋酶催化生成 D—丙氨酸。两分子 D—丙氨酸在二肽合成酶催 化下生成二肽，然后这个 D-丙氨酰－D-丙氨酸二肽再连接到 L-赖氨酸上，这样就形成 了 UDP-NAM—五肽。（演示） 每加入一个氨基酸要消耗一分子 ATP。因为氨基酸在参加反应前需要活化。 4）组装和运载 UDP-NAM—五肽和 UDP-NAG 是在细胞质中合成的，且都是亲水性的，它们要想 通过细胞膜到达膜外参与到细胞壁的合成中去，必须先连接到位于细胞膜上的被称作细 菌萜醇的疏水性糖基载体脂上，形成双糖单位，然后经细菌萜醇的运送才能通过疏水性 的膜到达膜外。细菌萜醇是由 55 个碳原子组成的聚异戊二烯磷酸酯，用 bactoprenol-P 表示。 组装过 程是： 细胞膜 上的 bactoprenol— P 与 UDP—NAM—五 肽结 合生成 bactoprenol—P—P—NAM—五肽，并放出 UMP。然后在 UDP-NAG 转移酶催化下， UDP—NAG 通过β—1，4—糖苷键与 bactoprenol—P—P—NAM—五肽结合，形成 bactoprenol—P—P—NAMA－β—1，4—NAG，并放出 UDP。 由于革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌中，肽尾之间不是直接相连，还需有 5 个甘氨酸 五肽

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 组成的肽桥相连，因此，首先要合成肽桥。肽桥是在ATP、tRNA的参与下，先生成甘 氨酰一RNA,然后氨基酸一个一个地通过肽键连结起来。肽桥合成后再转移到肽尾的 第三个氨基酸上。 革兰氏阴性菌的大肠杆菌中肽尾之间直接交连，不需要合成肽桥 这样便完成了一个肽聚糖基本重复单位的合成。 5)转运 第五步是转运。上一步合成的双糖单位由细菌萜醇携带，经过细胞膜转运到膜外细 胞壁的生长点上。 6)交联 第六步是交联，包括糖骨架之间的连接和肽尾之间的连接。涉及到两种酶，一种是 肽聚糖转移酶，另一种是转肽酶。 首先由细菌萜醇携带的双糖单位与肽聚糖的生长位点的糖之间进行连接，连接反应 由肽聚糖转移酶催化，形成B一1,4一糖苷键：连接之后，脱下来的细菌萜醇焦磷酸经 焦磷酸化酶水解后可再次循环利用： 肽尾之间的交联，在革兰氏阴性细菌中，一般是由一条肽尾的第3个氨基酸的自由 氨基与另一条肽尾的第4个氨基酸的羧基之间以肽键方式连接，革兰氏阳性菌是通过甘 氨酸五肽桥进行交联。交联反应由转肽酶催化，在转肽的同时，肽链上第5个氨基酸释 放出来。如果其中的一些肽尾的未得到交联，那么这条肽尾的第5个氨基酸经D一丙氨 酸羧肽酶催化，释放出D丙氨酸。 经过上面六个步骤多个反应，最终形成了既有横向连接，又有纵向连接的网状的肽 聚糖结构。 我们再用动画的形式总结一下肽聚糖合成的整个过程。（以上约11分钟 过渡：我们通过上面的学习学握了肽聚糖的合成途径，那么对于一些病原细菌来说，我 们总希望能找到一些合适的抗生素来抑制或杀死它们。那么有哪些抗生素可抑制细菌肽 聚糖的合成呢？这就是我们今天要学的第2项内容，板书： 2、抗生素对肽聚糖合成的抑制 2、抗生素对肽聚糖合成的抑制

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 6 组成的肽桥相连，因此，首先要合成肽桥。肽桥是在 ATP、tRNA 的参与下，先生成甘 氨酰—tRNA，然后氨基酸一个一个地通过肽键连结起来。肽桥合成后再转移到肽尾的 第三个氨基酸上。 革兰氏阴性菌的大肠杆菌中肽尾之间直接交连，不需要合成肽桥。 这样便完成了一个肽聚糖基本重复单位的合成。 5）转运 第五步是转运。上一步合成的双糖单位由细菌萜醇携带，经过细胞膜转运到膜外细 胞壁的生长点上。 6）交联 第六步是交联，包括糖骨架之间的连接和肽尾之间的连接。涉及到两种酶，一种是 肽聚糖转移酶，另一种是转肽酶。 首先由细菌萜醇携带的双糖单位与肽聚糖的生长位点的糖之间进行连接，连接反应 由肽聚糖转移酶催化，形成β—1，4—糖苷键；连接之后，脱下来的细菌萜醇焦磷酸经 焦磷酸化酶水解后可再次循环利用； 肽尾之间的交联，在革兰氏阴性细菌中，一般是由一条肽尾的第 3 个氨基酸的自由 氨基与另一条肽尾的第 4 个氨基酸的羧基之间以肽键方式连接，革兰氏阳性菌是通过甘 氨酸五肽桥进行交联。交联反应由转肽酶催化，在转肽的同时，肽链上第 5 个氨基酸释 放出来。如果其中的一些肽尾的未得到交联，那么这条肽尾的第 5 个氨基酸经 D—丙氨 酸羧肽酶催化，释放出 D-丙氨酸。 经过上面六个步骤多个反应，最终形成了既有横向连接，又有纵向连接的网状的肽 聚糖结构。 我们再用动画的形式总结一下肽聚糖合成的整个过程。（以上约 11 分钟） 过渡：我们通过上面的学习掌握了肽聚糖的合成途径，那么对于一些病原细菌来说，我 们总希望能找到一些合适的抗生素来抑制或杀死它们。那么有哪些抗生素可抑制细菌肽 聚糖的合成呢？这就是我们今天要学的第 2 项内容，板书： 2、抗生素对肽聚糖合成的抑制 2、抗生素对肽聚糖合成的抑制

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 抑制肽聚糖生物合成的抗生素，主要有磷毒素(phosphonomycin),D一环丝氨酸 (D-cycloserine),安莱莓素(enramycin),万古莓素(vancomycin),杆菌肽A(bacitracin A),青霉素(penicllins)等。它们作用于肽聚糖生物生合成的不同环节。 1)抑制DP一NAM一五肽的合成（板书） 磷霉素（副板书）和磷酸烯醇式丙酮酸(PP,副板书)结构类似，因可竞争性地 抑制UDP一NAG丙酮酸转移酶，最终抑制了UDP一NAM的合成。 D一环丝氨酸（副板书）与D一丙氨酸(D一Aa副板书)结构类似，可以与D一丙 氨酸拮抗，竞争性地抑制丙氨酸消旋酶。 此外D一环丝氨酸还竞争性地抑制D一丙氨酰一D一丙氨酸二肽合成酶。 当使用D一环丝氨酸时，便在细茵细胞内积累UDP一NAM一L一Ala一D一Gu-L一 Lys(或m-DAP) 2)抑制Bactoprenol-P的循环使用 安莱霉素是由17个氨基酸和不饱和脂肪酸组成的碱性肽类抗生素。它与 Bactoprenol-P-P-NAM-五肽结合，从而抑制了UDP-NAG与Bactoprenol-P-P-NAM-五肽 的组装，使肽聚糖的双糖单位不能合成。安菜霉素主要为动物临床治疗制剂，对革兰氏 阳性菌，如金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、炭疽杆菌、破伤风杆菌等都有高效的杀菌 作用。对其他各种耐药性菌也有一定作用，可用于畜禽的饲料添加剂，专供内服以杀灭 肠道内有害细菌，减少其发病率，促进畜禽的生长发育。（结合实际） 杆菌肽A是由苔藓样杆菌产生12个氨基酸组成的多肽类抗生素，能抑制大多数G+ 菌。其分子中的L一半胱氨酸的巯基和L一异亮氨酸的羧基之间形成一个噻唑环。在这 两个氨基酸的氮原子之间能够螯合二价金属离子（如Zn”,Ca”,Mg“等）.Bactoprenol-P-P 可与整合的金属离子结合，于是三者形成复合物。因此抑制了Bactoprenol-P-P的脱磷 酸反应，使Bactoprenol-P不能循环使用。 3)抑制交联作用 万古霉素是由S.orientalis产生的糖肽类抗生素，对G有抑制作用。 它能与UDP-NAM-一五肽短肽链的末端D一丙氨酰一D一丙氨酸结合，从而阻断两条肽 尾之间的交联。 (结合现实)青霉素可能不少同学都使用过。它是B-内酰胺类抗生素。它抑制肽 聚糖链的交联一一转肽作用。青霉素可以抑制转肽酶、羧肽酶及肽链内切酶（主要断离 肽链)。但是青霉素的主要作用部位还是在转肽酶。为什么有这种作用呢？主要是因为 >

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 7 抑制肽聚糖生物合成的抗生素，主要有磷霉素(phosphonomycin)，D—环丝氨酸 (D-cycloserine)，安莱霉素(enramycin)，万古霉素(vancomycin)，杆菌肽 A(bacitracin A)，青霉素(penicllins)等。它们作用于肽聚糖生物生合成的不同环节。 1）抑制 UDP—NAM—五肽的合成（板书） 磷霉素（副板书）和磷酸烯醇式丙酮酸（PEP，副板书）结构类似，因可竞争性地 抑制 UDP—NAG 丙酮酸转移酶，最终抑制了 UDP—NAM 的合成。 D—环丝氨酸（副板书）与 D—丙氨酸（D－Ala 副板书）结构类似，可以与 D—丙 氨酸拮抗，竞争性地抑制丙氨酸消旋酶。 此外 D—环丝氨酸还竞争性地抑制 D—丙氨酰—D—丙氨酸二肽合成酶。 当使用 D—环丝氨酸时，便在细菌细胞内积累 UDP—NAM—L—Ala—D—Glu-L— Lys(或 m-DAP)。 2）抑制 Bactoprenol-P 的循环使用 安莱霉素是由 17 个氨基酸和不饱和脂肪酸组成的碱 性肽类 抗生素。它与 Bactoprenol-P-P-NAM-五肽结合，从而抑制了 UDP-NAG 与 Bactoprenol-P-P-NAM—五肽 的组装，使肽聚糖的双糖单位不能合成。安莱霉素主要为动物临床治疗制剂，对革兰氏 阳性菌，如金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、炭疽杆菌、破伤风杆菌等都有高效的杀菌 作用。对其他各种耐药性菌也有一定作用，可用于畜禽的饲料添加剂，专供内服以杀灭 肠道内有害细菌，减少其发病率，促进畜禽的生长发育。（结合实际） 杆菌肽 A 是由苔藓样杆菌产生 12 个氨基酸组成的多肽类抗生素，能抑制大多数 G+ 菌。其分子中的 L—半胱氨酸的巯基和 L—异亮氨酸的羧基之间形成一个噻唑环。在这 两个氨基酸的氮原子之间能够螯合二价金属离子(如 Zn2+，Ca2+，Mg2+等)。Bactoprenol-P-P 可与螯合的金属离子结合，于是三者形成复合物。因此抑制了 Bactoprenol-P-P 的脱磷 酸反应，使 Bactoprenol-P 不能循环使用。 3）抑制交联作用 万古霉素是由 S. orientalis 产生的糖肽类抗生素,对 G ＋有抑制作用。 它能与 UDP-NAM-五肽短肽链的末端 D—丙氨酰－D－丙氨酸结合，从而阻断两条肽 尾之间的交联。 （结合现实）青霉素可能不少同学都使用过。它是β-内酰胺类抗生素。它抑制肽 聚糖链的交联——转肽作用。青霉素可以抑制转肽酶、羧肽酶及肽链内切酶(主要断离 肽链)。但是青霉素的主要作用部位还是在转肽酶。为什么有这种作用呢？主要是因为

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 青霉素的结构与肽聚糖中的D一丙氨酰-D一丙氨酸的结构类似，可与转肽酶的活性中心结 合，生成青莓素噻唑酰基酶(penicilloyl enzyme),因此转肽酶失去转肽作用。 在某些抗生素存在时，肽聚糖合成被抑制，使生长的细胞，在低渗溶液中解体，达 到抑菌的目的。需要指出这种抑制程度与抗生素加入的时间有关。在对数生长期，菌体 迅速生长、繁殖，意味着细胞壁的合成正处于旺盛时期，此时若加入青霉素，因转肽酶 活性被抑制，肽聚糖合成受阻，菌体因得不到细胞壁的保护，而遭受渗透冲击，以致崩 解死亡。当处于稳定生长期，细菌细胞壁已经合成，此时加入青霉素便不会起作用了， 因为青霉素并不破坏己合成的细胞壁。 (以上6分钟) 过渡： 上面我们对肽聚糖的合成进行了学习，在革兰氏阳性细菌的细胞壁中除了肽聚糖外 还有另外一种重要的并且是革兰氏阳性细菌所特有的一种物质，是什么呢？对，是磷壁 酸。（设问） 现在请大家回忆一下，在微生物生物学里，大家所学到的磷壁酸是一种什么物质， 是一种以磷酸多元醇为C骨架的阴离子多聚物。生理功能是什么？ 生理功能有： 1)大量负电荷浓缩细胞周围的Mg，提高膜上一些酶的活力： 2)贮存P元素 3)调节肽聚糖聚合酶的活力，以防止细胞因自溶而死亡： 4)作为噬菌体的吸附受体： 5)是G菌特定的表面抗原：用琼脂扩散试验可以从金黄色葡萄球菌性心内膜炎患者 血清中检出抗磷壁酸抗体。 6)增强致病菌与宿主的粘连，并有防止被白细胞吞噬的作用。 磷壁酸的结构又是什么样的呢？磷壁酸是以磷酸多元醇为碳骨架的阴离子多聚物。 其最基本的结构方式可分为甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸。根据磷壁酸与细胞质膜连接或 者与细胞壁连接，可将磷壁酸分为壁磷壁酸及脂磷壁酸。 壁磷壁酸与肽聚糖的连接在不同的菌内有所不同。演示不同的细菌其磷壁酸的结 构。 在金黄色葡萄球菌内，由多个核糖醇磷酸及2到3个甘油磷酸相连，再与N-乙酰氨 基甘露糖及N乙酰氨基葡萄糖，然后才与肽聚糖的N乙酰氨基胞壁酸的第六位碳以磷

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 8 青霉素的结构与肽聚糖中的 D—丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似，可与转肽酶的活性中心结 合，生成青霉素噻唑酰基酶(penicilloyl enzyme)，因此转肽酶失去转肽作用。 在某些抗生素存在时，肽聚糖合成被抑制，使生长的细胞，在低渗溶液中解体，达 到抑菌的目的。需要指出这种抑制程度与抗生素加入的时间有关。在对数生长期，菌体 迅速生长、繁殖，意味着细胞壁的合成正处于旺盛时期，此时若加入青霉素，因转肽酶 活性被抑制，肽聚糖合成受阻，菌体因得不到细胞壁的保护，而遭受渗透冲击，以致崩 解死亡。当处于稳定生长期，细菌细胞壁已经合成，此时加入青霉素便不会起作用了， 因为青霉素并不破坏已合成的细胞壁。 （以上 6 分钟） 过渡： 上面我们对肽聚糖的合成进行了学习，在革兰氏阳性细菌的细胞壁中除了肽聚糖外 还有另外一种重要的并且是革兰氏阳性细菌所特有的一种物质，是什么呢？对，是磷壁 酸。（设问） 现在请大家回忆一下，在微生物生物学里，大家所学到的磷壁酸是一种什么物质， -是一种以磷酸多元醇为 C 骨架的阴离子多聚物。生理功能是什么？ 生理功能有： 1)大量负电荷浓缩细胞周围的 Mg2+，提高膜上一些酶的活力； 2)贮存 P 元素； 3)调节肽聚糖聚合酶的活力，以防止细胞因自溶而死亡； 4)作为噬菌体的吸附受体； 5)是 G +菌特定的表面抗原；用琼脂扩散试验可以从金黄色葡萄球菌性心内膜炎患者 血清中检出抗磷壁酸抗体。 6)增强致病菌与宿主的粘连，并有防止被白细胞吞噬的作用。 磷壁酸的结构又是什么样的呢？磷壁酸是以磷酸多元醇为碳骨架的阴离子多聚物。 其最基本的结构方式可分为甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸。根据磷壁酸与细胞质膜连接或 者与细胞壁连接，可将磷壁酸分为壁磷壁酸及脂磷壁酸。 壁磷壁酸与肽聚糖的连接在不同的菌内有所不同。演示不同的细菌其磷壁酸的结 构。 在金黄色葡萄球菌内，由多个核糖醇磷酸及 2 到 3 个甘油磷酸相连，再与 N-乙酰氨 基甘露糖及 N-乙酰氨基葡萄糖，然后才与肽聚糖的 N-乙酰氨基胞壁酸的第六位碳以磷

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 酸二酯键相连 在B.subtil1s中，多个甘油磷酸与N-乙酰氨基甘露糖及N-乙酰氨基葡萄糖，然后 才与肽聚糖的N心-乙酰氨基胞壁酸的第六位碳以磷酸二酯键相连。 在单核细胞增生李斯特氏菌在，多个核糖醇磷酸与2个葡萄糖相连，再与一分子的 甘油磷酸相连，然后再与从-乙酰氨基甘露糖、从-乙酰氨基葡萄糖、肽聚糖的N-乙酰氨 基胞壁酸的第六位碳以磷酸二酯键相连。 脂磷壁酸与磷脂的连接在不同的菌内同样也有不同的连接方式。如在金黄色葡萄球 菌内，16至40个甘油磷酸与2个葡萄糖相连，再与脂肪相连。 在肺炎链球菌内，结构更为复杂。先是葡萄糖上不同的基团被取代，然后与核糖醇 磷酸相连，再与一个葡萄糖、一个5氨基-B-D-半乳糖胺、一个葡萄糖相连，最后才与 脂肪相连。 在甘油磷壁酸中，其中的R基团可以被R=D-Ala,glucose,glucosamine所取代； 这是被不同取代基取代后所形成的不同的甘油磷壁酸。 核糖醇磷壁酸上的氢也可被不同的取代基所取代。取代基有丙氨酸、N-乙酰氨基葡 萄糖、谷氨酸等。 由以上的结构多样性可以看出，不同的细菌其磷壁酸有一些显著的特征。尽管如此， 磷壁酸的合成也有其共同的特点，下面我们看一下磷壁酸合成的两种类型： 3、磷壁酸的合成（板书） 3、磷壁酸的合成 1)核糖醇磷壁酸的合成 1-磷酸核酮糖经还原反应生成1一磷酸核糖醇，然后在CTP的参与下，经焦磷酸化酶 催化生成CDP一核糖醇，释放出焦磷酸。进而在聚合酶催化下，由CDP一核糖醇作为磷 酸核糖醇的供体，通过1,5一磷酸二酯键聚合成核糖醇磷酸。 2)低聚的甘油磷酸的合成途径如下 a-磷酸甘油在焦磷酸化酶的催化与CTP作用，形成CDP-甘油，之后聚合成1,3- 二磷酸甘油。 磷壁酸合成中的聚合作用以及磷壁酸与肽聚糖的结合过程都是在细胞膜上进行的， 9

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 9 酸二酯键相连。 在 B. subtilis 中，多个甘油磷酸与 N-乙酰氨基甘露糖及 N-乙酰氨基葡萄糖，然后 才与肽聚糖的 N-乙酰氨基胞壁酸的第六位碳以磷酸二酯键相连。 在单核细胞增生李斯特氏菌在，多个核糖醇磷酸与 2 个葡萄糖相连，再与一分子的 甘油磷酸相连，然后再与 N-乙酰氨基甘露糖、N-乙酰氨基葡萄糖、肽聚糖的 N-乙酰氨 基胞壁酸的第六位碳以磷酸二酯键相连。 脂磷壁酸与磷脂的连接在不同的菌内同样也有不同的连接方式。如在金黄色葡萄球 菌内，16 至 40 个甘油磷酸与 2 个葡萄糖相连，再与脂肪相连。 在肺炎链球菌内，结构更为复杂。先是葡萄糖上不同的基团被取代，然后与核糖醇 磷酸相连，再与一个葡萄糖、一个 5 氨基-β-D-半乳糖胺、一个葡萄糖相连，最后才与 脂肪相连。 在甘油磷壁酸中，其中的 R 基团可以被 R=D-Ala, glucose, glucosamine 所取代； 这是被不同取代基取代后所形成的不同的甘油磷壁酸。 核糖醇磷壁酸上的氢也可被不同的取代基所取代。取代基有丙氨酸、N-乙酰氨基葡 萄糖、谷氨酸等。 由以上的结构多样性可以看出，不同的细菌其磷壁酸有一些显著的特征。尽管如此， 磷壁酸的合成也有其共同的特点，下面我们看一下磷壁酸合成的两种类型： 3、磷壁酸的合成 1）核糖醇磷壁酸的合成 1-磷酸核酮糖经还原反应生成 1—磷酸核糖醇，然后在 CTP 的参与下，经焦磷酸化酶 催化生成 CDP—核糖醇，释放出焦磷酸。进而在聚合酶催化下，由 CDP—核糖醇作为磷 酸核糖醇的供体，通过 1，5—磷酸二酯键聚合成核糖醇磷酸。 2）低聚的甘油磷酸的合成途径如下 α-磷酸甘油在焦磷酸化酶的催化与 CTP 作用，形成 CDP-甘油，之后聚合成 1，3- 二磷酸甘油。 磷壁酸合成中的聚合作用以及磷壁酸与肽聚糖的结合过程都是在细胞膜上进行的， 3、磷壁酸的合成（板书）

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节细菌细胞壁的合成 是通过细胞膜上的载体脂实现的，这种载体称为磷壁酸载体脂（简称LT),它是由甘油、 磷酸，葡萄糖，脂肪酸，按1：1：0.1：0.1的比例组成的。磷壁酸先在LTA上聚合， 其长度为10~50个磷酸核糖醇分子，然后转移到肽聚糖，最后由GL(CPP)将结合有磷 壁酸的肽聚糖转运到细胞壁的生长点，掺入到新壁中（图6一21）。展示多媒体动画。 (磷壁酸的合成用时20分钟) 总结（板书） 本节课总结：（时间：5分钟） 本节课讲了三项内容，分别是： 1、肽聚糖的生物合成途径 1)细胞质中NAG、NAM、及“五肽一双糖单位的合成： 2)经Bactoprenol的跨膜运输作用： 3)膜外的组装与交联。 2、抗生素对肽聚糖合成的抑制 I)抑制UDP-NAM的生成： 2)抑制Bactoprenol-一P的循环使用： 3)抑制交联作用。 3、磷壁酸的结构特点及合成特点 1)基本的结构方式为：甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸，它们的羟基上的氢可被不同的 基团所取代。 2)根据与肽聚糖相连或与质膜相连分为壁磷酸壁和脂磷壁酸：与肽聚糖或质膜连接 时，可以直接连接，也可能通过不同的糖基连接： 3)甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸分别是由CDP-甘油磷酸或CDP-核糖醇磷酸脱去CMP 后聚合而成的： 4④)核糖醇磷壁酸与肽聚糖结合需磷壁酸载体脂的携带。 这三部分内容中重点是肽聚糖的合成途径及各种抗生素对抑制。希望大家能切实掌握， 最后再留几道课后作业： 1、课后查阅细菌对青霉素、万古霉素产生抗性的机制？ 2、古菌的细胞壁合成受不受青霉素抑制？ 3、溶菌酶能裂解古菌的细胞壁吗？

微生物生理学教案 第四章微生物的合成代谢 第二节 细菌细胞壁的合成 10 是通过细胞膜上的载体脂实现的，这种载体称为磷壁酸载体脂(简称 LTA)，它是由甘油、 磷酸，葡萄糖，脂肪酸，按 1：1：0.1：0.1 的比例组成的。磷壁酸先在 LTA 上聚合， 其长度为 10～50 个磷酸核糖醇分子，然后转移到肽聚糖，最后由 GAL(C55PP)将结合有磷 壁酸的肽聚糖转运到细胞壁的生长点，掺入到新壁中(图 6—21)。展示多媒体动画。 （磷壁酸的合成用时 20 分钟） 本节课总结：（时间：5 分钟） 本节课讲了三项内容，分别是： 1、肽聚糖的生物合成途径 1)细胞质中 NAG、NAM、及“五肽－双糖单位的合成； 2)经 Bactoprenol 的跨膜运输作用； 3)膜外的组装与交联。 2、抗生素对肽聚糖合成的抑制 1)抑制 UDP-NAM 的生成； 2)抑制 Bactoprenol－P 的循环使用； 3)抑制交联作用。 3、磷壁酸的结构特点及合成特点： 1)基本的结构方式为：甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸，它们的羟基上的氢可被不同的 基团所取代。 2)根据与肽聚糖相连或与质膜相连分为壁磷酸壁和脂磷壁酸；与肽聚糖或质膜连接 时，可以直接连接，也可能通过不同的糖基连接； 3)甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸分别是由 CDP-甘油磷酸或 CDP-核糖醇磷酸脱去 CMP 后聚合而成的； 4)核糖醇磷壁酸与肽聚糖结合需磷壁酸载体脂的携带。 这三部分内容中重点是肽聚糖的合成途径及各种抗生素对抑制。希望大家能切实掌握。 最后再留几道课后作业： 1、课后查阅细菌对青霉素、万古霉素产生抗性的机制？ 2、古菌的细胞壁合成受不受青霉素抑制？ 3、溶菌酶能裂解古菌的细胞壁吗？ 总结（板书）