第二讲细菌细胞壁的结构

有的教材中的定义为细胞壁是细菌最外的一层厚实、坚韧的外被，这个最外层是不够准确的，从图上我们可以看见，有的细菌最外层有荚膜包裹。

细菌呈现各种外形一种很重要的原因就是有细胞壁，比如一个杆状细菌，除去细胞壁后的原生质体会变成球型。

细胞壁的功能：

细菌细胞壁坚韧而富有弹性，保护细菌抵抗低渗环境，承受世界杯内的5～25个大气的渗透压，并使细菌在低渗的环境下细胞不易破裂，细菌细胞壁能防止细菌在低渗溶液中涨破是因为它有支持保护的作用，不会导致吸水过多而涨破而它不能保护其在高渗中不死，是因为细胞在外界溶液浓度大于细胞内浓度时，质壁分离，溶液浓度过高的时候，质壁分离不能复原，自己死亡了。大肠杆菌的膨压可达2个大气压，相当于汽车内胎的压力。举例：细胞壁就相当于自行车的外车胎，如果外胎破损了，内胎很容易炸。

细菌的生长和细胞壁的生长相配合，有密切关系。细菌的鞭毛是生长在细胞膜上，但鞭毛的运动支点是由细胞壁提供的。细菌如果失去细胞壁，它的鞭毛将不能运动。鞭毛是长在细胞膜上，但细胞壁给它一个运动支点，没有细胞壁不会动。举例：头发长在头皮上，头发自己是不会动的，但中间加一把梳子就能摆动头发，梳子就相当于细胞壁，头皮就相当于细胞膜。

细胞壁是一层网格状结构，就像一层防护网罩在细胞表面，阻拦抗生素等大分子物质对细菌的伤害。细胞壁相当于细菌的防盗网。细胞细胞壁壁通透、有弹性、无生命活性，就像细菌外面罩一个网子。

细菌的抗原性与细胞壁有关，例如一些致病菌侵入人体后会使人产生抗体，促使人产生抗体的物质就是抗原，细菌的抗原就是由细胞壁提供给的。细菌侵入人体生长繁殖会产生一些对人有刺激性的毒素，这些毒素也是由细胞壁提供的。一些抗生素如青霉素杀菌原理就是通过破坏细胞壁来杀死细菌。噬菌体进入细菌内时需要一把钥匙，这把钥匙就存在于细胞壁上，噬菌体需要先识别细胞壁上的这些钥匙才能进入细菌内。

革兰氏染色：

正染色和负染色：而背景因未被染色而呈光亮，这种染色称为正染色。而负染色则相反，由于染液中某些电子密度高的物质(如重金属盐等)"包埋"低电子密度的样品，结果在图像中背景是黑暗的，而样品像"透明"地光亮。两者之间的反差正好相反，故称为负染色。

革兰氏染色在细菌分类上的地位就像把人分成男女，把动物分成雌雄一样。

在脱色过程中，可能因为脱色过度，将革兰氏阳性菌脱色，也可能脱色不够，革兰氏阴性菌未脱色，所以做革兰氏染色时注意作对照，对照有两种方法，一种是混合法，就是找一种和要鉴定的菌不同形状的已知菌作对照，混合染色。另一种是在同一个载玻片上设对照。

指导1983年，用铂代替碘液对细菌进行染色后在电镜下观察，发现染色的不同跟细胞壁的构造有关。

革兰氏阳性菌的细胞壁结构：

成分的区别：细菌-肽聚糖，真菌-几丁质，植物细胞-纤维素和果胶质。

细胞壁的机械强度有赖于肽聚糖的存在。合成肽聚糖是原核生物特有的能力。

细胞壁的厚度一般在10～25纳米之间，约占细胞总体积的20%。

凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，大多能损伤细菌细胞壁而杀伤细菌，如溶菌酶、青霉素等。溶菌酶水解的是β-1,4糖苷键，青霉素攻击肽尾和肽桥连接的部分转肽酶。

肽桥就像钢筋把各条聚糖N-乙酰胞壁酸上的肽尾连接起来，形成一种牢固的网状结构。

N-乙酰胞壁酸是原核生物特有的己糖。

只有细菌的细胞壁含有肽聚糖。

磷壁酸使细胞壁形成一个负电荷环境，所以碱性燃料更有利于染色。

细菌的抗原性

抗原性是指抗原刺激细菌机体产生免疫反应的能力，如细菌受到一些杀菌药的刺激后产生抗药性。抗原是诱导细菌产生抗体，并与这个抗体发生反应的物质。

刚才讲到细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，除了它还有其他物质，比如革兰氏阳性细菌细胞壁还有磷壁酸，而阴性细菌细胞壁还有一些类脂和蛋白质组成。组成细胞壁的磷壁酸和蛋白质就是抗原。

S .aureus 金黄葡萄球菌

在N - 乙酰胞壁酸上的四肽尾为L-Ala（丙氨酸）→ D-Glu（谷氨酸）→ L-Lys（赖氨酸）→ D-Ala（丙氨酸）

金黄色葡萄球菌的肽桥为五个甘氨酸组成的五肽，交联的肽链占肽链总数的 75～100％。立体的交联使肽聚糖形成多层次网状结构。

肽键(peptide bond)一分子氨基酸的α－羧基和一分子氨基酸的α－氨基脱水缩合形成的酰胺键，即-CO-NH-。氨基酸借肽键联结成多肽链。

一个氨基酸不能称为肽，也不能合成肽，必须是两个或两个以上氨基酸以肽键相连的化合物。两个氨基酸以肽键相连的化合物称为二肽；三个氨基酸以肽键相连的化合物称为三肽，以此类推。

α/β指C1、C5基团同侧/异侧位。

一个手性碳原子可以有两种构型，所以，含有一个手性碳原子的化合物有两种构型不同的分子，它们组成一对对映异构体，一个使偏振光右旋D，另一个使偏振光左旋L。

人体是左旋还是右旋？

生命最基本的东西氨基酸也有手性（左右）之分。检验手性的最好方法就是，让一束偏振光通过它，使偏振光发生左旋的是左旋氨基酸，反之则是右旋氨基酸。通过这种方法的检验，人们发现了一个令人震惊的事实，那就是除了少数动物或昆虫的特定器官内含有少量的右旋氨基酸之外，组成地球生命体的几乎都是左旋氨基酸，而没有右旋氨基酸！

右旋体有什么危害？

右旋分子是人体生命的克星，因为人是由左旋氨基酸组成的生命体，它不能很好地代谢右旋分子，所以食用含有右旋分子的药物就会成为负担，甚至造成对生命体的损害。上个世纪60年代，有一个叫典子的日本姑娘，她天生没有双臂，可是她用双脚学会了写字、做饭、穿衣，而且还学会了游泳，完全做到了生活自理。她的事迹感动了许许多多的人，人们在关心典子的同时也不禁会问；典子的父母都是健康的正常人，为什么典子会天生没有双臂呢？与不幸的典子一样来到这个世界的残疾婴儿在全世界有好几万。后来发现，之所以会发生这样的悲剧只因为她的母亲服用了一种叫“反应停”的药物。反应停里的一种分子具有治疗作用，可以减轻孕妇的早期妊娠反应，但是它的对映体（右旋体）却使用药的母亲生下了残疾的孩子。

为什么药物必须考虑手性问题？

正是有了60年代的这个教训，所以现在的药物在研制成功后，都要经过严格的生物活性和毒性试验，以避免其中所含的另一种手性分子对人体的危害。在化学合成中，这两种分子出现的比例是相等的，所以对于医药公司来说，每生产一种药物，最好要把另一半分离出来。但是，这个造福人类的技术还被某些国家所垄断，人们只好多花钱才能享受到。如已经用于临床的降血压“左旋氨氯地平”，治疗甲减的“左旋甲状腺素”，抗菌的“左旋氧佛沙星”等。

甘油磷酸是细菌细胞壁磷壁酸的主要成分之一。

细菌保存法：时间最久的是冻干保存法，将菌液和脱脂奶粉混合冻干真空，-80℃保存。

Mg2+是酶的一种辅助因子，没有它，酶的活性发挥不出来；两者必须在适当的比例下，才能发挥出良好的功效；

磷壁酸抗原性很强，是革兰氏阳性菌的重要表面抗原；在调节离子通过粘液层中起作用；也可能与某些酶的活性有关；某些细菌的磷壁酸，能粘附在人类细胞表面，其作用类似菌毛，可能与致病性有关。

自溶素是细菌自身产生的可降解细菌细胞壁的蛋白水解酶，与细菌细胞分裂、生物膜形成、表面黏附、遗传感受态和细胞壁更新有关。自溶素的活性受到严格调控。

周质酶位于细菌细胞壁和细胞膜之间的酶。

一般细菌毒素可分为两类，一类为外毒素（Exotoxin）；它是一种毒性蛋白质，是细菌在生长过程中分泌到菌体外的毒性物质。产生外毒素的细菌主要是革兰氏阳性菌。如白喉杆菌、破伤风杆菌、肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌以及少数革兰氏阴性菌。另一类为内毒素（Endotoxin）。是革兰氏阴性菌的细胞壁的产物。细菌在生活状态时不释放出来，只有当细菌死亡自溶或粘附在其它细胞时，才表现其毒性，内毒素的主要化学成分是脂多糖中的类脂A成分。类脂A 是脂化的葡萄胺二糖，通过焦磷酸酯键组成的一种独特的糖脂化合物，具有致热作用，是革兰氏阴性细菌内毒素的毒性成分。

抗原决定簇（antigenic determinant）：决定抗原性的特殊化学基团。又称抗原表位。抗原决定簇大多存在于抗原物质的表面，有些存在于抗原物质的内部，须经酶或其他方式处理后才暴露出来。一个天然抗原物质可有多种和多个决定簇。抗原分子越大，决定簇的数目越多。