抗菌肽作用机制
抗菌肽的生物学功能及其在肉鸡养殖中的应用

2024.01 43大量使用抗生素会导致病原产生耐药性和抗生素的残留,降低禽畜的免疫力,我国已经禁止在禽畜饲料中添加抗生素,并且建议禽畜养殖中也要减少抗生素的使用,所以需要使用其他可有效抑制细菌、真菌和病毒,且不易产生耐药性的药物。
抗菌肽是一种在生物新陈代谢会产生的,可以抑制或杀灭病原微生物的活性小分子多肽,在多细胞生物中具有膜杀伤作用,应用于肉鸡养殖可以提升肉鸡生长性能提高抗氧化能力、免疫力,具有改善肠道健康的作用。
1 抗菌肽的来源1.1 动物源抗菌肽动物源抗菌肽是动物机体免疫系统的重要成分,具有广谱抗菌作用,可有效杀灭外源性病原。
哺乳动物的抗菌肽由嗜中性粒细胞、上皮细胞和肥大细胞产生,可有效免疫革兰氏阴性菌和各种真菌。
昆虫没有免疫系统,在受到病原侵袭时会诱导抗菌肽基因的表达,昆虫血液、淋巴和消化道内的抗菌肽可以提升对病原微生物的防御能力。
1.2 植物源抗菌肽植物在受到威胁时会分泌一种可以抵御外界威胁的小分子多肽,称为植物抗菌肽,与细胞膜作用后可激活细胞的抗菌活性,主要为硫堇、脂肪转移蛋白、植物防卫素等。
1.3 微生物源抗菌肽微生物在被其他病菌侵袭时也会分泌抗菌肽来保护自身安全,主要来源于细菌、真菌。
2 抗菌肽的生物学功能2.1 抗细菌抗菌肽的结构一般具有三个以上的阳离子氨基酸残基,可静电吸附带负电荷的细菌细胞膜,并与之脂质结合,在抗菌肽浓度达到一定数量时可以破坏细菌细胞膜的完整性,导致细胞死亡。
动物体内通常有多种抗菌肽,可以协同发挥抗菌作用,但不同的抗菌肽对革兰阴性和革兰阳性细菌的作用方式和强度不同,一些抗菌肽可以直接作用于革兰阴性菌独有的脂多糖,导致其解离;而革兰阳性菌细菌酶对磷脂酰甘油的修饰作用可以被一些抗菌肽破坏,导致细菌死亡,这种抗菌肽可以提升细菌对阳离子类的抗菌药物作用效果。
还有些抗菌肽可进入细胞膜内,与核酸和蛋白质等结合来影响蛋白质的合成,从而抑制细胞壁的生成或降低细胞内酶的活性。
抗菌肽的作用机理

抗菌肽的作用机理抗菌肽是一类存在于多种生物体中的天然抗微生物活性的短肽。
它们能够杀灭或抑制多种病原微生物,包括细菌、病毒、真菌和寄生虫等。
抗菌肽的作用机理主要包括破坏细胞膜、抑制核酸和蛋白质的合成、调节细胞免疫反应等多种方式。
以下是对抗菌肽作用机理的详细解析:1.破坏细胞膜:抗菌肽通过与细菌细胞膜相互作用,改变其结构和功能,导致细胞膜的通透性增加,使其失去完整性。
抗菌肽能够进入细胞内,与细胞内的生物分子相结合,干扰细胞的正常代谢,从而导致细菌的死亡。
2.抑制核酸和蛋白质的合成:抗菌肽可以与细菌细胞内的核酸和蛋白质发生相互作用,抑制其正常的合成过程。
抗菌肽可以通过与DNA相互作用,干扰DNA的复制和转录过程,阻止细菌的遗传物质的正常复制和表达。
此外,抗菌肽还可以与细菌细胞中的RNA或蛋白质相互作用,抑制它们的合成和功能,导致细菌的死亡。
3.刺激免疫反应:抗菌肽不仅具有直接杀菌作用,还能够调节宿主细胞的免疫反应。
它们能够激活和增强宿主细胞的免疫系统,促进炎症反应的产生,引起炎症细胞的聚集和活化,增强炎症反应对微生物的清除能力。
此外,抗菌肽还可以增强巨噬细胞的吞噬活性,促进免疫系统的清除细菌的能力。
4.目标蛋白破坏:抗菌肽能够与细菌细胞内的特定蛋白质相互作用,从而导致其功能的异常和失活。
定向破坏细菌的特定蛋白质,可以有效地杀灭或抑制细菌的生长。
5.调节细菌的生物膜:细菌的生物膜是其生存和传播的关键结构,而抗菌肽能够改变细菌生物膜的组成和稳定性,减少细菌的防御能力和耐药性。
6.抗菌肽在治疗感染疾病时还可能与宿主宿主免疫反应相互作用,抑制炎症的过度反应,减轻组织损伤。
总的来说,抗菌肽具有多种作用机理来杀灭和抑制病原微生物的生长和繁殖。
这些机制可以综合起来作用,发挥抗菌活性。
抗菌肽具有广谱的抗菌活性,且对多种耐药菌株也表现出较好的抗菌效果。
因此,研究和利用抗菌肽在治疗和预防感染疾病方面具有重要意义。
阳离子抗菌肽抗菌原理

阳离子抗菌肽抗菌原理阳离子抗菌肽是一类天然存在于人体和动植物体内的抗菌活性肽段,具有广谱抗菌活性和抗菌机制独特的特点。
它们在免疫防御和抗菌治疗中发挥着重要的作用。
本文将重点探讨阳离子抗菌肽的抗菌原理。
阳离子抗菌肽是由10-50个氨基酸残基组成的小分子肽段,具有正电荷。
正电荷使其与细菌细胞膜上的负电荷磷脂头基结合,导致细菌细胞膜的破坏。
阳离子抗菌肽通过以下几种机制发挥抗菌活性。
阳离子抗菌肽通过破坏细菌细胞膜的完整性来杀灭细菌。
细菌细胞膜主要由磷脂双分子层组成,而阳离子抗菌肽可以通过静电相互作用与带负电荷的细菌细胞膜相结合。
当阳离子抗菌肽与细菌细胞膜上的负电荷磷脂头基结合时,它们会插入到细菌细胞膜的磷脂双分子层中,破坏细胞膜的完整性,导致细胞内外部环境的交换紊乱,最终导致细菌死亡。
阳离子抗菌肽还可以与细菌内部的目标分子相互作用,干扰细菌的生物活性。
例如,阳离子抗菌肽可以与细菌的DNA、RNA和蛋白质等核酸和蛋白质分子相互作用,阻碍细菌的遗传信息传递和蛋白质合成,从而抑制细菌的生长和繁殖。
阳离子抗菌肽还可以通过激活细菌细胞内的自杀系统来杀灭细菌。
细菌细胞内存在着一种自杀系统,称为细菌自杀系统,它可以在细菌细胞受到外界诱导剂的刺激时,通过释放细胞内的毒素来杀死自身。
阳离子抗菌肽可以通过与细菌细胞内的自杀系统相互作用,刺激细菌自杀系统的启动,导致细菌死亡。
阳离子抗菌肽还具有调节宿主免疫系统功能的作用。
阳离子抗菌肽可以促进宿主免疫细胞的增殖和活化,增强宿主免疫系统对细菌的防御能力。
同时,阳离子抗菌肽还可以调节宿主免疫系统的炎症反应,减轻炎症反应引起的组织损伤。
阳离子抗菌肽通过破坏细菌细胞膜、干扰细菌内部的生物活性、激活细菌的自杀系统以及调节宿主免疫系统的功能等多种方式发挥抗菌活性。
这些抗菌机制的独特性使得阳离子抗菌肽成为一种具有广泛应用前景的抗菌剂。
未来的研究还需进一步深入探索阳离子抗菌肽的抗菌机制,以促进其在临床应用中的发展和应用。
细菌中抗菌肽及其靶点的分析与研究

细菌中抗菌肽及其靶点的分析与研究细菌是一种普遍存在于自然界和身体内的微小生物,它们的数量之庞大令人难以想象。
为了抵御细菌的入侵,我们需要一种特殊的生物学机制来抵抗它们的攻击- 抗菌肽。
抗菌肽是一种小分子蛋白质,存在于动植物细胞内和外,可以用来清除细菌、真菌和病毒。
它们的抗菌活性主要基于它们与细菌中的靶点的结合。
本文将探讨细菌中抗菌肽及其靶点的分析与研究。
## 抗菌肽的种类抗菌肽分为两类:体内合成的和体外合成的。
体内合成的抗菌肽是由真核生物合成的,包括人类、小鼠、鲤鱼等;体外合成的抗菌肽是由原核生物合成的,包括细菌、蓝藻等。
以体内合成的抗菌肽为例,人类中已经鉴定出许多种抗菌肽,例如β-抗菌肽、α-抗菌肽、抗菌青霉素肽等等。
这些抗菌肽分子量小、结构简单、易于合成和研究,因此成为了研究蛋白质与靶点相互作用的重要模型。
## 抗菌肽靶点抗菌肽在细胞中的靶点主要有两种:细胞壁和细胞膜。
### 细胞壁许多抗菌肽主要靶向细菌细胞壁,且不同种抗菌肽对细菌细胞壁的靶点略有不同。
β-抗菌肽作用于细菌细胞壁上的葡萄糖胺和N-乙酰葡萄糖胺;抗菌青霉素肽靶向革兰阳性菌细胞壁的穿孔酶;而其他抗菌肽则靶向细菌细胞壁的两性离子低聚物等。
### 细胞膜细菌中的细胞膜主要由磷脂分子组成,由于抗菌肽分子带有正电荷,因此它们可以与细菌细胞膜上的负电荷相互作用,导致细胞内部的物质泄漏,导致菌体死亡。
## 抗菌肽对细菌的作用机制受到抗菌肽的攻击后,细菌内部的物质泄漏,导致了其死亡或失去生命周期。
抗菌肽的作用机制大致分为两种:直接破坏细胞膜和间接作用。
### 直接破坏细胞膜抗菌肽通过结合细菌细胞膜上磷脂分子的亲和性,导致磷脂分子的扰动,进而导致细胞膜上的洞穴或孔隙。
这些孔隙允许小分子、离子和水分子等自由进出,导致细菌细胞内部的物质泄漏,最终导致了其死亡。
### 间接作用间接作用是指抗菌肽作用于细胞外或内的分子,结果导致细菌死亡。
例如,抗菌肽可以破坏细菌的DNA、RNA和蛋白质,也可以在细菌中引起一些代谢瓶颈,例如阻碍生物合成等。
抗菌肽的合成和作用机制

抗菌肽的合成和作用机制随着现代医学的日益发展,人们对于各种疾病的治疗也变得越来越熟悉和精准,同时也逐渐深入到了细胞层面。
在这个层面上,抗菌肽逐渐被研究出来,并被证明是一种非常好的抗生物体手段。
本文将介绍抗菌肽的合成和作用机制。
一、抗菌肽的起源抗菌肽是生物界内非常普遍的一种组分,在动植物体内都有其存在。
人们平时所说的“免疫系统”,其实就与抗菌肽紧密相关。
抗菌肽的起源可以追溯到大约4亿年前,当时海洋中生活着许多原始的生物,这些生物为了生存,都要依赖于自身的免疫机制来保护自己。
在长期的自然选择中,它们逐渐演化出了一种特殊的抗菌肽,能够帮助它们非常有效地抵抗各种生物体的攻击。
二、抗菌肽的结构抗菌肽通常分为两种:线性抗菌肽和环状抗菌肽。
前者的结构比较简单,通常由20~50个氨基酸组成,它们之间通过肽键相连,形成了一条线。
著名的抗菌肽包括臭氧的MTD和人体的LL-37;后者则更加复杂,因为它们有着环状结构和二硫键。
环状抗菌肽可以抗菌活性,从而成为医学研究的焦点。
著名的环状抗菌肽包括牛奶中的Lactoferricin B 和蜘蛛的Omega-Agatoxin。
三、抗菌肽的合成目前研究者主要分三种途径来合成抗菌肽:化学合成法、重组DNA技术和微生物发酵法。
因化学合成法需要消耗大量的时间和精力,并且对于不同的抗菌肽需要采用不同的方法来合成,多数情况下不适用于工业制备。
另外,化学合成常有副反应,容易导致抗菌肽质量的下降,因此目前的研究者主要采用重组DNA技术或微生物发酵法来进行抗菌肽的制备。
重组DNA技术就是通过对特定DNA片段进行分离、克隆、扩增、突变等技术,来合成所需蛋白质或抗菌肽。
特别是使用呈现载体和表达系统,能够更快、更准确地合成各种抗菌肽。
目前使用最多的载体是大肠杆菌,同时探索使用其他生物体。
微生物发酵法则是通过员工特定微生物来产生抗菌肽,再通过虹吸柱提纯,最终得到高品质抗菌肽。
最常用的微生物是乳酸菌和酿酒酵母。
抗菌肽LL-37的生物学活性及其作用

抗菌肽LL-37的生物学活性及其作用抗菌肽LL-37是一种存在于人体内的天然抗菌肽,具有广谱的抗菌活性和多种生物学功能。
下面将详细介绍其生物学活性及其作用。
1. 抗菌活性:LL-37能够对多种病原微生物产生直接杀菌作用,包括细菌、真菌和病毒。
它通过破坏病原微生物的细胞膜、破坏细胞内的结构、干扰细胞信号传导等机制发挥抗菌作用。
与传统的抗菌药物不同,抗菌肽不易产生抗性,因此被认为是一种很有潜力的新型抗菌药物。
2. 抗炎作用:LL-37除了具有抗菌活性外,还具有一定的抗炎作用。
它可以抑制炎症反应,减少炎症介质的释放,调节炎症细胞的活性。
炎症是很多疾病的共同特点,抗炎作用使得LL-37在炎症性疾病的治疗中具有潜在的应用价值。
3. 免疫调节作用:LL-37对免疫系统起到调节作用,它能够增强抗病毒免疫的效应,促进巨噬细胞的活化和杀伤细胞介导的免疫反应。
LL-37还能够影响抗原提呈细胞、调节T 细胞的活性等,参与调节免疫应答的过程。
4. 伤口愈合作用:LL-37在伤口愈合过程中发挥重要作用。
它能够促进伤口的上皮化和创伤早期血管新生,提高创伤修复的速度。
LL-37还具有促进成纤维细胞的增殖和胶原合成的作用,有利于伤口的修复和再生。
5. 抗肿瘤作用:LL-37除了在抗菌和抗炎方面的作用外,还具有一定的抗肿瘤作用。
研究发现,LL-37可以通过抑制肿瘤细胞的增殖和诱导肿瘤细胞的凋亡来发挥抗肿瘤效应。
LL-37还可以通过调节免疫应答来增强机体对肿瘤的免疫反应。
LL-37被认为是一种潜在的抗肿瘤药物。
抗菌肽LL-37具有广谱的抗菌活性和多种生物学功能,包括抗菌、抗炎、免疫调节、伤口愈合和抗肿瘤等作用。
研究表明LL-37在治疗感染性疾病、炎症性疾病、伤口愈合以及肿瘤等方面具有潜在的临床应用价值,因此对其研究具有重要意义。
抗菌肽概况范文

抗菌肽概况范文抗菌肽是一类具有广谱抗菌活性的小分子肽类物质。
它们由20个天然氨基酸组成,通常长度在10到50个氨基酸残基之间。
抗菌肽广泛存在于自然界中,包括动物、植物和微生物体内。
抗菌肽具有与抗生素相类似的抗菌活性,但相对于抗生素而言,抗菌肽具有以下几个重要特点:1.广谱抗菌活性:抗菌肽对多种细菌、真菌、寄生虫和病毒都具有抗菌活性,包括对耐药菌株的抗菌作用。
这种广谱性使得抗菌肽在抗菌治疗中具有很大的应用潜力。
2.快速杀菌作用:相较于抗生素,抗菌肽的杀菌作用更快。
一般来说,抗菌肽能在几分钟内杀死细菌,而抗生素通常需要几个小时才能起效。
这种快速杀菌作用使得抗菌肽在治疗严重感染和生化战争中具有重要的作用。
3.作用靶点独特:抗菌肽的作用靶点不同于抗生素,抗菌肽主要通过作用于细菌细胞膜而发挥杀菌作用。
它们与细菌细胞膜上的脂质相互作用,导致细胞膜的破坏和细胞死亡。
这种独特的作用机制使得细菌难以产生耐药性。
4.免疫调节功能:除了抗菌活性外,抗菌肽还具有调节免疫反应的功能。
它们能够激活免疫细胞(如巨噬细胞、淋巴细胞等)的活性,促进炎症反应和清除细菌的能力。
此外,抗菌肽还参与抗菌肽和炎症调节,通过调节免疫反应来减轻炎症。
5.低毒性和高生物相容性:相对于抗生素,抗菌肽具有较低的毒性和高的生物相容性。
它们对人体细胞的伤害较小,并且可以被肝、肺、肾等组织摄取。
这些特点有助于抗菌肽在临床应用中的安全性和有效性。
尽管抗菌肽具有广泛的抗菌活性和其他生物功能,但目前尚未有抗菌肽药物投入临床使用。
1.生产和纯化困难:抗菌肽通常通过化学合成或基因重组技术来合成。
然而,由于抗菌肽长度较长、结构复杂,其生产和纯化工艺相对复杂,远远不能满足大规模生产的需求。
2.抗菌肽稳定性不足:抗菌肽在体内容易被体液降解和消耗,从而降低其治疗效果。
此外,抗菌肽在酸性环境中容易失活。
这些问题限制了抗菌肽的药理学研究和临床应用。
3.缺乏特异性:抗菌肽对于好菌和坏菌具有同等的杀菌作用,因此在体内应用存在着一定的问题。
抗菌肽的抗菌机制及其在反刍动物中应用的研究进展

抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs )因其独特的抗细菌、真菌、病毒以及抗癌细胞等生物学功能且不易产生耐药性,使其成为最有前景的抗生素替代品之一。
从20世纪80年代瑞典科学家Hulmark 从惜古比天蚕(Hyalophora cecropia )中分离出第一种抗菌肽,命名为天蚕素(Cecropin )[1],到目前为止抗菌肽数据库中已注册的抗菌肽序列已经超过3000个[2]。
抗菌肽是包括植物、动物和人类在内的所有生物体天然免疫反应的保守部分,是许多脊椎动物免疫系统的主要组成部分[3],被定义为能够保护宿主免受细菌、病毒或真菌入侵的关键防御分子[4]。
抗菌肽是由基因编码、核糖体合成的多肽,通常具有短肽(30~60个氨基酸)、强阳离子(pI 8.9~10.7)、热稳定性(100℃,15min )、不易产生耐药性、对真核细胞无影响等共同特征[5]。
根据其来源可以分为:植物源抗菌肽,如硫素(thionins )、植物防御素(plant defensins);动物源抗菌肽,如天蚕素、防御素;微抗菌肽的抗菌机制及其在反刍动物中应用的研究进展■纵瑞1胡忠泽1*张乃锋2段心明3(1.安徽科技学院动物科学学院,动物营养调控与健康安徽省重点实验室,安徽滁州233100;2.中国农业科学院饲料研究所,北京100081;3.农发苑(浙江)农业发展有限公司,浙江湖州313000)作者简介:纵瑞,硕士,研究方向为动物营养与饲料科学。
通讯作者:胡忠泽,教授。
收稿日期:2021-03-25基金项目:国家自然科学基金[31872385];安徽省高校协同创新项目[GXXT-2019-035];安徽省现代牛羊产业技术体系[AHCYTX-7];滁州市科技计划项目[2019ZN003]摘要:抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs )是自然界中广泛存在的多肽物质。
作为机体先天免疫的关键组成部分,具有抗细菌、真菌、肿瘤、病毒等生物学功能。
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抗菌肽作用机制的研究进展卢亚丽(河南工业大学,河南,郑州,450001)摘要: 抗菌肽是一类来源于多种生物的多肽, 这类活性多肽多数具有分子量小、强碱性、热稳定性及广谱抗菌的特点,还可以抗真菌、抗肿瘤、抗病毒、抗寄生虫,且不易产生抗药性。
是先天免疫的重要防御物质,良好的应用前景。
该文分别对抗菌肽的抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤、抗寄生虫的生物活性和作用机理进行了综述,并指出了在开发研究抗菌肽中存在的问题,对其发展作了展望。
关键词:抗菌肽,生物活性,作用机制Research Progress on Mechanism of Antimicrobial PeptidesLU Ya-li(Henan University of Technology, Henan, Zhengzhou, 450001) Abstract Antimicrobial peptides are a class of peptides derived from a variety of organisms. They have many advantages, such as small molecular weight, strong alkali, broad-spectrum antimicrobial, good thermal stability. Moreover, antimicrobial peptides also have the characteristics with anti-fungal, anti-tumor, anti-virus, anti-parasitic, and less drug resistance generated. They are important innate immune defense material, and have a good application prospect. In this paper, the biological activity and mechanism of action of antibacterial, antifungal, antitumor, antiviral, antiparasitic were reviewed, and the the problems existed in the research of antibacterial peptides were pointed out, as well as the prospects of development of antibacterial peptides.Key words:antimicrobial peptides, biological activity, mechanism 抗菌肽(antibacterial peptides)也称抗微生物肽、肽类抗生素或天然抗生素, 是自然界中普遍存在的一类阳离子活性多肽,在细菌、植物、昆虫、鱼类、两栖类和哺乳动物中均有分布,是在诱导条件下由动物免疫防卫系统产生的一类对抗外源性病原体致病作用的防御性阳离子肽类活性物质, 抗菌肽具有抵御外界微生物侵害,清除体内突变细胞,是生物天然的、非特异性防御系统的重要组成部分[1]。
这类活性多肽多数具有强碱性、热稳定性及广谱抗菌,还可以抗真菌、抗肿瘤、抗病毒,且不易产生抗药性[2]等特点。
近年来,抗生素的广泛使用造成了多药耐药菌感染在临床的蔓延,因而抗菌肽低耐药性在预防与治疗耐药菌感染方面具有广阔的应用前景,随着分子生物学技术的发展,抗菌肽已成为近年来分子免疫学和分子生物学的研究热点。
文中就近年来抗菌肽作用机制的研究进展进行阐述。
1 抗菌肽的概述1.1 抗菌肽的生物活性抗菌肽之所以被冠上“抗菌”这两个字,主要是因为其抗菌谱广,对革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌及真菌、霉菌均有明显的抑杀作用,对一些农作物和经济作物病原菌亦有作用。
高度耐药的伤寒杆菌、金黄色葡萄球菌等对抗菌肽同样敏感。
此外,抗菌肽可以有效杀灭寄生虫,如痢疾、疟疾、chagas氏病、利什曼病的原虫等。
另外,有研究表明抗菌肽对流感病毒、疱疹病毒和乙型肝炎病毒等也有抑制作用。
值得一提的是,有报道抗菌肽在亚毒性浓度下可抑制艾滋病毒-1(HIV-1)的基因表达,表明抗菌肽对于艾滋病病毒也有抑制作用,这一发现的医学价值是不言而喻的。
在肿瘤治疗方面,大部分化疗药物往往同时抑杀癌细胞和正常细胞,具有较大的副作用。
而抗菌肽能特异性地抑制某些肿瘤细胞的生长,对人体正常细胞毒性极低,故极有可能成为无毒或低毒副作用的抗肿瘤新药[3]。
1.2 抗菌肽的分类自20世纪70年代末从昆虫体内发现抗菌肽以来,已发现300多种这样的内源性抗菌肽,大致可分为4类,即富含Cys残基的defensin(防御素)、富含Pro残基的magainin(蛙皮素)、富含Gly残基的melittin(蜂毒素)和cecropin(杀菌肽)类。
按照结构特点可以将其分为4大类[4-5](1)由两到三个二硫键来稳定的β片层结构,分子内含有二硫键,可以稳定抗菌肽的结构,有助于抗菌肽穿过细胞膜。
(2)包含一个两性α-螺旋结构,分子内具有α-螺旋结构,通常含有小的弯曲,如cecropin,magainin[6];(3)片层结构的抗菌肽:缺少典型的二级结构,富含Pro、Gly,其抗菌单位结构是通过肽与膜脂间的氢键或范德华力形成的,而不是通过残基间的氢键,如indolicidin[7];(4)由单一的二硫键形成的环形结构。
1.3 抗菌肽的理化性质[16]大小:抗菌肽分子量较小,通常是由6~5 0个氨基酸残基组成,目前还发现了具有抗菌活性的二肽和三肽。
序列:肽序列中常常包含碱性氨基酸残基—赖氨酸或精氨酸,以及疏水性残基——丙氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸或者色氨酸,有的抗菌肽还包含某些氨基酸的重复序列。
电荷:阴离子抗菌肽富含带负电的天冬氨酸和谷氨酸,阳离子抗菌肽则富含带正电的精氨酸和赖氨酸。
在抗菌活性上,带电荷较多的阳离子肽和含有锌的阴离子肽要明显高于中性的及带电荷较少的抗菌肽。
两亲性:抗菌肽具有明显的两亲性,其N端分子富含亲水性氨基酸残基,特别是赖氨酸和精氨酸;而c端则含较多的疏水性氨基酸残基,且大部分被酰胺化。
2 抗菌肽作用机制抗菌肽对G+菌和G-菌都具有杀灭或抑制作用,其广谱抗菌特性是传统抗生素所无法比拟的,传统抗生素通过消除微生物生长或生存必不可少的条件,如使酶失活变性,来达到杀菌的目的,细菌只要改变一种基因就足以抵抗此类抗生素的攻击。
而抗菌肽则通过中和电荷的方法与细菌细胞膜相互作用,以此穿透杀死细菌,极大地减少了细菌产生耐药性的可能[8]。
2.1膜透化作用几乎所有的抗菌肽都是阳离子型的或两亲性的,这一特征决定了它们的抗菌作用模式,抗菌肽分子可以在细菌细胞质膜上穿孔而形成离子孔道,造成细菌细胞膜结构破坏引起胞内水溶性物质大量渗出,而最终导致细菌死亡。
抗菌肽分子首先结合在质膜上,抗菌肽分子中的疏水端和两亲性α-螺旋插入质膜中,多个肽分子共同作用形成离子性通道, 肽的阳离子部分与微生物膜的阴离子结构相互作用,并最终导致微生物膜的透化,使细菌失去了膜势而死亡。
这一过程得到了大多数学者的公认。
关于膜透化作用已经提出了许多机制, 以下讨论的4 种机制是目前根据大量的研究得出的理论。
(1)“桶板”模型:数量相对较少的阳离子抗菌肽在电荷的作用下, 结合在细胞膜表面并相互聚合,肽分子中的疏水面向外朝向细胞膜的酰基链, 而亲水面形成孔或槽, 形成横跨细胞膜的离子通道。
离子通道一旦形成, 外界的水分即可渗入细胞内部,细胞质也可渗透到外部。
由于失去能量, 严重时细胞膜即会崩解而导致细胞死亡[9] (2)“环形孔”(虫孔)模型:其与“桶板”模型最主要的不同在于脂类与抗菌肽一起形成跨膜通道。
(3)“毡毯”模型:阳离子抗菌肽平行排列在细胞壁表面形成类似“毡子”的结构, 与其他模型一样,阳离子抗菌肽通过静电作用结合到细胞膜上, 覆盖在磷脂双层上, 当抗菌肽密度达到一定临界值时,细胞膜能量恶化, 完整性丧失, 细胞膜出现显著的弯曲从而破裂。
此模型中阳离子抗菌肽的疏水部分并不插入细胞膜, 细胞膜也并无槽的形成[10](4)“凝聚”模型:凝聚模型认为抗菌肽插入到细胞膜后, 由肽和脂质组成胶束复合物,以凝聚物形式横跨细胞膜, 形成动态的孔, 抗菌肽透过这种机制也可以进入胞内。
与虫孔模型不同,在此模型中抗菌肽没有特定的取向。
2.2抗菌肽与细菌胞质内靶目标的作用仅仅是膜通透性的改变不能完全解释抗菌肽的强杀菌作用,在细胞死亡的过程中, 细胞膜的透化作用与细胞内功能的破坏相比, 对细胞死亡的影响相对较小。
有些研究表明细胞膜的去极化并不是抗菌肽杀死靶细胞的充分条件,即抗菌肽与细胞膜作用,在其表面形成短暂性的通道只是进入细胞的中间步骤[11]例如, 线性α螺旋的BuforinⅡ具有1个脯氨酸铰链区,它不改变膜的通透性,但可以穿过质膜在胞浆内积累。
Magainin-2没有穿膜功能, 将BuforinⅡ脯氨酸铰链与magainin-2的螺旋区融合形成的杂合肽能有效地穿过质膜在胞浆内积累[12]。
抗菌肽一旦穿过质膜, 它可能通过结合DNA阻断DNA复制、抑制RNA合成、影响或阻止蛋白质翻译,抑制正常蛋白质折叠或促使蛋白质错误折叠,抑制与隔膜形成相关的膜蛋白合成而抑制细菌隔膜形成, 干扰转糖基作用,抑制肽聚糖生物合成, 阻断细胞壁形成,阻断细菌吸收胸腺嘧啶、尿嘧啶、亮氨酸等方式影响细胞正常生理活动, 最终导致胞内损伤或死亡。
许多抗菌肽穿过细胞膜在细胞内积累并干扰胞内正常功能, 引起细菌死亡, 因此研究者们认为抗菌肽存在着胞内作用靶点。
胞内杀菌机制主要有以下几种胞内杀菌机制主要有以下几种[13,16]:(1)引起胞内物质的絮凝反应,(2)抑制细胞壁生成,(3)与核酸物质相结合,(4)抑制核酸或蛋白质合成,(5)抑制酶的活性,(6)改变细胞膜:抑制隔膜形成。
2.2.1抑制细胞呼吸作用线粒体是细胞能量代谢最重要的细胞器。
Fehlbaum P等发现,当用40μmoL/L的thanatin处理细菌1 h后,可监测到细菌的呼吸作用变弱,6 h后细菌的呼吸作用就会完全停止。
超微结构发现线粒体出现肿胀、空泡化、嵴脱落和排列不规则,核膜界限不清,有的核破裂,内容物溢出。
提示thanatin是通过抑制细胞的呼吸作用来杀菌。
2.2.2抑制蛋白质及细胞壁合成Pharmacia等的实验表明,对革兰氏阳性菌有强烈抑菌活性的抗菌肽Oxazdidinones通过紧密结合到原核细胞核糖体50S亚基,抑制蛋白合成起始复合物的形成,引起细胞死亡[14]研究发现,麻蝇素Ⅱ(SarcotoxinⅡ)能够抑制细菌细胞壁的形成,使细菌不能维持正常的细胞形态而生长受阻,并使细胞壁穿孔,但对已形成的细胞壁不起作用。