肽聚糖的结构
肽聚糖是位于细胞质膜上方的一层坚固保护层。在革兰氏阴性菌中，它外侧还覆盖着一层由脂多糖组成的革兰氏阴性菌外膜，该外膜对许多抗生素起到了屏障作用。
分子的骨架（“脊柱”）由长链组成，其中交替排列着两种氨基糖：
- N-乙酰葡糖胺（NAG）；
- N-乙酰胞壁酸（NAM）。
每个 NAM 分子都连接有一个短寡肽。相邻聚合物链上的这些肽段通过横向桥链相互连接，形成一个坚固的三维网络。
阶段 1：单体合成
该过程始于细胞质中以及细胞膜的内表面。葡萄糖转化为 NAG 和 NAM。随后，在酶 MurC、MurD、MurE 的参与下，肽链在 NAM 分子上完成组装。
首先依次连接 L-丙氨酸 和 D-谷氨酸。第三个氨基酸取决于细菌类型：大多数革兰氏阳性菌中该氨基酸为 L-赖氨酸，而革兰氏阴性菌（以及部分革兰氏阳性菌）中则是 二氨基庚二酸（DAP）。由于 DAP 不存在于人体中，因此它是研发新型抗生素的重要靶点。
最后，向肽链中添加二肽 D-Ala-D-Ala，该二肽由 L-丙氨酸在 D-Ala-D-Ala 合成酶 的催化下合成。
在此之后，NAG 连接到复合物上，同时在革兰氏阳性菌中，连接多肽（通常为五甘氨酸桥）被添加至第三个氨基酸（赖氨酸或 DAP）上。
阶段 2：转运与聚合
合成后的亲水性胞壁质单体无法自行通过亲脂性的细胞质膜。为此，细胞需要借助转运载体——细菌磷酸烯醇丙酮酸转移酶载体（或：巴托醇/bactoprenol）（译注：保留 bactoprenol 对应词为巴托醇/十一异戊烯醇）。
巴托醇与单体结合，将其转运至膜的外表面并嵌入正在生长的聚合物链中。在转糖基酶将巴托醇解离后，它会返回细胞质以获取新的构建单元。
链的线性延伸过程（将所运送单体的 NAM 与现有聚合物的 NAG 相连）由肽聚糖糖基转移酶催化。
阶段 3：转肽作用（交联）
最后阶段赋予细胞壁强度。平行的肽聚糖链彼此交联。
该过程由转肽酶催化。它们与末端二肽 D-Ala-D-Ala 结合，裂解掉一个（末端）D-丙氨酸残基，并与肽聚糖形成临时复合物。随后，相邻链的游离氨基进攻该复合物，形成共价交联。
转肽酶是 $\beta$-内酰胺类抗生素（如苄青霉素）的主要靶点，因此这些酶也被称为青霉素结合蛋白（PBPs）。
简述：主题相关问答
哪些抗生素会抑制肽聚糖单体合成的细胞质阶段？
在细胞壁合成的早期阶段，胞壁质单体合成抑制剂发挥作用，它们会破坏细胞质中构建单元的形成。
- 磷霉素 (Fosfomycin) — 不可逆地阻断尿苷二磷酸-N-乙酰葡萄糖胺的酶促缩合反应，从而阻止胞壁质单体的形成。
- 磷霉星 (Fosmidomycin) — 属于干扰细胞壁合成早期阶段的代表药物。
哪种抗生素通过破坏巴托醇循环来阻断单体转运？
多肽抗生素杆菌肽可作用于脂质载体，从而阻断胞壁质单体通过膜的转运。
- 杆菌肽（Bacitracin）——阻断脂质载体焦磷酸巴托醇的去磷酸化（活性恢复），导致其丧失转运功能并中止细胞壁合成。
哪些类别的抗生素会抑制细胞壁合成中的转肽作用阶段？
聚合物交联（转肽作用）阶段会被结合青霉素结合蛋白并抑制转肽酶的药物所抑制。
- 碳青霉烯类 (Carbapenems) — 与特定的青霉素结合蛋白结合并抑制转肽酶，从而破坏肽聚糖横向交联的形成。
革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌的细胞壁结构有何不同？
革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁在肽聚糖层的厚度以及是否存在额外保护结构方面存在显着差异。
| 特征 | 革兰氏阳性菌 | 革兰氏阴性菌 |
|---|---|---|
| 细胞壁厚度 | 20-60 nm | 10-20 nm |
| 肽聚糖占细胞壁干重的比例 | 40-90% | 5-10% |
| 磷壁酸 | + | - |
| 周质空间 | - | + |
| 外膜 | - | + |
| 革兰氏染色颜色 | 蓝紫色 | 粉红色 |
记住基础成分：“NAM 和 NAG 构建骨架”。
课堂与考试常见问题
哪些酶被称为青霉素结合蛋白（PBPs）？为什么？
它们是转肽酶——负责催化肽聚糖链交联的酶。由于 $\beta$-内酰胺类抗生素（青霉素）会阻断其功能，因此被称为 PBPs。
为什么需要杆菌肽醇（bactoprenol）？
它充当亲脂性载体。单体成分具有亲水性，无法自行穿过细胞膜向外扩散。
不同细菌肽链的第三个氨基酸有什么区别？
大多数革兰氏阳性菌使用 L-赖氨酸，而革兰氏阴性菌使用二氨基庚二酸（DAP）。
该主题的其他拓展内容
- $\beta$-内酰胺类抗生素的作用机制
- 革兰氏阴性菌外膜的结构
- 单体合成酶（MurA-MurF）
- 巴托醇循环及其相关影响药物
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