第六章微生物的合成代谢

第六章微生物的合成代谢内容摘要：

酶和果糖胶蔗糖转化酶的催化下，将单糖一个一个地连接到受体分子（蔗糖）上，最后形成多糖。  果糖胶是在果糖胶蔗糖转化酶的催化下，将蔗糖分解，生成游离葡萄糖，并将分解出来的果糖分 子结合到受体分子上。  葡萄糖胶是在葡萄糖胶蔗糖转化酶的催化下，将蔗糖分解，生成游离的果糖，并将分解出来的 α 葡萄糖连续地连接到受体分子上。  利用蔗糖作为底物合成葡萄糖胶和果糖胶时不消耗 ATP，因为在作为底物的蔗糖中，贮存在糖苷键中的能量可以被转化，所以通过转糖苷酶作用就能延长多糖的链。  所以细菌不能从单糖合成葡萄糖胶和果糖胶，蔗糖是合成这两种多糖的专一性底物，产生葡萄糖胶和果糖胶的细菌也只有在含蔗糖培养基上生长时，才能合成这类物质。  （ 2）糖原的合成  细菌是以 ADP葡萄糖为糖基供体。  ①第一是激活作用 ，生成 ADP葡萄糖；  ②第二是经糖原合成酶作用， ADP葡萄糖上的葡萄糖通过 α 1， 4键聚合成直链状的聚合物；  ③第三是当葡萄糖链延长到一定程度之后，在分支酶催化下，将一段 68个葡萄糖残基从主链转移到一个分支点上，形成 α 1， 6键的分支，新分支一旦形成，又通过 α 1， 4键继续聚合葡萄糖。  合成一个糖原分子需要消耗大量 ATP。  以葡萄糖为起始物，在糖原合成过程中，每延长一个葡萄糖单位就消耗两分子 ATP，一个用于葡萄糖磷酸化，另一个消耗于 ADP葡萄糖的形成。  （ 3）甲壳质、多聚甘露糖、纤维素的合成：  甲壳质是 N乙酰氨基葡萄糖通过 β 1， 4键连接而成的聚合物。  一些真菌和放线菌含有甲壳质合成酶，可催化 UDPN乙酰氨基葡萄糖把 N乙酰氨基葡萄糖转移到受体分子上，使甲壳质的链加长。  酵母菌以相似的方式，以 UDP甘露糖作为甘露糖的供体，生成多聚甘露糖。  纤维素的结构单位是纤维二糖，由两分子葡萄糖经 β 1， 4键合成。  在转糖苷酶的催化下，把 UDP葡萄糖的葡萄糖基转移到纤维素引物分子上，使纤维素分子逐渐延长。  细菌细胞壁多糖物质的生物合成  肽聚糖、磷壁酸、脂多糖是细菌细胞壁的主要结构物质。  （ 1） 肽聚糖的生物合成：肽聚糖的基本重复单位是 N乙酰氨基葡萄糖（ NAG）， N乙酰胞壁酸（ NAMA）。  第一阶段：双糖肽单体的形成，在细胞质中完成。  ① N乙酰氨基葡萄糖的合成：葡萄糖经过 6磷酸葡萄糖转化为 6磷酸果糖，并由 L谷氨酰胺提供氨基形成 6磷酸葡萄糖胺。 再经异构化、乙酰化生成 1磷酸 N乙酰氨基葡萄糖。 最后在 UTP存在时，经胶磷酸化酶催化，生成 UDPN乙酰氨基葡萄糖。  UDPN乙酰氨基葡萄糖的合成过程  ② N乙酰胞壁酸的合成： UDPN乙酰氨基葡萄糖和磷酸烯醇丙酮酸在 UDPN乙酰氨基葡萄糖丙酮酸转移酶催化下，合成 UDPN乙酰氨基葡萄糖 丙酮酸醚，再经还原作用生成 UDPN乙酰氨基葡萄糖乳酸醚，即 UDPN乙酰胞壁酸。  N乙酰氨基葡萄糖和 N乙酰胞壁酸分别在丙氨酸增加酶、谷氨酸增加酶、内消旋二氨基庚二酸增加酶、丙二酸消旋酶和丙氨酸连接酶的作用下，形成双糖肽单体。  第二阶段是十一萜醇循环阶段，在细胞膜上完成。  十一异戊烯磷酸糖基载体将 N乙酰胞壁酸 五肽和 N乙酰氨基葡萄糖从细胞质的合成部位通过细胞膜转移到细胞膜外的肽聚糖聚合位点。 并形成活化的二糖 五肽亚单位。  二糖 五肽亚单位从十一异戊烯磷酸糖基载体上转移到肽聚糖的引物分子上，并循环进行。  第三阶段是聚合阶段。  二糖 五肽亚单位通过两步反应转移到正在延伸的肽聚糖引物上。  细菌细胞壁中肽聚糖的生物合成途径和场所  （ 2）抗生素对肽聚糖合成的抑制：抑制肽聚糖生物合成的抗生素主要有：磷霉素、 D环丝氨酸、邻氨甲酰 D丝氨酸、万古霉素、杆菌肽、青霉素等。 它们作用于肽聚糖生物合成的不同环节。  抑制 UDPN乙酰胞壁酸 五肽的合成；  抑制糖基运载循环，抑制五肽的组装；  抑制交联作用。  （ 3）磷壁酸的生物合成：磷壁酸是以磷酸多元醇为碳骨架的阴离子聚合物。 其最基本的结构方式可分为甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸。  1磷酸核酮糖经还原反应生成 1磷酸核酮醇，然后在 CTP的参与下，经胶磷酸化酶催化生成CDP核糖醇，释放出胶磷酸。 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。  磷壁酸与肽聚糖的连结需要以低聚的磷酸甘油为桥梁，这种低聚物是以 CDP甘油作为磷酸甘油的供体，在聚合酶催化下，通过 1， 3磷酸二酯键聚合而成。  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，是通过细胞膜上的载体脂实现的。  （ 4）脂多糖的生物合成：脂多糖是革兰氏阴性菌外膜中的重要组成成分。 沙门氏菌属的脂多糖由脂 A、核心寡糖和 O抗原多糖链三部分组成。  ①脂 A的合成：脂 A的合成需要核苷酸，在 UTP参与下，由葡萄糖 1磷酸生成 UDP2， 3二脂酰葡萄糖胺，后者可分解成 UMP和脂 X。 UDP2,3二脂酰葡萄糖胺和脂 X通过 β 1， 6糖苷键结合成二糖 1磷酸，然后在 ATP参与下，碳 4180。 上的羟基被磷酸化，生成不完全的脂 A。 再经过添加 2氧化 3脱氧辛酮糖酸 、月桂酸、肉豆蔻酸等步骤生成完全的脂 A。  脂 A的结构  脂 A及脂多糖的生物合成途径  ②核心寡糖的合成：核心寡糖由三个区组成，即 2氧化 3脱氧辛酮糖酸区、 Hep区及由己糖组成外核区。 外核区是以 UDP葡萄糖、 UDP半乳糖、 UDPN乙酰氨基葡萄糖作为糖基供体，在转移酶催化下，按一定顺序逐个连结起来，形成核心寡糖。 这些糖核苷酸的转移酶存在于细胞膜上。  ③ O抗原侧链的合成：首先载体脂磷酸（ GCLP）与 UDP半乳糖反应， 生成 UMP和半乳糖PPGCL。 然后在 O抗原链聚合酶催化下， TDP鼠李糖、 GDP甘露糖、 CDP阿比可糖依次加在半乳糖 PPGCL上，这样形成一个 O抗原寡糖的重复单位，每合成一个重复单位，就放出一个 GCLPP，它再重新参加反应。 如此循环往复便不断合成重复单位。 约有 8个重复单位首尾聚合起来，形成一端带有 GCLPP的杂多糖链，即为完整的 O抗原侧链。  鼠伤寒沙门氏菌 O抗原侧链的合成  第五节 脂类物质的生物合成  一、饱和脂肪酸的生物合成  细菌最主要的饱和脂肪酸为棕榈酸（ 软脂酸），其次为硬脂酸、豆蔻酸和月桂酸。  脂肪酸的合成并不是脂肪酸 β 氧化的逆反应，而是通过另外的途径。 例如酵母菌和细菌都是通过丙二酰 CoA途径合成的，该途径可以分为两个阶段。  丙二酰 CoA的合成：合成脂肪酸所需的碳源来自乙酰 CoA。 但不是以乙酰 CoA形式参加缩合反应。 乙酰 CoA由乙酰 CoA羧化酶催化，转变成丙二酰 CoA。 以丙二酰 CoA的形式参加缩合反应。  多酶复合体参与脂肪酸合成：  催化脂肪酸合成的酶是一个多酶复合体。 在这个复合体中，以脂肪酰基载体蛋白为中心，周围排列着多种酶蛋白。  以细菌合成软脂酸的过程为例。 在合成过程中，需要有两个关键性化合物，即短的脂酰 CoA和酰基载体蛋白。  （ 1）引物：脂肪酸合成的初始条件，需要以短的脂酰 CoA作为引物。 如乙酰 CoA、丙酰 CoA、异丁酰 CoA等。  （ 2）酰基载体蛋白：酰基载体蛋白是一种携带脂酰基的蛋白。 它在脂肪酸合成中的作用与脂肪酸 β 氧化中辅酶 A的作用相似，将脂酰基中间体通过硫酯键固定在酶上。  （ 3）细菌合成软脂酸的过程  ①乙酰基转移反应：在脂酰基载体蛋白（ ACP） 乙酰基转移酶催化下，将乙酰 CoA的乙酰基转给 ACP，即 乙酰基与 ACP的。