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细菌外膜的分子构成

细菌外膜的分子构成

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  • 发布时间:2023-04-21 11:05
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【概要描述】细菌外膜与真核细胞膜一样,亦是由不对称的磷脂双层构成基本骨架。内毒素作为一种特殊的磷脂,全部存在于外膜的外叶中,应用抗体标记技术可观察到内毒素抗体仅结合于外叶上,而不与内叶结合。应用酶降解技术亦能证明这一点。对于单个菌细胞来讲,内毒素与磷脂具有相同数目的轻碳链(脂肪酷基)数目,因而它们在外膜中占据相同大小的区域。

细菌外膜的分子构成

【概要描述】细菌外膜与真核细胞膜一样,亦是由不对称的磷脂双层构成基本骨架。内毒素作为一种特殊的磷脂,全部存在于外膜的外叶中,应用抗体标记技术可观察到内毒素抗体仅结合于外叶上,而不与内叶结合。应用酶降解技术亦能证明这一点。对于单个菌细胞来讲,内毒素与磷脂具有相同数目的轻碳链(脂肪酷基)数目,因而它们在外膜中占据相同大小的区域。

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内毒素在外膜中的位置

细菌外膜与真核细胞膜一样亦是由不对称的磷脂双层构成基本骨架。内毒素作为一种特殊的磷脂,全部存在于外膜的外叶中,应用抗体标记技术可观察到内毒素抗体仅结合于外叶上,而不与内叶结合。应用酶降解技术亦能证明这一点。对于单个菌细胞来讲,内毒素与磷脂具有相同数目的轻碳链脂肪酷基数目因而它们在外膜中占据相同大小的区域。因此理论计算亦可证明外膜中的外叶全部由 LPS及蛋白质组成,而基本上不含磷脂。反之外膜的内叶则全部由磷脂所占据。这至少对于野型光滑型细菌来讲是完全可以肯定的。但是粗糙型细菌外膜的构成与光滑型菌株不一样,主要表现在粗糙型菌株外膜的外叶并不完全是由内毒素组成,而是由内毒素与磷脂共同组成而粗糙型细菌外膜的内叶则仍然全部由磷脂及蛋白质组成1-2)。

 

革兰氏阴性菌细胞壁外膜的构成

A光滑型野型菌的外膜,外膜外叶全部由LPS及蛋白质组成,而内叶则全部由磷脂及蛋白质组成

B粗糙型菌的外膜,外膜外叶由LPS磷脂及蛋白质共同组成而内叶则全部由磷脂及蛋白质组成。

事实上,细菌外膜的这种非对称性结构在细菌的生理学上具有十分重要的意义。肠道菌多存在于含高浓度胆盐的环境中,而由内毒素组成的外膜外叶可阻止胆盐的进入而免遭破坏。而肠道以外的细菌则不需要具备对脂溶性物质高度的不通透性,从而这些细菌一般形成更为对称性的外膜结构。粗糙型细菌由于其外膜的外叶中存在一定量的磷脂故而易受外环境的影响,因而其外膜不如野型细菌外膜稳定。

LPS分子间的相互作用

LPS 是在细胞浆内合成的,最终被转运到外膜而成为细菌外膜的特征性成分。由于LPS仅存在于外膜的外叶中故其间必定有什么特异性的机制参与而使LPS转运到外叶而不是内叶这种机制可能涉及 LPS与磷脂及它们各自分子间的相互作用。已知LPS与磷脂有强烈的相互作用,但比较起来LPSLPS磷脂与磷脂亦即同源性物质间的相互作用要更为强烈,化学提纯的LPS由于其分子间具有强烈的相互作用,故而在一定条件下可形成LPS单层膜结构,如果加入生理比例量的磷脂,则便可形成+分稳定的双层膜区域结构。当然LPS分子间的相互作用还需两价阳离子 Ca2+Mg2+的参与。

LPS远端的糖残基部分含有多量的负电荷,因而如果没有对应离子的介入LPS分子间可发生静电排斥反应。天然条件下存在的LPS中含有许多阳离子Na+Mg2+Ca2+及携带正电荷的胺类物质尸胺、腐胺、精胺、亚精胺及乙醇胺。应用电透析去除这些无机及有机物质可使LPS的物理学性状乃至生物学性状发生改变。这类阳离子的存在对于外膜的构成起着十分重要的作用,如果应用鳌合剂去除外膜中阳离子则外膜即可遭到破坏。另一方面,加入Mg2+则可起到稳定外膜的作用。因而当培养基中加入适量Mg2+0.15mmol/L可抑制粗糙型及脂蛋白缺陷菌间周酶的漏出。

LPS与蛋白质的相互作用

细菌外膜中存在的LPS与蛋白质分子可发生强烈的相互作用。应用酚水法提取到的LPS含有相当多量的蛋白质成分(可高达10%左右)使再通过凝胶过滤亦不能将这类蛋白完全去除这些蛋白质分子先前曾称为“LPS相关蛋白”(LPS-associate proteins),其主要成分为透道蛋白,或OmpA蛋白。另一方面OmpA蛋白可作为TuⅡ噬菌体的受体,但是在体外实验中,噬菌体并不能识别并与OmpA蛋白结合,仅在加入了定的LPS后噬菌体才能与这种蛋白结合,说明LPSOmpA蛋白作为Tu菌体的受体所必需的。加入一定量的Mg2+和磷脂可促进 OmpA 蛋白与噬菌体结合。

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