细菌细胞壁和包膜

细菌细胞包膜是保护细胞、维持其抵抗膨胀压的形状并介导与环境交换的分层边界，其决定性结构聚合物是肽聚糖。

Definition

细菌细胞包膜包括细胞质外部的层——细胞质膜、肽聚糖细胞壁，以及在革兰氏阴性细菌中，一个外膜——它们共同保护细胞并控制其与环境的相互作用。

Scope

本主题涵盖肽聚糖的结构和生物合成；革兰氏阳性壁和革兰氏阴性壁及其外膜和脂多糖的对比结构；磷壁酸、周质和孔蛋白；古细菌细胞壁及其缺乏肽聚糖的特点；以及革兰氏染色的基础。它将包膜化学与染色、抗生素作用和免疫识别联系起来。

Core questions

• 肽聚糖如何在提供机械强度的同时允许生长？
• 哪些结构特征区分了革兰氏阳性包膜和革兰氏阴性包膜？
• 为什么许多抗生素以细胞壁合成为靶点？
• 古细菌包膜与细菌包膜有何不同？

Key concepts

• 肽聚糖结构和交联
• 革兰氏阳性壁和磷壁酸
• 革兰氏阴性外膜和脂多糖
• 周质和孔蛋白
• 革兰氏染色的基础

Mechanisms

肽聚糖是由短肽交联的聚糖链网格，形成一个连续的囊，抵抗膨胀压。在革兰氏阳性细胞中，这一层厚且与磷壁酸相关；在革兰氏阴性细胞中，它薄且位于周质中，周质上方有一个外膜，其脂多糖充当屏障和内毒素。细胞壁合成需要精确协调的酶，这些酶在保持完整性的同时插入新材料，这就是为什么干扰这些步骤对细胞是致命的。

Clinical relevance

肽聚糖壁是细菌独有的，是β-内酰胺类和糖肽类等重要抗生素的作用靶点，而革兰氏阴性外膜的脂多糖是宿主免疫反应的强效刺激物，这使得包膜结构在抗菌作用和宿主-微生物相互作用中都至关重要。

History

克里斯蒂安·革兰于1884年引入的革兰氏差异染色法将细菌分为两大类，其区别后来在20世纪通过生物化学和电子显微镜揭示的细胞壁结构差异得到解释，将经典染色与分子结构联系起来。

Key figures

• Christian Gram
• Hans Christian Joachim Gram

Seminal works

• willey2020
• madigan2018

Frequently asked questions

为什么β-内酰胺类抗生素会影响细菌而不是人体细胞？

β-内酰胺类抗生素会干扰构建肽聚糖的酶，肽聚糖是一种仅存在于细菌细胞壁中的聚合物。人体细胞缺乏肽聚糖，因此这些药物选择性地作用于细菌靶点。