peptidoglycan biosynthesis肽聚糖是绝大多数原核生物细胞壁所含有的独特成分，它在真细菌的生 命活动中有着重要的功能，尤其是许多重要抗生素例如青霉素、头孢霉素、万 古霉素、环丝氨酸和杆菌肽等呈现其选择毒力的物质基础。它的合成机制复 杂，并必须运送至细胞膜外进行最终装配。整个肽聚糖的合成过程约有20 步。研究对象主要是采用G+细菌——金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。 根据它们反应部位的不同，可区分为在细胞质中、细胞膜上和在细胞膜外3个 合成阶段(见图①)。
图① 肽聚糖生物合成的3阶段及其主要中间代谢物
G为葡萄糖，(G)为N-乙酰葡糖胺，(M)为N-乙酰胞壁酸，“Park”核苷酸
即UDP-N-乙酰胞壁酸五肽
1.在细胞质中的合成。(1)由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰 胞壁酸(见图②)：
图② 由葡萄糖合成乙酰葡糖胺和胞壁酸
(2)由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸(见图③)：
“Park”核苷酸即UDP-N-乙酰胞壁酸五肽，它的合成过程共分4步，都 需UDP(尿嘧啶二磷酸)作糖载体;另外，还有合成D-丙氨酰-D-丙氨酸的 2步反应，且它们都可被环丝氨酸(唑霉素)所抑制。
图③ 金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)由N-乙酰胞壁酸合成
“Park”核苷酸的过程
(M)表示N-乙酰胞壁酸;注意：若在E.coli中，则由mDAP取代L-Lys
2.在细胞膜中的合成：由“Park”核苷酸合成肽聚糖单体是在细胞膜上进 行的。因细胞膜属疏水性，故要把在细胞质中合成的亲水性分子——“Park” 核苷酸掺入细胞膜并进一步接上N-乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽“桥”，最后把 肽聚糖单体(双糖肽亚单位)插入细胞膜外的细胞壁生长点处，其间须通过一 种称作细菌萜醇的类脂载体的运送。
细菌萜醇是一种含11个异戊二烯单位的C55类异戊二烯醇，它可通过2 个磷酸基与N-乙酰胞壁酸分子相接，使糖的中间代谢物呈现出很强的疏水 性，从而使它能顺利通过疏水性很强的细胞膜而转移到膜外。细菌萜醇的结 构见图④。
图④ 细菌萜醇的结构
图⑤ 在细胞膜上进行的由“Park”核苷酸合成肽聚糖单体的反应
“类脂”指类脂载体——细菌萜醇;反应④和⑤可分别被万古霉素和杆菌肽所抑制
类脂载体除在细菌肽聚糖的合成中具有重要作用外，还可参与各类微生 物多种胞外多糖和脂多糖的生物合成，包括细菌的磷壁酸、脂多糖(LPS)，细 菌和真菌的纤维素，以及真菌的几丁质和甘露聚糖等，故十分重要。
在细胞膜中，由“Park”核苷酸合成肽聚糖单体可分3步进行，再加上有 关步骤总计为5步，其细节见图⑤。
3.在细胞膜外的合成：从焦磷酸类脂载体上卸下来的肽聚糖单体，会被运送到细胞膜外正在活跃合成肽聚糖的部位。在那里，一般都是因细胞分裂 而促使一种称为自溶素的酶切开细胞壁上的肽聚糖网套，于是，原有的肽聚 糖分子成了新合成分子的引物。接着，肽聚糖单体与引物分子间先发生转糖 基作用，使多糖链在横向上延伸一个双糖单位，然后再通过转肽酶的转肽作 用，最终使前后2条多糖链间形成甘氨酸五肽“桥”而发生纵向交联。甲乙两 肽尾间的五甘氨酸肽桥是这样形成的：通过转肽酶的作用，在甲肽尾五甘氨 酸肽的游离氨基端与乙肽尾的第四个氨基酸——D-Ala的游离羧基间形成一 个肽键，于是两者交联。这时，乙肽尾从原有的五肽已变成正常肽聚糖分子 中的四肽尾了。以上反应细节都是通过以G+细菌——金黄色葡萄球菌为模 式菌种研究出来的，而在其他原核生物中还有别的肽桥类型或根本不存在肽 桥。有关在细胞膜外进行的转糖基作用和转肽作用的反应可见图⑥。
图⑥ 在细胞膜外合成肽聚糖时的转糖基化作用和转肽作用
(E)指转肽酶
从图⑥可见，转肽作用可被青霉素所抑制。其作用机制是：青霉素是肽 聚糖单体五肽尾末端的D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，即：
它们两者可相互竞争转肽酶的活力中心。转肽酶一旦被青霉素结合，前后2 个肽聚糖单体间不能形成肽桥，因此合成的肽聚糖是缺乏机械强度的原生质 体或球状体之类的细胞壁缺损细菌，当它们处于不利的环境下时，极易裂解 死亡。因为青霉素的作用机制是抑制肽聚糖分子中肽桥的生物合成，因此对 处于生长繁殖旺盛阶段的细菌具有明显的抑制作用，相反，对处于生长停滞 状态的休止细胞则无抑制作用。