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美容业中抗菌多肽的有效运用

临床应用的抗菌药物(包括化学合成抗菌药和抗生素),必须对病原微生物具有较高的“选择性毒性作用”,但对患病畜禽毒性很小甚至没有毒性,这种选择性毒性作用对于临床安全用药十分重要。研究并了解抗菌药物“选择性毒性”的作用机制,对于临床合理选用抗菌药物、新抗菌药物的研制和开发以及细菌耐药性的研究,均有重要意义。

一切动物细胞都被一层薄膜所包被,称为细胞膜或质膜,它把细胞内容物细胞周围环境分隔开来,使细胞能相对地独立于环境而存在。很明显,细胞要维持正常的生命活动,不仅细胞的内容物不能流失,而且其化学组成必须保持相对稳定,这就需要在细胞和它所和的环境之间有起屏障作用的结构;但细胞在不断进行新陈代谢的过程中,又需要经常由外界得到氧气和营养物质。排出细胞的代谢产物,而这些物质的进入和排出,都必须经过细胞膜,这就涉及到物质的跨膜转运过程。因此,细胞膜必然是一个具有特殊结构和功能的半透性膜,它允许某些物质或离子有选择的通过,但又能严格地限制其他一些物质的进出,保持了细胞内物质成分的稳定。细胞内部也存在着类似细胞膜的膜性结构。组成各种细胞器如线粒体、内质网等的膜性部分,使它们与一般胞浆之间既存在某种屏障,也进行着某些物质转运。

包括东京农业技术大学(TUAT)和横滨国立大学研究人员在内的日本科学家已经确定了分子机制,该机制可以为青蛙提供一种有效抗菌特性的皮肤分泌物。

时间:2016-12-24 19:37点击: 次来源:好文学作者:admin评论:- 小 + 大

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膜除了有物质转运功能外,还有跨膜信息传递和能量转换功能,这些功能的机制是由膜的分子组成和结构决定的。膜成分中的脂质分子层主要起了屏障作用,而膜中的特殊蛋白质则与物质、能量和信息的跨膜转运和转换有关。

他们的研究结果于2019年2月20日在ACS Applied Bio Materials上发表。该蹼杂色的青蛙,也称为多彩铃蟾,栖息于森林,草原,湿地和水生环境横跨中欧。他们的皮肤分泌物含有抗菌剂

抗菌肽通常作为抵御病原体的第一道防线,是生物天然免疫防御系统的重要组成部分,下面是小编搜集整理的一篇探究抗菌多肽有效运用的论文范文,欢迎阅读借鉴。

抗菌药物的“选择性毒性作用”,主要来源于药物对于病原微生物某些特殊靶位的作用。根据主要作用靶位的不同,抗菌药物的作用原理一般可分为以下四种类型。

一、膜的化学组成和分子结构

  • 称为Bominin H2和H4--在保护物种免受感染方面起着关键作用。

前言

365必发vipcom ,抑制细菌细胞壁的合成细菌细胞膜外是一层坚韧的细胞壁,能抗御菌体内强大的渗透压,具有保护和维持细菌正常形态的功能。细菌细胞壁主要结构成分是胞壁黏肽,由N-乙酰葡萄糖胺和与五肽相连的N-乙酰胞壁酸重复交替连接而成。胞壁黏肽的生物合成可分为胞浆内、胞浆膜与胞浆外三个阶段。胞浆内黏肽前体的形成可被磷霉素与环丝氨酸所阻碍。磷霉素抑制有关酶系阻碍N-乙酰胞壁酸的形成;环丝氨酸通过抑制D-丙氨酸的消旋酶和合成酶阻碍了N-乙酰胞壁酸五肽的形成。胞浆膜阶段的粘肽合成可被万古霉素和杆菌肽所破坏,它们能分别抑制MurNAc-五肽与脂载体结合并形成直链十肽二糖聚合物和聚合物转运至膜外受体的过程及脱磷酸反应。青霉素与头孢菌素类抗生素则能阻碍直链十肽二糖聚合物在胞浆外的交叉连接过程。青霉素等的作用靶位是胞浆膜上的青霉素结合蛋白,表现为抑制转肽酶的转肽作用,从而阻碍了交叉连接。能阻碍细胞壁合成的抗生素可导致细菌细胞壁缺损。由于菌体内的高渗透压,在等渗环境中水分不断渗入。致使细菌膨胀、变形,在自溶酶影响下,细菌破裂溶解而死亡。属于这种作用类型的抗生素有青霉素类、头孢菌素类、杆菌肽等。

从低等生物草履虫以至高等哺乳动物的各种细胞,都具有类似的细胞膜结构。在电镜下可分为三层,即在膜的靠内外两侧各有一条厚约2.5nm的电子致密带,中间夹有一条厚2.5nm的透明带,总厚度约7.0~7.5nm左右这种结构不仅见于各种细胞的细胞膜,亦见于各种细胞器的膜性结构,如线粒体膜、内质网膜、溶酶体膜等,因而它被认为是一种细胞中普遍存在的基本结构形式。

Bombinin H2和H4是抗菌肽(AMPs) - 或宿主防御肽 - 在免疫反应中起重要作用。他们因抑制利什曼病的能力引起了人们的关注 - 利什曼病是一种高度传染性和潜在致命的热带疾病,已影响全球约2000万人,每年报告130万新病例和20,000至30,000人死亡。

抗菌肽又叫抗微生物肽(AntimicrobialpeptideAMPs),是由生物体内产生的有广谱抗真菌、细菌、病毒、抑杀肿瘤细胞等活性作用的小分子多肽。在自然界中,已经从各种生物中分离出了抗菌肽,在序列,物理化学性质和结构显示了广泛的多样性。抗菌肽通常作为抵御病原体的第一道防线,是生物天然免疫防御系统的重要组成部分[1].根据抗菌肽的氨基酸序列和二级结构核磁共振的测定结果显示,AMPs大致可分为五个家族如下:①α-螺旋型抗菌肽;②β-折叠及小蛋白质的肽段抗菌肽;③带有一个硫代-醚环的肽段的抗菌肽;④无规则的卷曲型抗菌肽;⑤富含半胱氨酸的抗菌肽[2].抗菌肽杀死细菌的作用模式多种多样,包括破坏细菌的细胞膜结构、干扰其代谢过程或靶向破坏细胞质成分等。肽和目标生物之间的初次接触一般是通过静电力的作用,因为大多数细菌表面是阴离子带负电荷。一方面,AMPs的氨基酸组成具有兼性离子性质,阳离子型的氨基酸和侧链可插入到细菌的脂质双分子膜中,并形成栅桶式、地毯状以及环形孔等结构,在细菌细胞膜上通过建立孔洞,破坏细胞膜的结构,引起细胞内物质的泄漏和瓦解跨膜电势,影响细胞的正常生理过程,从而导致细胞的死亡;另一方面,AMPs渗透进入细胞并与细胞内对于正常生活是至关重要的分子结合,结合模式包括抑制细胞壁合成、改建胞质膜,活化自溶酶,抑制DNA、RNA和蛋白质的合成,并抑制某些酶的活性等,从而影响到细菌的生长。但在许多情况下,AMPs杀死细菌的确切分子机制尚不清楚[3].

增加细菌细胞膜的通透性细菌细胞膜主要是由类脂质和蛋白质分子构成的一种半透膜,具有渗透屏障和运输物质的功能。多黏菌素类抗生素具有表面活性物质,能选择性地与细菌细胞膜中的磷脂结合;而制霉菌素和两性霉素等多烯类抗生素则仅能与真菌细胞膜中固醇类物质结合。它们均能使细胞膜通透性增加,导致菌体内的蛋白质、核苷酸、氨基酸、糖和盐类等外漏,从而使细菌死亡。属于这种作用方式而呈现抗菌作用的抗生素有两类:一是多肽类,如多黏菌素等;二是多烯类,如两性霉素B、制霉菌素等。

各种膜性结构主要由脂质、蛋白质和糖类等物质组成;尽管不同来源的膜中各种物质的比例和组成有所不同,但一般是以蛋白质和脂质为主,糖类只占极少量。如以重量计算,膜中蛋白质约为脂质的1~4倍不等,但蛋白质的分子量比脂质大得多,故膜中脂质的分子数反较蛋白质分子数多得多,至少也超过蛋白质分子数100倍以上。

H4是H2的异构体 - 它们具有相同的配方,但分子中的原子排列不同--H4在分子链的末端具有天然存在的D-氨基酸。就其抗菌性而言,H4比H2更有效,但直到现在,其原因一直是未解决的生物学谜。

自然界中AMPs除了具有广谱抗革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌和真菌的作用外,其毒性作用也可能扩展到针对具有包囊的病毒、寄生虫、甚至于是癌细胞。另外,AMPs还可通过对促炎细胞因子和趋化因子基因的诱导表达,据有调节先天和适应性免疫的作用。这些效应会抑制炎症反应,同时刺激巨噬细胞,中性粒细胞,嗜酸性粒细胞和T淋巴细胞的增殖。AMPs功能的多样性吸引了越来越多研究者的注意力。也正是出于这个原因,具有不同的化学性质新颖抗菌肽被持续不断的从各种生物中分离,筛选新型抗菌肽依然是人们一直努力的方向。

抑制细菌菌体蛋白质的合成细菌为原核细胞,其核蛋白体为70S,由30S和50S亚基组成,哺乳动物是真核细胞,其核蛋白体为80S,由40S与60S亚基构成,因而它们的生理、生化与功能不同,抗菌药物对细菌的核蛋白体有高度的选择性毒性,而不影响哺乳动物的核蛋白体和蛋白质合成。多种抗生素能抑制细菌的蛋白质合成,但它们的作用点有所不同。

各种物质分子在膜中的排列形式和存在,是决定膜的基本生物学特性的关键因素。分子生物学的研究成果表明,各种物质特别是生物大分子在各种生物结构中的特殊有序排列,是各种生命现象得以实现的基础。尽管目前还没有一种能够直接观察膜的分子结构的较方便的技术和方法,但根据对生物膜以及一些人工模拟膜特性的分析研究,从30年代以来就提出了各种有关膜的分子结构的假说,其中得到较多实验事实支持而目前仍为大多数人所接受的则70年代初期提出的液态镶嵌模型。这一假想模型的基本内容是:膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同分子结构、因而也具有不同生理功能的蛋白质,后者主要以а-螺旋或球形蛋白质的形式存在

D-和L-氨基酸是彼此的镜像,自然界中的大多数氨基酸都具有L结构,TUAT生物技术和生命科学系副教授,该研究的共同作者Ryuji Kawano解释道。一些蛋白质被修饰成具有D-氨基酸。在青蛙的情况下,具有D-氨基酸的作用尚不完全清楚。

1海洋生物抗菌肽种类

能与细菌核蛋白体50S亚基结合,使蛋白质合成呈可逆性抑制的有氯霉素、林可霉素和大环内酯类抗生素。

图2-1 膜的液态镶嵌式模型

为了更好地理解驱动Bombinin H2和H4多肽的抗菌活性的分子机制以及H4在这方面比H2更有效的原因,作者在脂质双层膜上进行了电生理学实验,复制了脂质膜周围细胞或微生物然后使用现有的AMP模型分析结果,以确定这些抗微生物肽在破坏微生物细胞膜方面的效率。

海洋是生物物种的巨大宝库,据估计全球约一半生物分布在海洋中。海洋生物中蕴藏着世界上丰富的抗菌活性物质,目前已从多种海洋生物中分离到多种多样的AMPs,其中以海洋动物AMPs的研究报道比较多。

能与核蛋白体30S亚基结合而抑菌的抗生素如四环素能阻止氨基酰tRNA向30S亚基的A位结合,从而抑制蛋白质合成。

膜外侧蛋白质和脂质分子上可能存在的糖链未画出

研究小组发现H2和H4肽通过在微生物细胞膜上形成孔来抑制微生物活动,导致离子从细胞中渗出,最终杀死它们。这种抗微生物活性的效率受离子渗透性(离子从细胞中泄漏的速度),孔形成速度和形成的孔的大小的影响。

1.1海洋脊椎动物AMPs抗菌肽

能与30S亚基结合的杀菌药有氨基苷类抗生素。它们的作用是多环节的。影响蛋白质合成的全过程,因而具有杀菌作用。 抑制细菌菌体蛋白质合成的药物的作用位点 说明:30S、50S表示组成核蛋白体的两个亚基;A、P分别表示A位、P位;R表示终止因子;aa1-tRNA、aa2-tRNA、aa3-tRNA表示tRNA1、2、3携带三种不同的活化氨基酸;表示tRNA,上面三个小点表示反密码,它能翻译mRNA上相应的密码;mRNA上的1、2、3、T表示四个密码,T为终止密码,即停止合成的密码,T前可能有许多密码,为图示简便,仅顺序标出T前的三个密码,每个密码包含三个核苷酸,称为三联密码。

脂质双分子层

结果表明,肽转化为具有相同原子组成但具有不同原子排列的另一分子的能力促进了更快的孔形成。虽然H2形成比H4更大的孔,但H4更快地形成孔。同时,H2 / H4的混合物以比H4慢的速率形成中等大小的孔,但D-氨基酸的存在增强了对脂质膜的结合亲和力,从而改善了其破坏能力。

海洋脊椎动物中以鱼类抗菌肽研究的为深入。海洋鱼类中抗菌肽主要存在于黏液层,作为其作为非特异性免疫系统的一部分,能够将致病细菌在皮肤屏障外消除。其合成速度快,在体内扩散迅速、灵活的等特点是其他大分子蛋白质和免疫细胞所不具备的。从海洋鱼类已分离出多种抗菌肽,如比目鱼、美洲鲽、美洲拟庸鲽、大比目鱼、大西洋大比目鱼线形抗菌肽Pleurocidin;从盲鳗中分离出的抗菌肽HFIAPs;从红鲷鱼中分离出的抗菌肽chrysophsins;从白鲈鱼和条纹鲈中分离出的抗菌肽piscidin或moronecidin;从石斑鱼和鞍带石斑鱼中分离的抗菌肽hepcidins等[4].

抑制细菌核酸的合成核酸具有调控蛋白质合成的功能。新生霉素、灰黄霉素和抗肿瘤抗生素(如丝裂霉素C、放线菌素)、利福平等可抑制或阻碍细菌细胞DNA或RNA的合成。磺胺类与甲氧苄啶可妨碍叶酸代谢,最终影响核酸合成,从而抑制细菌的生长和繁殖。

膜的脂质中以磷脂类为主,约占脂质总量的70%以上;其次是胆固醇,一般低于30%;还有少量属鞘脂类的脂质。磷脂的基本结构是:一分子甘油的两个羟基同两分子脂酸相结合,另一个羟基则与一分子磷酸结合,后者再同一个碱基结合。根据这个碱基的不同,动物细胞膜中的磷脂主要有四种:磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇。鞘脂类的基本结构和磷脂类似,但不含甘油。胆固醇结构很特殊,它含有一个甾体结构和一个8碳支链。

可以把它想象成一个不同大小的陷阱场;较大的陷阱需要更长的挖掘时间,但可以捕获更多的动物而不是较小的坑。另一方面,人们可以在挖掘几个大坑的同时挖掘许多较小的坑。挖掘中等大小的陷阱并添加诱饵或诱饵以吸引动物到达坑中,这将是最有效的方法。

1.2海洋无脊椎动物动物抗菌肽

最初提示膜中脂质呈双分子层形式存在的,是对红细胞膜所作的化学测定和计算。Gortert和Grendel(1925)提取出红细胞膜中所含的脂质,并测定将这些脂质以单分子层在水溶液表面平铺时所占的面积,结果发现一个红细胞膜中脂质所占的面积,差不多是该细胞表面积的2倍。因此导致以下结论:脂质可能是以双分子层的形式包被在细胞表面的。以后提出的双分子层模型中,每个磷脂分子中由磷酸和碱基构成的基团,都朝向膜的外表面或内表面,而磷脂分子中两条较长的脂酸烃链则在膜的内部两两相对。脂质分子的这种定向而整齐的排列,是由脂质分子本身的理化特性和热力学定律所决定。所有的膜脂质都是一些双嗜性分子,磷脂的一端的磷酸和碱基是亲水性极性基团,另一端的长烃链则属疏水性非极性基团。当脂质分子位于水表面时,由于水分子是极性分子,脂质的亲水性基团将和表面水分子相吸引,疏水性基团则受到排斥,于是脂质会在水表面形成一层亲水性基团朝向水面而疏水性基团朝向空气的整齐排列的单分子层。从热力学业角度分析,这样组成的系统包含的自由能最低,因而最为稳定,可以自动形成和维持。根据同样的原理,如果让脂质分子在水溶液中受到激烈扰动时,脂质有可能形成含水的小囊,但这囊只能是由脂质双分子层形成,外层脂质的极性基团和囊外水分子相吸引,内层脂质的极性基团则和囊内水分子相吸引,而两层脂质的疏水性烃链将两两相对,排斥水分子在囊膜中的存在,其结构正和天然生物膜一致。这种人工形成的人工膜囊,称为脂质小体,似人造细胞空壳,有很大的理论研究和实用价值。由此可见,脂质分子在细胞膜中以双分子层的形式存在,是由脂质分子本身的理化特性所决定的。设想进化过程中最初有生物学功能的膜在原始的海洋中出现时,这些基本的理化原理也在起作用。

揭示促进这些肽的抗微生物活性的分子机制可以帮助我们更好地了解青蛙的防御系统是如何进化的,以及如何将其用于对抗具有医学重要性的微生物感染。根据Kawano的说法,最终目标是利用这种机制开发出更好的抗菌药物,特别是抗生素抗性细菌的抗菌药物

海洋无脊椎动物如被囊动物、软体动物、甲壳动物等主要依靠体液免疫和细胞反应的先天免疫机制作为防御系统。而其中AMPS是其先天免疫防御系统的一个重要组成部分,能对入侵的微生物做出即时和快速的反应[5].

图2-2 磷脂的分子组成

1.2.1海鞘抗菌肽在被囊动物的柄海鞘和红海鞘中均分离出了具有广谱抗菌活性的抗菌肽;根据海鞘抗菌肽的一级结构不同,可将海鞘抗菌肽分为三种类型:线性α-螺旋结构的两性抗菌肽分子,包括Clavanins,Styelins和Clavaspirin;含有多巴残基的抗菌肽分子,包括Plicatamide和Halocyamine;含有二硫键的抗菌肽分子,包括Halocindin和Ddicynthaurin[6-7].

脂质的熔点较低,这决定了膜中脂质分子在一般体温条件下是呈液态的,即膜具有某种程度的流动性。脂质双分子层在热力学上的稳定性和它的流动性,能够说明何以细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不致破裂,而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂,也可以自动融合而修复,仍保持连续的双分子层的形式。观察一下体内某些吞噬细胞通过毛细血管壁内皮细胞间隙时的变形运动和红细胞通过纤细的毛细血管管腔时被扭曲而不破裂的情况,当会对细胞膜的可变性和稳定性有深刻的印象。当然,膜的这些特性还同膜中蛋白质和膜内侧某些特殊结构的作用有关。应该指出的是,膜的流动性一般只允许脂质分子在同一分子层内作横向运动;由于分子的双嗜性,要脂质分子在同一分子层内作“掉头”运动;或由一侧脂质层移到另一侧脂质层,这意味着有极性的磷酸和碱基的一端要穿越膜内部的疏水性部分,这是不容易或要耗能的。

1.2.2甲壳动物的抗菌肽海洋生物抗菌肽是1988由日本学者首先在在鲎血细胞发现的一种17个氨基酸的多肽-鲎素.它在低浓度下就能抑制G-菌和G+菌的生长,并对真菌、流感病毒A、口腔疱疹病毒和获得性免疫缺陷综合症病毒有抗性。后来在白纳滨对虾、凡纳对虾、岸蟹等甲壳动物中均发现了对革兰阳性菌强抑制剂的抗菌肽[8].

不同细胞或同一细胞而所在部位不同的膜结构中,脂质的成分和含量各有不同;双分子层的内外两层所含的脂质也不尽相同,例如,靠外侧的一层主要含磷脂酰胆碱和含胆碱的鞘脂,而靠胞浆侧的一层则有较多的磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸。胆固醇含量在两层脂质中无大差别;但它们含量的多少和膜的流动性大小有一定关系,一般是胆固醇含量愈多,流动性愈小。近年来发现,膜结构中含量相当少的磷脂酰肌醇,几乎全部分布在膜的靠胞浆侧;这种脂质与细胞接受外界影响,并把信息传递到细胞内的过程有关。

1.2.3软体动物抗菌肽目前,对贝类抗菌肽研究较为透彻的是贻贝抗菌肽,根据抗菌肽的一级结构和半胱氨酸的不同分为四种:防御素、贻贝素、贻贝肽和贻贝霉素。贻贝素对革兰阳性菌和革兰阴性菌均有活性,还能抑制肿瘤细胞生长[9].

细胞膜蛋白质

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