【预备知识】
- 结构多糖和贮藏多糖 #89
细菌与其环境的相互作用提供了一个很好的例子，说明多糖特性如何在生物体的生存中发挥重要作用。细菌多糖尤其多样化，因为它们的 RU 中可以包含更多不同的糖残基（通常是二到六个残基），并且它们可以包含分支。其中许多是细菌细胞膜的一部分，在那里它们发挥着重要的结构和保护作用。
由于它们位于细胞的外部，细菌多糖（如脂多糖 (LPSs)、荚膜多糖 (CPSs) 和胞外多糖 (EPSs)）通常是强效抗原，会在人体中引发强烈的免疫反应。
LPSs 带有称为 O-抗原的长多糖，是革兰氏阴性菌所特有的，它们构成了外膜外小叶的主要成分。这类细菌也可能带有 CPSs，在细菌细胞周围形成一个相对致密的附加层。
细胞壁脂磷壁酸和磷壁酸是革兰氏阳性菌的独特成分，它们通常被 CPS 或密度较低的 EPS 层包围。
细菌种类之间生物合成途径的差异最终导致了细菌多糖的多样性。
在其中一种生物合成途径中，糖残基依次添加到锚定分子上；因此，聚合物从末端、非还原端生长，直到添加了阻止进一步链延伸的终止实体/取代基——例如，在大肠杆菌 O8 的 LPS O-抗原多糖中。该聚合物是线性的，尽管糖残基是逐步添加以形成多糖，但可以识别 RU。
图 Essentials of Glycobiology, 4E. Fig. 3.4. 细菌多糖重复单元的 SNFG（糖类符号命名法）格式示意图：(A) 大肠杆菌 O8 的 O-抗原，(B) 鼠伤寒沙门氏菌 O54 的 O-多糖，(C) 大肠杆菌 O168 的 O-抗原，(D) 幽门螺杆菌的 O-多糖，(E) 福氏志贺氏菌血清型 7a 的 O-抗原，(F) 产碱杆菌的胞外多糖 S−194 (ramsan)，和 (G) 瑞士乳杆菌的胞外多糖。
一些杂多糖含有两个交替依次添加的糖残基，可以识别出一个正式的 RU。通常，进程性糖基转移酶负责形成这种模式，就像在鼠伤寒沙门氏菌 O54 O-多糖的合成中一样。当两个糖残基交替时，可以形成分支结构，因为一个糖可能形成聚合物骨架，而另一个糖形成侧链。
多糖并非总是从非还原端构建，预制亚基也可以用于组装。例如，大肠杆菌抗原 O5ab 和 O5ac 的合成依赖于一个预制的线性寡糖，其中五个糖残基构成了 RU。该寡糖构建在十一烯醇焦磷酸糖苷锚定分子上。然后将该寡糖添加到另一个寡糖-脂质锚定物上，以从“还原端”生长聚合物。当聚合发生在寡糖的倒数第二个糖上时，会产生一个分支 RU (参见大肠杆菌 O168 的 O-抗原)。
分支可以通过在聚合物骨架形成后添加糖来引入。幽门螺杆菌 O-抗原的 RU 中通常含有人类血型结构。N-乙酰-D-葡糖胺和 D-半乳糖以进程性方式添加到十一烯醇焦磷酸载体上，从而形成由 Galβ1→4GlcNAc(LacNAc) 二糖 RU 组成的线性多糖。随后，将 L-岩藻糖基残基添加到骨架多糖上，从而形成分支的 Lewis 型结构。
细菌糖类由各种单糖组成，包括像 L-鼠李糖或 L-岩藻糖这样的 6-脱氧己糖以及通常在寡糖-脂质受体末端位置发现的稀有糖。聚合时，稀有单糖成为分支结构侧链的一部分，并产生细菌种类特征的结构表位。在某些情况下，这些表位是分子模拟的基础。此外，这些糖残基构成了多糖链的末端实体，可以被免疫系统的抗体识别。
多糖也可能被取代基装饰，例如氨基酸、O-酰基或磷酸二酯基团。在分支点糖残基上发现 O-乙酰基团并不少见，从而导致高度拥挤的取代模式，其中糖残基上的所有位置要么是糖苷键的一部分，要么带有非糖取代基。取代基添加多样性的例子是福氏志贺氏菌的 O-抗原，其中葡萄糖基、O-乙酰基或磷酸乙醇胺基团被添加到骨架上。
分支和取代基添加影响多糖溶液的性质，例如胶凝和高粘度。一些聚合物以其商业名称结冷胶 (gellan)、魏兰胶 (welan) 和 ramsan (S−194) 而闻名。这些聚合物和类似类型聚合物之间的差异基于酰基取代基（如 O-乙酰基或 O-琥珀酰基）和侧链（由 l-鼠李糖/l-甘露糖、二葡萄糖基或二鼠李糖基组成），以及 l-鼠李糖/l-甘露糖骨架修饰。
细菌产生的多糖大小差异很大。虽然 LPSs 中的 O-抗原的 RU 不到 100 个，但 CPSs 和 EPSs 的 RU 数量更高 (103–105)。分支结构通常存在于这些多糖中，侧链中有一个以上的糖残基，或者 RU 内有两个分支。
电荷可以显著影响多糖的性质。带电多糖是细菌聚合物的一个常见子类，主要以带负电荷的糖残基形式存在，或作为添加带负电荷取代基的结果。糖醛酸（例如 GlcA）和九碳糖酸（例如 Neu5Ac、Sia）将负电荷引入 RU 中，从而使多糖成为聚阴离子聚合物，非常类似于哺乳动物系统中发现的 GAGs。糖残基上的取代基（如丙酮酸、磷酸根和硫酸根基团）赋予聚阴离子特性。带电荷的基团可以存在于多糖骨架和侧链中。带正电荷的胺有时与带负电荷的基团一起存在于 RU 中。脑膜炎奈瑟菌的 CPSs 是这些类型多糖的代表。B 型和 C 型是 Neu5Ac 的同型聚合物，而 W-135 型和 Y 型含有 Neu5Ac 和己糖的二糖 RU。
柔性是细菌多糖的一个重要变量（参见扭转角 ϕ 和 ψ）。然而，当连接通过 O6 形成时，由于己吡喃糖中的环外羟甲基，在糖苷键处又多了一个自由度（即扭转角 ω）。多糖骨架中的 (1→6) 连接可能导致刚性较低、柔性更高和无规卷曲特性的聚合物。同样，这种连接出现在侧链中会使它们更灵活。当呋喃糖残基是聚合物的一部分时，不同的环构象为引入柔性提供了更多选择。
交联是改变细菌多糖物理性质的另一种方式。革兰氏阳性菌的细胞壁含有一层特别厚的肽聚糖，通过短肽序列共价交联。此外，由磷酸二酯键连接的甘油或核糖醇残基构建而成的磷壁酸聚合物位于细胞壁内。含有氨基糖的单糖或二糖 RU 可以是这些重复结构的一部分，从而产生不同的细胞壁磷壁酸。在 RU 中，在骨架中具有磷酸二酯键的聚合物被称为“磷壁酸类型”。流感嗜血杆菌的 CPSs 就是基于这个主题构建的，其中两种（血清型 a 和 b）的 RU 由 [核糖醇−P−己糖−]n 组成，另外两种（血清型 c 和 f）由 [己糖−P−己糖−]n 构成。
总而言之，细菌多糖突出了构建寡糖和多糖多样性的多种方式。一些多样性源于更大组的糖残基，一些源于分支，一些源于用各种取代基（如磷酸根、硫酸根、酰基和氨基）进行的修饰。这种多样性产生了不同的物理特性。它允许细菌模仿宿主以试图逃避免疫检测，并提供了一种区分自身与竞争生物体的手段。
