有關penicillin binding proteins （PBPs）的敘述，下列何者最適當？①具有 transpeptidase 的功能 ②具有transglycosylase 的功能 ③結構類似β -lactam ④革蘭氏陽性及陰性菌細胞壁皆具有 PBPs

本題觀念：

本題聚焦 penicillin binding proteins（PBPs）在細菌細胞壁合成中所扮演的雙酶功能（transglycosylase 及 transpeptidase）、其對 β-lactam 類抗生素的結合機制，以及 PBPs 在革蘭氏陽性與革蘭氏陰性菌中的普遍分布。

選項分析

• 選項A（①②③）
  ①、② 正確，但 ③ 錯誤，故整體錯誤。

• 選項B（①②④）
  ① 具有 transpeptidase 功能：PBPs 的 C 端具有 DD-transpeptidase（D-Ala–D-Ala cross-linking）活性，為細胞壁最後交聯步驟之關鍵酵素(pdb101.rcsb.org)。
  ② 具有 transglycosylase 功能：Class A PBPs（高分子量 PBP1 類）N 端具 glycosyltransferase（transglycosylase）活性，負責將 lipid II 單元聚合為長鏈 glycan(pdb101.rcsb.org)。
  ④ 革蘭氏陽性及陰性菌細胞壁皆具有 PBPs：所有具 peptidoglycan 的細菌（革蘭氏陽性/陰性）至少含有一種 PBP，且 PBP 結構域在不同菌種普遍存在(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。
  整體符合，為正確選項。

• 選項C（①③④）
  ③ 結構類似 β-lactam：實際上 β-lactam 分子為小環化合物，模仿 D-Ala–D-Ala 底物結構，並非與大分子酵素 PBP 結構相似；PBP 與 β-lactam 在大小、序列與摺疊上並不相同，故此敘述錯誤(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)。

• 選項D（②③④）
  同上，包含錯誤的 ③，故整體錯誤。

答案解析

PBPs 屬於參與細胞壁肽聚醣（peptidoglycan）最終合成的酵素家族，可分為：

• Class A PBPs：雙功能，含 N 端 transglycosylase（glycan 延伸）與 C 端 transpeptidase（肽交聯）活性(pdb101.rcsb.org)。
• Class B PBPs：單一 transpeptidase 活性；其它低分子量 PBPs 則具 carboxypeptidase 或 endopeptidase 功能。

β-lactam 類抗生素透過 β-lactam 環「結構模擬」D-Ala–D-Ala 底物而與 PBP 活性位點的活性 Ser 殘基共價結合，使 transpeptidase 活性受阻；但此模擬指小分子與底物結構相似，並非 PBP 蛋白質與 β-lactam 具同源結構，③ 誤。
細胞壁合成酵素 PBPs 廣泛存在於革蘭氏陽性與陰性菌中，均為抗生素作用目標，故亦允許 statement ④ 正確。綜合，①②④ 正確，對應選項 B。

核心知識點

• Peptidoglycan biosynthesis 最終步驟：
  • Transglycosylase（glycan chain polymerization）
  • Transpeptidase（peptide cross-linking）
• PBP 分類：
  • Class A（bifunctional：TG＋TP）
  • Class B（monofunctional TP）
  • 低分子量 PBP（carboxypeptidase、endopeptidase）
• β-lactam 抑制機制：β-lactam 環模擬 D-Ala–D-Ala 底物，與 PBP Ser288（或相應序位）形成不可逆酯鍵
• PBPs 在革蘭氏陽性與陰性菌的普遍分布
• 臨床重點：PBP 突變或獲得異源 PBP（如 MRSA 的 PBP2a、PRSP 的 PBP2x）是 β-lactam 耐藥主要機轉

臨床重要性

了解 PBP 的酵素活性與 β-lactam 拮抗機制有助於臨床上解釋與預防細菌耐藥性演變，並指導 β-lactam 類抗生素或 β-lactamase 抑制劑（如 clavulanate、avibactam）合併使用策略，提升抗菌成效並減緩耐藥株出現。