Chitinase

Chitin und Chitinase sind in der Natur weit verbreitet. Chitin, auch bekannt als Chitin, ist ein lineares Polymer mit β-1,4-N-Acetylglucosamin als Grundeinheit, und sein Gehalt steht an zweiter Stelle in natürlichen Polymeren. Chitin ist auch ein Hauptbestandteil der meisten Pilzzellwände und kommt auch in der äußeren Hülle und im Darm von Insekten vor. Chitinase wurde in Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren gefunden und ihre Funktionen sind ebenfalls unterschiedlich.

Verbreitung

Bereits 1905 isolierte Benecke einen Mikroorganismus, der Chitin als Nährstoff nutzen konnte und nannte ihn Bacillus chitinovirous. Seitdem haben Menschen Chitinase aus mehr Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren isoliert und gereinigt.

Tabelle 1: Verteilung und grundlegende Eigenschaften der Chitinase

Klassifikation

Es gibt im Allgemeinen drei Methoden zur Klassifizierung von Chitinase. Erstens das Klassifizierungssystem, das vom Nomenklaturausschuss der Internationalen Union für Biochemie festgelegt wurde. Da Chitinase und Cellulose viele Ähnlichkeiten aufweisen und beide zur selben Glykosylierungshydrolase gehören, wird Chitinase von einem international anerkannten Enzymklassifizierungssystem als EC 3.2.1.14 bezeichnet. Der Nachteil dieser Klassifizierungsmethode ist, dass sie die evolutionäre Beziehung innerhalb der Chitinase nicht widerspiegelt. Zweitens werden Chitinase und N-Acetylhexosaminidase gemäß der Aminosäuresequenz des Enzyms in drei Familien eingeteilt, nämlich die Familie 18, 19 und 20. Die Familien 18 und 19 bestehen aus intrazellulärer Chitinase aus verschiedenen Quellen wie Viren, Bakterien, Pilzen, Insekten und Pflanzen. Die Familie 19 besteht hauptsächlich aus pflanzlicher Chitinase. Die Familie 20 Chitinase ist relativ klein. Drittens, da Pflanzen eine große Menge Chitinase produzieren, wird die Pflanzen-Chitinase gemäß ihrer Gensequenz in sechs Typen eingeteilt, nämlich Typ I-VI. Die Beschreibung des Enzyms durch diese Klassifizierungsmethode umfasst hauptsächlich die folgenden Aspekte: N-terminale Sequenz, Enzymlokalisation, isoelektrischer Punkt, Signalpeptid und Induktor.

Biologische Funktionen

Chitinase spielt eine andere Rolle in Mikroorganismen, Tieren und Pflanzen. In Pilzen, Protozoen und Wirbellosen spielt Chitinase eine Rolle bei deren Wachstum und Morphogenese. In einigen Bakterien kann Chitinase unlösliches Chitin zersetzen und als Nährstoff verwenden, wodurch Chitin als Kohlenstoffquelle und Energiequelle verwendet wird. In Hefe (Saocharomyces), obwohl Chitin nur 1% seiner Zellwand ausmacht, gibt es eine große Menge an Chitinablagerung im Separator zwischen den beiden Generationen von Zellen, was darauf hinweist, dass Chitinase bei der Proliferation und Isolierung von Hefezellen erforderlich ist. Was die aktuelle Forschung betrifft, ist Chitinase ein Abwehrprotein in höheren Pflanzen und Wirbeltieren. Chitinase hat eine abbauende Wirkung auf bestimmte Knotenfaktoren. Es wird spekuliert, dass Chitinase Pflanzen und Rhizobium ausbalanciert, indem es das Niveau der Knotenfaktoren kontrolliert und so an der symbiotischen Stickstofffixierung teilnimmt.

Eigenschaften

Chitinase ist induzierbar. Viele Studien haben gezeigt, dass Chitinase in Wirbeltieren und Pflanzen induzierbar ist. Nachdem die höheren Pflanzen durch Krankheitserreger und deren Erreger, Ethylen, Salicylsäure, ultraviolettes Licht, Schwermetalle, mechanische Schäden usw. induziert wurden. wird die Chitinase-Aktivität schnell erhöht und die Pflanzen sind in gewissem Maße geschützt. Bestimmte mikrobielle und tierische Chitinasen können nach dem Abbau Chitinase mit einem niedrigeren Molekulargewicht bilden. Die Expression von Chitinase ist ebenfalls zeitreihen- und gewebespezifisch. Obwohl die Produktion von Pflanzenchitinase mit der Pflanzenresistenz zusammenhängt, wurde das Vorhandensein von Chitinase auch in bestimmten Entwicklungsstadien und speziellen Geweben vieler Pflanzen gefunden. In Pflanzen wird fast keine Chitinase an der Spitze nachgewiesen, aber es ist reichlich in den alten Blättern und Wurzeln der Basis. Daher ist Chitinase ein Schutzmechanismus, der entwickelt wurde, um sich während einiger Entwicklungsstadien von Pflanzen an die ungünstige äußere Umgebung anzupassen und den reibungslosen Abschluss des Entwicklungsprozesses sicherzustellen. Die von parasitären Nematoden produzierte Chitinase ist spezifisch und zeitabhängig und spielt eine wichtige Rolle bei ihrer Entwicklung und Übertragung.

Anwendungen

• Anwendung von Chitinase bei der Bekämpfung von pflanzenpathogenen Pilzen

Der Hauptbestandteil der Zellwand vieler phytopathogener Pilze ist Chitin. In-vitro-bakteriostatische Tests haben gezeigt, dass Chitinase die Sporenkeimung und das Myzelwachstum einiger pathogener Pilze hemmen kann. Wenn Pflanzen mit Krankheitserregern infiziert sind, erzeugen sie eine Reihe aktiver Abwehrreaktionen, einschließlich einer erhöhten Aktivität der Chitinase. Daher wird Chitinase seit langem als potentielle Substanz gegen Pflanzenpilzkrankheiten angesehen. Seit den 1980er Jahren haben Wissenschaftler Chitinase-Gene auf Pflanzen wie Tabak, Tomaten, Sojabohnen, Kartoffeln, Salat, Trauben und Zuckerrüben übertragen und transgene Pflanzen erhalten, die Chitinase-Aktivität exprimieren. Im Vergleich zu nicht-transgenen Pflanzen sind transgene Pflanzen nicht nur resistent gegen Pilze, sondern auch resistent gegen Nematoden, Insekten und andere pathogene Organismen.

• Anwendung von Chitinase bei der biologischen Kontrolle

Da bei den Parasiten Brugia malayi und Wuchereria bancrofti Chitinase am Reproduktions- und Übertragungsprozess beteiligt ist, kann Chitinase als Impfstoffkandidat zur Bekämpfung dieser beiden parasitären Nematoden verwendet werden. Im Jahr 1992, Furhman et al. es wurde berichtet, dass der monoklonale Antikörper MF1 die peripheren Komponenten parasitärer Mikrofilarien in Rennmäusen abbauen kann und dieser Antikörper eine hohe Homologie mit mehreren Bakterien- und Hefe-Chitinasen aufweist. Einige Biokontrollbakterien wie Trichoderma harzianum, Rhizoctonia solani, Leishococcus, Bacillus usw., einer der Mechanismen der Biokontrolle ist die Produktion von zellwandabbauenden Enzymen wie Chitinase und Glucanase. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass Chitinase Schädlinge und Mücken in bestimmten Entwicklungsstadien abtöten oder verhindern kann, so dass vorgesehen ist, dass Chitinase verwendet werden kann, um die Anzahl der Mücken und dieser Schädlinge zu kontrollieren, ohne eine große Menge an Pestiziden zu verwenden.

• Anwendung von Chitinase-Abbauprodukten

Aminooligosaccharid, das durch Hydrolyse von Chitin hergestellte Produkt, spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Regulierung des Lebensstoffwechsels von Pflanzen und Tieren. N-Acetylglucosamin selbst kann als entzündungshemmendes Medikament verwendet werden und hat therapeutische Wirkungen auf Dickdarmgeschwüre und Magen-Darm-Ulkuserkrankungen. Darüber hinaus können Aminooligosaccharide als Immuninduktor verwendet werden, um Pflanzen zu einer Abwehrreaktion zu veranlassen. Bei Tieren haben Aminooligosaccharide auch physiologische Aktivitäten wie die Verbesserung der Immunität und die Hemmung des Tumorzellwachstums.