Chitinasi

Chitina e chitinasi sono ampiamente presenti in natura. La chitina, nota anche come chitina, è un polimero lineare con β-1,4-N-acetilglucosamina come unità di base e il suo contenuto è al secondo posto nei polimeri naturali. La chitina è anche una componente importante della maggior parte delle pareti cellulari fungine e si trova anche nel guscio esterno e nell’intestino degli insetti. La chitinasi è stata trovata in microrganismi, piante e animali e anche le sue funzioni sono diverse.

Distribuzione

Già nel 1905, Benecke isolò un microrganismo che poteva usare la chitina come nutriente e lo chiamò Bacillus chitinovirous. Da allora, le persone hanno isolato e purificato la chitinasi da più microrganismi, piante e animali.

Tabella 1 Distribuzione e le caratteristiche di base della chitinasi

Classificazione

Esistono generalmente tre metodi per classificare la chitinasi. In primo luogo, il sistema di classificazione determinato dal Comitato per la nomenclatura dell’Unione Internazionale di biochimica. Poiché la chitinasi e la cellulosa hanno molte somiglianze ed entrambe appartengono alla stessa idrolasi di glicosilazione, la chitinasi è denominata EC 3.2.1.14 da un sistema di classificazione enzimatica accettato a livello internazionale. Lo svantaggio di questo metodo di classificazione è che non riflette la relazione evolutiva all’interno della chitinasi. In secondo luogo, la chitinasi e la N-acetilesosaminidasi sono classificate in tre famiglie secondo la sequenza aminoacidica dell’enzima, vale a dire la famiglia 18, 19 e 20. Le famiglie 18 e 19 sono composte da chitinasi intracellulare da varie fonti come virus, batteri, funghi, insetti e piante. La famiglia 19 è composta principalmente da chitinasi vegetale. La famiglia 20 chitinasi è relativamente piccola. In terzo luogo, poiché le piante producono una grande quantità di chitinasi, la chitinasi vegetale è classificata in sei tipi in base alla sua sequenza genica, vale a dire il tipo I-VI. La descrizione dell’enzima con questo metodo di classificazione comprende principalmente i seguenti aspetti: sequenza N-terminale, localizzazione enzimatica, punto isoelettrico, peptide di segnale e induttore.

Funzioni biologiche

La chitinasi ha un ruolo diverso nei microrganismi, negli animali e nelle piante. Nei funghi, nei protozoi e negli invertebrati, la chitinasi svolge un ruolo nella loro crescita e morfogenesi. In alcuni batteri, la chitinasi può decomporre la chitina insolubile e usarla come nutriente, utilizzando così la chitina come fonte di carbonio e fonte di energia. Nel lievito (Saocharomyces), sebbene la chitina costituisca solo l ‘ 1% della sua parete cellulare, vi è una grande quantità di deposizione di chitina nel separatore tra le due generazioni di cellule, indicando che la chitinasi è necessaria nel processo di proliferazione e isolamento delle cellule di lievito. Per quanto riguarda la ricerca attuale, la chitinasi è una proteina di difesa nelle piante e nei vertebrati superiori. La chitinasi ha un effetto degradante su alcuni fattori di nodulazione. Si ipotizza che la chitinasi equilibra le piante e il rizobio controllando il livello dei fattori di nodulazione, partecipando così alla fissazione simbiotica dell’azoto.

Caratteristiche

La chitinasi è inducibile. Molti studi hanno dimostrato che la chitinasi nei vertebrati e nelle piante è inducibile. Dopo che le piante superiori sono indotte da agenti patogeni e dai loro elicitori, etilene, acido salicilico, luce ultravioletta, metalli pesanti, danni meccanici, ecc., l’attività della chitinasi è rapidamente aumentata e le piante sono protette in una certa misura. Alcune chitinasi microbiche e animali possono formare chitinasi con un peso molecolare inferiore dopo la degradazione. L’espressione della chitinasi è anche serie temporali e tessuto-specifiche. Sebbene la produzione di chitinasi vegetale sia correlata alla resistenza delle piante, la presenza di chitinasi è stata trovata anche in alcune fasi di sviluppo e nei tessuti speciali di molte piante. Nelle piante, quasi nessuna chitinasi viene rilevata nella parte superiore, ma è abbondante nelle vecchie foglie e radici della base. Pertanto, la chitinasi è un meccanismo protettivo sviluppato per adattarsi all’ambiente esterno sfavorevole durante alcune fasi di sviluppo delle piante per garantire il completamento regolare del processo di sviluppo. La chitinasi prodotta dai nematodi parassiti è specifica e dipendente dal tempo e svolge un ruolo importante nel suo sviluppo e trasmissione.

Applicazioni

• Applicazione della chitinasi nel controllo dei funghi patogeni vegetali

Il componente principale della parete cellulare di molti funghi fitopatogeni è la chitina. Test batteriostatici in vitro hanno dimostrato che la chitinasi può inibire la germinazione delle spore e la crescita miceliale di alcuni funghi patogeni. Quando le piante sono infettate da agenti patogeni, producono una serie di risposte di difesa attiva, tra cui una maggiore attività della chitinasi. Pertanto, la chitinasi è stata a lungo considerata una potenziale sostanza contro le malattie fungine delle piante. Dal 1980, gli scienziati hanno trasferito i geni della chitinasi a piante come tabacco, pomodoro, soia, patata, lattuga, uva e barbabietola da zucchero e ottenuto piante transgeniche che esprimono l’attività della chitinasi. Rispetto alle piante non transgeniche, le piante transgeniche non sono solo resistenti ai funghi, ma anche resistenti ai nematodi, agli insetti e ad altri organismi patogeni.

• Applicazione della chitinasi nel controllo biologico

Poiché i parassiti Brugia malayi e Wuchereria bancrofti hanno la chitinasi coinvolta nel processo di riproduzione e trasmissione, la chitinasi può essere utilizzata come vaccino candidato per controllare questi due nematodi parassiti. Nel 1992, Furhman et al. ha riferito che l’anticorpo monoclonale MF1 può degradare i componenti periferici delle microfilarie parassitarie nei gerbilli e questo anticorpo ha un’elevata omologia con diverse chitinasi batteriche e di lievito. Alcuni batteri di biocontrollo, come Trichoderma harzianum, Rhizoctonia solani, Leishococcus, Bacillus, ecc., uno dei meccanismi del biocontrollo è la produzione di enzimi degradanti della parete cellulare come chitinasi e glucanasi. Inoltre, gli studi hanno scoperto che la chitinasi può uccidere o prevenire parassiti e zanzare in determinate fasi di sviluppo, quindi si prevede che la chitinasi possa essere utilizzata per controllare il numero di zanzare e questi parassiti senza utilizzare una grande quantità di pesticidi.

• Applicazione dei prodotti di degradazione della chitinasi

L’oligosaccaride amminico, il prodotto prodotto dall’idrolisi della chitina, svolge un ruolo molto importante nella regolazione del metabolismo vitale di piante e animali. La N-acetilglucosamina stessa può essere utilizzata come farmaco antinfiammatorio e ha effetti terapeutici sulle ulcere dell’intestino crasso e sui disturbi dell’ulcera gastrointestinale. Inoltre, gli oligosaccaridi amminici possono essere usati come induttore immunitario per indurre le piante a produrre una risposta di difesa. Negli animali, gli oligosaccaridi amminici hanno anche attività fisiologiche come migliorare l’immunità e inibire la crescita delle cellule tumorali.