Chitinase

chitine en Chitinase komen veel voor in de natuur. Chitine, ook als chitine wordt bekend, is een lineair polymeer met β-1,4-N-acetylglucosamine als basiseenheid, en zijn inhoud rangschikt tweede in natuurlijke polymeren. Chitine is ook een belangrijk onderdeel van de meeste schimmelcelwanden en wordt ook gevonden in de buitenste schil en darmen van insecten. Chitinase is gevonden in micro-organismen, planten en dieren, en zijn functies zijn ook verschillend.

distributie

al in 1905 isoleerde Benecke een micro-organisme dat chitine als voedingsstof kon gebruiken en noemde het Bacillus chitinovirous. Sindsdien hebben mensen chitinase geïsoleerd en gezuiverd van meer micro-organismen, planten en dieren.

Tabel 1 Verdeling en de fundamentele kenmerken van chitinase

classificatie

er zijn over het algemeen drie methoden voor de indeling van chitinase. Ten eerste het classificatiesysteem dat is vastgesteld door het Nomenclatuurcomité van de Internationale Unie voor biochemie. Aangezien chitinase en cellulose veel overeenkomsten hebben en beide tot dezelfde glycosylatiehydrolase behoren, wordt chitinase EC 3.2.1.14 genoemd door een internationaal geaccepteerd enzymclassificatiesysteem. Het nadeel van deze classificatiemethode is dat het niet de evolutionaire relatie binnen de chitinase weerspiegelt. Ten tweede worden chitinase en n-acetylhexosaminidase ingedeeld in drie families volgens de aminozuurvolgorde van het enzym, namelijk de familie 18, 19 en 20. De familie 18 en 19 zijn samengesteld uit intracellulaire chitinase uit verschillende bronnen zoals virussen, bacteriën, schimmels, insecten en planten. De familie 19 bestaat voornamelijk uit plantchitinase. De familie 20 chitinase is relatief klein. Ten derde, omdat planten een grote hoeveelheid chitinase produceren, wordt plantchitinase ingedeeld in zes typen volgens zijn gensequentie, namelijk type I-VI. de beschrijving van het enzym door deze classificatiemethode omvat voornamelijk de volgende aspecten: n-terminale sequentie, enzym lokalisatie, iso-elektrisch punt, signaalpeptide en inductor.

biologische functies

Chitinase speelt een andere rol in micro-organismen, dieren en planten. Bij schimmels, protozoa en ongewervelde dieren speelt chitinase een rol in hun groei en morfogenese. In sommige bacteriën, kan chitinase onoplosbare chitine ontbinden en het als voedingsstof gebruiken, daardoor gebruikend chitin als koolstofbron en energiebron. In gist (Saocharomyces), hoewel chitine slechts 1% van zijn celwand vormt, is er een grote hoeveelheid chitineafzetting in het scheidingsteken tussen de twee generaties cellen, wat aangeeft dat chitinase nodig is in het proces van gistcelproliferatie en isolatie. Wat het huidige onderzoek betreft, is chitinase een verdedigingseiwit in hogere planten en gewervelde dieren. Chitinase heeft een vernederend effect op bepaalde knobbelfactoren. Er wordt gespeculeerd dat chitinase planten en rhizobium in evenwicht brengt door het niveau van nodulatiefactoren te regelen, waardoor wordt deelgenomen aan symbiotische stikstoffixatie.

kenmerken

Chitinase is induceerbaar. Veel studies hebben aangetoond dat chitinase bij gewervelde dieren en planten induceerbaar is. Nadat de hogere planten worden geïnduceerd door pathogenen en hun elicitors, ethyleen, salicylzuur, ultraviolet licht, zware metalen, mechanische schade, enz. de activiteit van chitinase neemt snel toe en de planten worden tot op zekere hoogte beschermd. Bepaalde microbiële en dierlijke chitinases kunnen chitinase met een lager molecuulgewicht na degradatie vormen. De uitdrukking van chitinase is ook tijdreeks en weefsel-specifiek. Hoewel de productie van plantchitinase gerelateerd is aan plantenresistentie, is de aanwezigheid van chitinase ook gevonden in bepaalde ontwikkelingsstadia en speciale weefsels van veel planten. In planten wordt bijna geen chitinase aan de top gedetecteerd, maar het is overvloedig in de oude bladeren en wortels van de basis. Daarom is chitinase een beschermend mechanisme ontwikkeld om zich aan te passen aan de ongunstige externe omgeving tijdens sommige ontwikkelingsstadia van planten om de vlotte voltooiing van het ontwikkelingsproces te verzekeren. De chitinase die door parasitaire nematoden wordt geproduceerd is specifiek en tijdsafhankelijk, en speelt een belangrijke rol in zijn ontwikkeling en transmissie.

toepassingen

• toepassing van chitinase bij de bestrijding van plantpathogene schimmels

het hoofdbestanddeel van de celwand van veel fytopathogene schimmels is chitine. In vitro bacteriostatische tests hebben aangetoond dat chitinase sporenkieming en myceliale groei van sommige pathogene schimmels kan remmen. Wanneer planten worden geïnfecteerd door ziekteverwekkers, produceren ze een reeks actieve verdedigingsreacties, waaronder verhoogde activiteit van chitinase. Daarom is chitinase lange tijd beschouwd als een potentiële stof tegen planten schimmelziekten. Sinds de jaren 1980 hebben wetenschappers chitinase genen overgedragen aan planten zoals tabak, tomaat, soja, aardappel, sla, druif en suikerbiet, en verkregen transgene planten die chitinase activiteit uitdrukken. In vergelijking met niet-transgene planten zijn transgene planten niet alleen resistent tegen schimmels, maar ook tegen nematoden, insecten en andere pathogene organismen.

• toepassing van chitinase in de biologische bestrijding

omdat de parasieten Brugia malayi en Wuchereria bancrofti chitinase betrokken hebben bij het proces van reproductie en overdracht, kan chitinase worden gebruikt als kandidaatvaccin om deze twee parasitaire nematoden te bestrijden. In 1992, Furhman et al. gemeld dat het monoclonal antilichaam MF1 de perifere componenten van parasitaire microfilariae in gerbils kan degraderen, en dit antilichaam heeft hoge homologie met verscheidene bacteriële en gistchitinases. Sommige biocontrol bacteriën, zoals Trichoderma harzianum, Rhizoctonia solani, Leishococcus, Bacillus, enz., een van de mechanismen van biocontrol is de productie van celwandafbrekende enzymen zoals chitinase en glucanase. Bovendien hebben studies aangetoond dat chitinase plagen en muggen in bepaalde stadia van ontwikkeling kan doden of voorkomen, dus het is de bedoeling dat chitinase kan worden gebruikt om het aantal muggen en deze plagen te beheersen zonder gebruik te maken van een grote hoeveelheid pesticiden.

• toepassing van afbraakproducten van chitinase

Aminooligosacharide, het product dat wordt geproduceerd door hydrolyse van chitine, speelt een zeer belangrijke rol bij de regulering van het levensmetabolisme van planten en dieren. N-acetylglucosamine zelf kan worden gebruikt als een anti-inflammatoire drug, en heeft therapeutische effecten op dikke darmzweren en gastro-intestinale ulcera aandoeningen. Bovendien kunnen amino-oligosacchariden als immune inductor worden gebruikt om planten te induceren om een verdedigingsreactie te produceren. In dieren, hebben amino oligosacchariden ook fysiologische activiteiten zoals het verbeteren van immuniteit en het remmen van de groei van de tumorcel.