Chitynaza

Chityna i Chitynaza są szeroko spotykane w przyrodzie. Chityna, znana również jako chityna, jest liniowym polimerem z β-1,4-N-acetyloglukozaminą jako podstawową jednostką, a jej zawartość zajmuje drugie miejsce w polimerach naturalnych. Chityna jest również głównym składnikiem większości ścian komórkowych grzybów, a także znajduje się w zewnętrznej powłoce i jelitach owadów. Chitynaza została znaleziona w mikroorganizmach, roślinach i zwierzętach, a jej funkcje są również różne.

Dystrybucja

już w 1905 roku Benecke wyizolował mikroorganizm, który mógł używać chityny jako swojego składnika odżywczego i nazwał go Bacillus chitinovirous. Od tego czasu ludzie wyizolowali i oczyścili chitynazę z większej liczby mikroorganizmów, roślin i zwierząt.

Tabela 1 Dystrybucja i podstawowe właściwości chitynazy

Klasyfikacja

istnieją zasadniczo trzy metody klasyfikacji chitynazy. Po pierwsze, system klasyfikacji określony przez Komitet Nomenklatury Międzynarodowej Unii Biochemii. Ponieważ chitynaza i celuloza mają wiele podobieństw i obie należą do tej samej hydrolazy glikozylacyjnej, chitynaza jest nazwana EC 3.2.1.14 przez międzynarodowy system klasyfikacji enzymów. Wadą tej metody klasyfikacji jest to, że nie odzwierciedla ona ewolucyjnego związku w obrębie chitynazy. Po drugie, chitinaza I N-acetyloheksozaminidaza są klasyfikowane w trzech rodzinach zgodnie z sekwencją aminokwasową enzymu, a mianowicie w rodzinie 18, 19 i 20. Rodzina 18 i 19 składa się z wewnątrzkomórkowej chitynazy pochodzącej z różnych źródeł, takich jak wirusy, bakterie, grzyby, owady i rośliny. Rodzina 19 składa się głównie z chitynazy roślinnej. Rodzina 20 chitinase jest stosunkowo niewielka. Po trzecie, ponieważ rośliny produkują dużą ilość chitynazy, chitynaza roślinna jest klasyfikowana na sześć typów zgodnie z sekwencją genów, a mianowicie typu I-VI. opis enzymu za pomocą tej metody klasyfikacji obejmuje głównie następujące aspekty: Sekwencja N-końcowa, lokalizacja enzymu, punkt izoelektryczny, peptyd sygnałowy i induktor.

funkcje biologiczne

Chitynaza ma inną rolę w mikroorganizmach, zwierzętach i roślinach. U grzybów, pierwotniaków i bezkręgowców chitynaza odgrywa rolę w ich rozwoju i morfogenezie. U niektórych bakterii chitynaza może rozkładać nierozpuszczalną chitynę i używać jej jako składnika odżywczego, a tym samym używać chityny jako źródła węgla i źródła energii. W drożdżach (Saocharomyces), chociaż chityna stanowi tylko 1% ściany komórkowej, w separatorze między dwoma generacjami komórek występuje duża ilość chityny, co wskazuje, że chitynaza jest wymagana w procesie proliferacji i izolacji komórek drożdży. Jeśli chodzi o obecne badania, chitynaza jest białkiem obronnym u wyższych roślin i kręgowców. Chitynaza ma degradujący wpływ na niektóre czynniki nodulacyjne. Spekuluje się, że chitinaza równoważy Rośliny i rhizobium, kontrolując poziom czynników nodulacyjnych, uczestnicząc w symbiotycznym wiązaniu azotu.

charakterystyka

Chitynaza jest indukowalna. Wiele badań wykazało, że chitynaza u kręgowców i roślin jest indukowalna. Po wyższych roślinach są indukowane przez patogeny i ich elicytory, etylen, kwas salicylowy, światło ultrafioletowe, metale ciężkie, uszkodzenia mechaniczne itp., aktywność chitynazy gwałtownie wzrasta, a rośliny są w pewnym stopniu chronione. Niektóre chitynazy drobnoustrojów i zwierząt mogą tworzyć chitynazę o niższej masie cząsteczkowej po degradacji. Ekspresja chitynazy jest również szeregiem czasowym i tkankowym. Chociaż produkcja chitynazy roślinnej jest związana z odpornością roślin, obecność chitynazy stwierdzono również w niektórych stadiach rozwojowych i specjalnych tkankach wielu roślin. U roślin prawie nie wykryto chitynazy na szczycie, ale jest obfita w starych liściach i korzeniach podstawy. Dlatego chitynaza jest mechanizmem ochronnym opracowanym w celu dostosowania się do niekorzystnego środowiska zewnętrznego na niektórych etapach rozwoju roślin, aby zapewnić płynne zakończenie procesu rozwoju. Chitynaza wytwarzana przez pasożytnicze nicienie jest specyficzna i zależna od czasu i odgrywa ważną rolę w jej rozwoju i transmisji.

zastosowania

• zastosowanie chitynazy w zwalczaniu grzybów chorobotwórczych roślin

głównym składnikiem ściany komórkowej wielu grzybów fitopatogennych jest chityna. Badania bakteriostatyczne in vitro wykazały, że chitynaza może hamować kiełkowanie zarodników i wzrost grzybni niektórych grzybów chorobotwórczych. Kiedy rośliny są zakażone przez patogeny, wytwarzają szereg aktywnych odpowiedzi obronnych, w tym zwiększoną aktywność chitynazy. Dlatego chitynaza od dawna jest uważana za potencjalną substancję przeciwko chorobom grzybowym roślin. Od lat 80. naukowcy przenieśli geny chitynazy do roślin takich jak tytoń, pomidor, soja, ziemniak, sałata, winogrona i buraki cukrowe i uzyskali transgeniczne rośliny wykazujące aktywność chitynazy. W porównaniu do roślin nie transgenicznych, rośliny transgeniczne są nie tylko odporne na grzyby, ale także odporne na nicienie, owady i inne organizmy chorobotwórcze.

• zastosowanie chitinazy w kontroli biologicznej

ponieważ pasożyty Brugia malayi i wuchereria bancrofti mają chitynazę zaangażowaną w proces rozmnażania i przenoszenia, chitinazę można zastosować jako szczepionkę kandydującą do zwalczania tych dwóch pasożytniczych nicieni. W 1992 r. Furhman et al. donoszono, że przeciwciało monoklonalne MF1 może degradować obwodowe składniki pasożytniczych mikrofilariów w myszoskoczkach, a przeciwciało to ma wysoką homologię z kilkoma chitynazami bakteryjnymi i drożdżowymi. Niektóre bakterie biocontrol, takie jak Trichoderma harzianum, Rhizoctonia solani, Leishococcus, Bacillus itp. jednym z mechanizmów biokontroli jest wytwarzanie enzymów rozkładających ścianę komórkową, takich jak chitynaza i glukanaza. Ponadto badania wykazały, że chitinaza może zabijać lub zapobiegać szkodnikom i komarom w pewnych stadiach rozwoju, dlatego przewiduje się, że chitinaza może być stosowana do kontrolowania liczby komarów i tych szkodników bez użycia dużej ilości pestycydów.

• zastosowanie produktów degradacji chitynazy

Amino oligosacharyd, produkt wytwarzany przez hydrolizę chityny, odgrywa bardzo ważną rolę w regulacji metabolizmu życiowego roślin i zwierząt. Sama N-acetyloglukozamina może być stosowana jako lek przeciwzapalny i ma działanie terapeutyczne na wrzody jelita grubego i choroby wrzodowe przewodu pokarmowego. Ponadto amino oligosacharydy mogą być stosowane jako induktor immunologiczny do indukowania roślin do wytworzenia odpowiedzi obronnej. U zwierząt amino oligosacharydy mają również czynności fizjologiczne, takie jak poprawa odporności i hamowanie wzrostu komórek nowotworowych.