Ингибиторы протеиназы в растениях
В биологии растений ингибиторы протеиназ представляют собой семейство небольших белков , которые играют важную роль в защитных механизмах растений от травоядных насекомых или микроорганизмов , которые могут нарушить целостность растения.
Функциональность
Ингибиторы протеиназы работают, чтобы нарушить ферментативную способность пищеварительных или микробных ферментов , которые присутствуют в желудке атакующего, что приводит к неспособности правильно переваривать растительный материал. Это вызывает помехи правильному росту и препятствует дальнейшему ранению растения атакующим. [1] Исследования также недавно [ когда? ] показали, что некоторые ингибиторы протеиназы также обеспечивают защиту растения за счет обладания антимикробными свойствами, обеспечивающими ингибирование роста патогенов . [2]
Ранение
Хотя ингибиторы протеиназы присутствуют в растениях естественным образом, выработка этих белков для защиты часто индуцируется либо ранением растения, либо химической сигнализацией через молекулы, такие как метилжасмонат . [3] Как ранение растения, так и сигнальные молекулы приводят к образованию жасмоновой кислоты , которая затем индуцирует экспрессию генов ингибиторов протеиназы. Для выработки этих ингибиторов также необходимы многие другие сигнальные каскады, а также транслокация сигнальных молекул через флоэму и ксилему растения.
После того, как ингибитор протеиназы был проглочен насекомым, он представляет собой обычный субстрат для пищеварительных ферментов, связывающихся с активным сайтом на ферменте. Это связывание ингибитора с протеиназой создает новый комплекс, который вряд ли распадется. После связывания активный сайт больше не может быть доступен никакому другому субстрату, и фермент больше не может переваривать аминокислоты растения . [4] Без надлежащего пищеварения насекомое не может расти и может голодать, если решит остаться на раненом растении. Подобное угнетение роста можно наблюдать у патогенов, которые взаимодействуют с этими ингибиторами.
Эксперимент с томатами
Чтобы выяснить, как индуцировалось производство ингибиторов, ученые подвергали растения томатов воздействию различных форм метилжасмоната , а затем проводили анализ с помощью радиальной иммунодиффузии на наличие ингибиторов протеиназы в соках листьев. Группа растений томатов была опрыскана раствором, содержащим метилжасмонат, в то время как другая группа растений томатов была подвергнута воздействию паров метилжасмоната в герметичных стеклянных камерах. Контрольные группы были опрысканы раствором или подвергнуты воздействию паров, не содержащих метилжасмонат. Обе экспериментальные группы показали повышенную выработку ингибиторов протеиназы в результате воздействия летучего метилжасмоната по сравнению с контрольными группами. [3]
Защитное поведение
Производство ингибиторов протеиназы показывает, что растения обладают способностью изменять свое защитное поведение в ответ на угрозу или прямое нападение на целостность растения. Этот сложный защитный механизм служит не только для защиты растения от поедания, но и от заражения патогенами, требуя как координации, так и коммуникации.
Ссылки
- ^ Фань, Шу-Го; У, Го-Цзян (2005). «Характеристики ингибиторов протеиназ растений и их применение в борьбе с фитофагическими насекомыми». Ботанический вестник Академии Синика . 46 : 273–292 .
- ^ Kim JY, Park SC, Hwang I, Cheong H, Nah JW, Hahm KS, Park Y (июнь 2009 г.). «Ингибиторы протеазы из растений с антимикробной активностью». International Journal of Molecular Sciences . 10 (6): 2860–72 . doi : 10.3390/ijms10062860 . PMC 2705521. PMID 19582234 .
- ^ ab Farmer, EE; Ryan, CA (1990-10-01). «Межрастительная коммуникация: метилжасмонат, переносимый по воздуху, индуцирует синтез ингибиторов протеиназы в листьях растений». Труды Национальной академии наук . 87 (19): 7713– 7716. Bibcode : 1990PNAS ...87.7713F. doi : 10.1073/pnas.87.19.7713 . PMC 54818. PMID 11607107.
- ^ Лоуренс, Полрадж; Коундал, Крипа (15 апреля 2002 г.). «Ингибиторы протеазы растений в борьбе с фитофагическими насекомыми». Биотехнология растений . 5 (1). doi : 10.2225/vol5-issue1-fulltext-3 . hdl : 1807/1155 – через Electronic Journal of Biotechnology.
