Защитные белки растений. PR-белки

18.01.2014

Белки, связанные с патогенезом (PR-белки), образуются в растениях в ответ на заражение грибными, бактериальными, вирусными болезнями, а также в ответ на обработку некоторыми химикатами. Все эти белки обладают широким антигрибным спектром действия. Среди них большой интерес представляют следующие.
- Ферменты β-1,3-глюканазы и хитиназы (группы PR-2 и PR-3 соответственно), разлагающие полисахариды β-1,3-глюкан и хитин. Поскольку глюканы содержатся в клеточных стенках растений, наличие у них глюканаз как регуляторов процессов синтеза и деградации элементов клеточной стенки неудивительно. Но хитина у растений нет, а это означает, что хитиназа несет главным образом защитные функции. Синтез этих ферментов в ответ на заражение также свидетельствует об их связях с защитными реакциями. Хитин и β-глюкан — основные компоненты клеточных оболочек грибов, из хитина построены стилеты сосущих насекомых и нематод. В настоящее время гены, ответственные за синтез хитиназы и β-глюканазы, широко используются в генно-инженерных конструкциях с целью создания трансгенных растений, устойчивых к болезням и вредителям.
- Белки, связывающие хитин (группа PR-4). Они относятся к большой группе связывающих хитин белков — лектинов.
- Тауматиноподобные белки (группа PR-5), которые имеют структурное сходство со сладким белком тауматином из южноафриканского кустарника Taumatococcus. Они вызывают лизис грибного мицелия вследствие связывания β-1,3-глюкана в клеточных стенках грибов (обладают β-1,3-глюканазной активностью), ингибируют осамилазу насекомых и человеческий трипсин (обладают свойствами ингибиторов ферментов).
Ингибиторы протеиназ. Ингибиторы протеиназ (ИП) — это белки, образующие комплексы с протеиназами и ингибирующие их каталитическую активность. Известно несколько классов ИП, отличающихся ингибированием разных типов протеиназ. Некоторые ИП накапливаются в незараженных растениях, синтез других индуцируется в ответ на заражение или повреждение насекомыми. ИП подавляют активность протеиназ, выделяемых в растение фитопатогенными грибами и насекомыми, и нарушают способность патогенов поглощать растительные белки, то есть снижают их пищевую активность. ИП не только выполняют защитные функции, они могут служить запасающими белками (накапливаются в покоящихся органах растений— семенах, клубнях) и регуляторами протеиназной активности самих растений.
Антивирусные белки. У многих растений (фитоляки, дурмана, табака и др.) обнаружены белки, ингибирующие вирусную инфекцию. Эти белки разделяют на две большие группы: эндогенные, присутствующие в клетках независимо от заражения, и индуцированные, возникающие при заражении вирусами. Первые ингибируют главным образом ранние фазы вирусной инфекции путем агрегации ингибиторного белка с вирионом и ингибирования репликации вирусных белков вследствие инактивации рибосом. Индуцированные антивирусные белки ингибируют репликацию вирусов. Некоторые из них имеют много общего с интерферонами человека (интерфероны ингибируют репликацию некоторых вирусов растений). Большинство антивирусных белков синтезируется в растении в очень низких концентрациях, что затрудняет их исследование.
Дефензины. Это низкомолекулярные (45...54 аминокислоты) белки, богатые цистеином. Дефензины продуцируются как защитные белки млекопитающими, насекомыми, грибами и растениями. Растительные дефензины могут вызывать морфологические изменения у восприимчивых видов грибов (морфогенные дефензины), ингибировать рост мицелия без морфологических изменений (неморфогенные дефензины), ингибировать осамилазу грибов. Они связываются с рецепторами на мембранах грибов и вызывают усиление потери К и поступления Са в клетки.
Другие защитные белки растений. Помимодефензинов факторами устойчивости к патогенам могут быть и другие низкомолекулярные антимикробные белки, богатые цистеином. Это белки, осуществляющие трансмембранный транспорт липидов, белки, подавляющие синтез белка на чужеродных рибосомах на стадии элонгации (RIP-белки), и богатые серой тионины, накапливающиеся в семенах и проростках растений. Последние взаимодействуют с мембранными фосфолипидами и вызывают образование пор в мембранах. Эти белки обнаружены в семенах, листьях, цветках и клубнях разных растений, часто накапливаются в клеточных стенках, осуществляя защитную функцию.