Chitinase - Chitinase

Chitináza ze semen ječmene

Chitinasy ( chitodextrinase , 1,4-beta-poly-N-acetylglukosaminidasa , poly-beta-glukosaminidáza , beta-1,4-poly-N-acetyl glucosamidinase , poly [1,4- (N-acetyl-beta-D- glukosaminid)] glykanohydroláza , (1-> 4) -2-acetamido-2-deoxy-beta-D-glukan glykanohydroláza ) jsou hydrolytické enzymy, které štěpí glykosidické vazby v chitinu .

Jako chitin je složkou buněčných stěn z hub a exoskeletal prvků některých zvířat (včetně měkkýšů a členovců ), chitinázy se zpravidla nacházejí v organismech, že buď je třeba reformovat vlastní chitin nebo rozpouštějí a strávit chitinu plísní nebo zvířat.

Rozdělení druhů

Chitinivorní organismy zahrnují mnoho bakterií ( Aeromonads , Bacillus , Vibrio , mimo jiné), které mohou být patogenní nebo detritivorní. Útočí na živé členovce , zooplankton nebo houby nebo mohou degradovat zbytky těchto organismů.

Houby, jako Coccidioides immitis , mají také degradační chitinázy související s jejich úlohou jako detritivorů a také s jejich potenciálem jako patogenů členovců.

Chitinázy jsou také přítomny v rostlinách (chitináza ječmene): PDB : 1CNS , EC 3.2.1.14 ); některé z nich jsou proteiny související s patogenezí (PR), které jsou indukovány jako součást systémové získané rezistence. Exprese je zprostředkována genem NPR1 a cestou kyseliny salicylové, které se podílejí na odolnosti vůči napadení houbami a hmyzem. K vytváření symbióz hub mohou být zapotřebí jiné rostlinné chitinázy.

Ačkoli savci nevytvářejí chitin, mají dvě funkční chitinázy, chitotriosidázu (CHIT1) a kyselou savčí chitinázu (AMCase), stejně jako chitinasovým proteinům (jako YKL-40 ), které mají vysokou sekvenční podobnost, ale postrádají aktivitu chitinázy.

Klasifikace

1. Endochitinázy ( EC 3.2.1.14 ) náhodně štěpí chitin na vnitřních místech chitinového mikrofibrilu a tvoří rozpustné multimerní produkty s nízkou molekulovou hmotností . Produkty multimerů zahrnují di-acetylchitobiózu, chitotriosu a chitotetraosu, přičemž převládajícím produktem je dimer.
   

   Endochitináza štěpící chitin na produkty s více časovači.
2. Exochitinázy byly také rozděleny do dvou dílčích kategorií:
   1. Chitobiosidázy ( EC 3.2.1.29 ) působí na neredukující konec chitinového mikrofibrilu a uvolňují dimer, di-acetylchitobiózu, jeden po druhém z chitinového řetězce. Proto při této reakci nedochází k uvolňování monosacharidů ani oligosacharidů .
   2. P-1,4- N- acetylglukosaminidázy ( EC 3.2.1.30 ) rozštěpily produkty multimerů, jako je di-acetylchitobióza, chitotriosa a chitotetraose, na monomery N- acetylglukosamin (GlcNAc).

Exochitináza štěpící chitin na dimery prostřednictvím chitobiosidázy a monomery prostřednictvím p-1,4 N-acetylglukosaminidázy.

Chitinázy byly také klasifikovány na základě aminokyselinových sekvencí, protože by to pomohlo lépe porozumět evolučním vztahům těchto enzymů k sobě navzájem. Proto byly chitinázy seskupeny do tří rodin : 18 , 19 a 20 . Obě rodiny 18 a 19 se skládají z endochitináz z řady různých organismů, včetně virů, bakterií, hub, hmyzu a rostlin. Rodina 19 však obsahuje hlavně rostlinné chitinázy. Rodina 20 obsahuje N- acetylglukosaminidasa a podobný enzym, N -acetylhexosaminidase .

A protože byly známy genové sekvence chitináz, byly dále klasifikovány do šesti tříd na základě jejich sekvencí. Charakteristiky, které určovaly třídy chitináz, byly N-koncová sekvence, lokalizace enzymu, izoelektrické pH , signální peptid a induktory .

Chitinázy třídy I měly signální peptid bohatý na cystein N-koncový, na leucin nebo valin bohatý a vakuolární lokalizaci. A pak byly chitinázy třídy I dále rozděleny na základě jejich kyselé nebo zásadité povahy na třídu Ia, respektive třídu Ib. Bylo zjištěno, že chitinázy třídy 1 obsahují pouze rostlinné chitinázy a většinou endochitinázy.

Chitinázy třídy II neměly N-konec bohatý na cystein, ale měly podobnou sekvenci jako chitinázy třídy I. Chitinázy třídy II byly nalezeny v rostlinách, houbách a bakteriích a většinou sestávaly z exochitináz.

Chitinázy třídy III neměly podobné sekvence jako chitinázy třídy I nebo třídy II.

Chitinázy třídy IV měly podobné vlastnosti, včetně imunologických vlastností, jako chitinázy třídy I. Chitinázy třídy IV však byly ve srovnání s chitinázami třídy I podstatně menší.

Chitinázy třídy V a třídy VI nejsou dobře charakterizovány. Jeden příklad chitinázy třídy V však ukázal dvě chitinové vazebné domény v tandemu a na základě genové sekvence se zdálo, že N-konec bohatý na cystein byl během evoluce ztracen, pravděpodobně kvůli menšímu selekčnímu tlaku, který způsobil katalytickou doménu ztratit svoji funkci.

Funkce

Stejně jako celulóza je chitin hojným biopolymerem, který je relativně odolný vůči degradaci. Mnoho savců může trávit chitin a specifické hladiny chitinázy u druhů obratlovců jsou přizpůsobeny jejich stravovacímu chování. Některé ryby jsou schopné trávit chitin. Chitinázy byly izolovány ze žaludků savců, včetně lidí.

Aktivitu chitinázy lze také detekovat v lidské krvi a případně v chrupavce . Podobně jako u rostlinných chitináz to může souviset s rezistencí vůči patogenům.

Klinický význam

Produkce chitináz v lidském těle (známá jako „lidské chitinázy“) může být reakcí na alergie a astma je spojeno se zvýšenou hladinou exprese chitinázy.

Lidské chitinázy mohou vysvětlit souvislost mezi některými z nejběžnějších alergií ( roztoči , spóry plísní - oba obsahují chitin) a červovými ( helmintovými ) infekcemi, jako součást jedné verze hygienické hypotézy (červi mají chitinózní ústní části, které drží střevní stěna). Konečně je spojení mezi chitinázami a kyselinou salicylovou v rostlinách dobře zavedené - existuje však hypotetické spojení mezi kyselinou salicylovou a alergiemi u lidí.

Regulace v houbách

Regulace se liší druh od druhu a v organismu by chitinázy s různými fyziologickými funkcemi podléhaly různým regulačním mechanismům. Například chitinázy, které se podílejí na údržbě, jako je remodelace buněčné stěny, jsou konstitutivně exprimovány. Chitinázy, které mají specializované funkce, jako je degradace exogenního chitinu nebo účast na buněčném dělení, však vyžadují časově časovou regulaci aktivity chitinázy.

Regulace endochitinázy v Trichoderma atroviride je závislá na N- acetylglukosaminidáze a data ukazují zpětnovazební smyčku, kde rozkladem chitinu vzniká N- acetylglukosamin, který by byl případně vychytán a spouští up-regulaci chitinbiosidáz.

U Saccharomyces cerevisiae a regulace ScCts1p ( S. cerevisiae chitinase 1), jedné z chitináz zapojených do buněčné separace po cytokinezi degradací chitinu primárního septa . Protože jsou tyto typy chitináz důležité při dělení buněk , musí existovat přísná regulace a aktivace. Specificky, exprese Cts1 musí být aktivována v dceřiných buňkách během pozdní mitózy a protein musí být lokalizován v dceřiném místě septa. A aby to bylo možné, musí existovat koordinace s dalšími sítěmi ovládajícími různé fáze buňky, jako je Cdc14 Early Anaphase Release (FEAR) , mitotická výstupní síť (MEN) a regulace Ace2p (transkripční faktor) a buněčná morfogeneze (RAM ) signalizační sítě. Celkově integrace různých regulačních sítí umožňuje chitináze degradující buněčnou stěnu fungovat v závislosti na stádiu buňky v buněčném cyklu a na specifických místech mezi dceřinými buňkami.

Přítomnost v potravinách

Chitinázy se přirozeně vyskytují v mnoha běžných potravinách. Například Phasoleus vulgaris , banány, kaštany, kiwi, avokádo, papája a rajčata obsahují významné množství chitinázy jako obranu proti napadení houbami a bezobratlými. Stres nebo environmentální signály jako ethylenový plyn mohou stimulovat zvýšenou produkci chitinázy.

Některé části molekul chitinázy, strukturou téměř identické s heveinem nebo jinými proteiny v gumovém latexu kvůli jejich podobné funkci v obraně rostlin, mohou vyvolat alergickou zkříženou reakci známou jako syndrom latex-ovoce .

Aplikace

Chitinázy mají celou řadu aplikací, z nichž některé již byly průmyslem realizovány. To zahrnuje biologickou přeměnu chitinu na užitečné produkty, jako jsou hnojiva , výrobu nealergenních, netoxických, biokompatibilních a biologicky rozložitelných materiálů ( kontaktní čočky , umělá kůže a stehy s těmito vlastnostmi se již vyrábějí) a zdokonalení insekticidů a fungicidy . Phaseolus vulgaris chitinase - chitináza z fazolí , BCH - byla transgenicky vložena jako odstrašující prostředek proti škůdcům do zcela nesouvisejících plodin.

Možné budoucí aplikace chitináz jsou jako potravinářské přídatné látky pro prodloužení trvanlivosti, terapeutické činidlo pro astma a chronickou rhinosinusitidu , jako protiplísňový prostředek, protinádorový lék a jako obecná přísada pro použití v proteinovém inženýrství .

Viz také

• Lignináza

Reference

externí odkazy

• Chitinase v Americké národní knihovně lékařských oborových nadpisů (MeSH)
• Rentgenová struktura chitinázy z patogenní houby Coccidioides immitis