Glykoproteiny bohaté na hydroxyprolin

Bílkoviny vázané na primární buněčnou stěnu rostlin jsou obvykle glykoproteiny. Jsou buď kovalentně vázány na buněčnou stěnu, nebo zůstávají v buněčné stěně v rozpuštěném stavu. Některé z nich jsou enzymy, jiné plní strukturní funkce.

Většina glykoproteinů buněčné stěny je bohatá na oxyprolin. Glykoproteiny bohaté na oxyprolin (ORG) jsou lineární molekuly bohaté na základní aminokyseliny. Vysoký obsah těchto aminokyselin mění buněčnou stěnu v polykationickou bariéru vázající záporně nabité částice nebo buňky, které jsou podobné bakteriálním buňkám.

Rostlinné buňky vylučují nejméně tři třídy glykoproteinů, které obsahují velké množství oxyprolinu: extensiny, arabinogalaktanové proteiny a lektiny.

Extensin je vylučován jako rozpustný protein, slabě vázaný na buněčné stěny pomocí isodityrosinových můstků; nakonec vzniká nerozpustná buněčná složka. Dvě třetiny rozpustné formy extensinu tvoří sacharidy a jednu třetinu proteiny. Molekulová hmotnost mrkvového extensinu je 86 kDa a přibližně 36 kDa se uvolňuje při deglykosylaci. Zdá se, že síťování extensinu se složkami buněčné stěny vzniká za účasti specifické peroxidázy.

Extensin má neobvyklé aminokyselinové složení: Obsahuje 41 mol.% oxyprolinu, 12 mol.% serinu, 10 mol.% lysinu, 8 mol.% tyrosinu a 0-11 mol.% histidinu. Nedostatek kyselých aminokyselin a velký obsah lysinu a histidinu určují základní izoelektrický bod v rozmezí 10-12. Extensin buněčné stěny lze převést na rozpustný glykoprotein pomocí prolyl hydroxylázy a oxyprolyl arabinosyl transferázy. Oba enzymy jsou lokalizovány v Golgiho aparátu. Tri- a tetrarabinosidové postranní řetězce jsou většinou spojeny s oxyprolinovými zbytky.

Na rozdíl od extensinu jsou arabinogalaktanové proteiny rozpustné glykoproteiny obsahující oxyprolin lokalizované jak v cytoplazmě, tak extracelulárně. Aminokyseliny arabinogalaktanových proteinů jsou většinou oxyprolin, serin, alanin a glycin. Arabinózové a arabinogalaktanové řetězce s vysokým stupněm polymerizace, stejně jako rozvětvené sacharidové jádro α-D-galak-topyranosylového zbytku, jsou spojeny s oxyprolinem. K jádru jsou navíc připojeny arabinosidové a glykuronové kyseliny. Hydroxylace prolinu a transport arabinosidu na oxyprolin zřejmě probíhají stejným způsobem jako u extensinu.

A konečně třetí třídou ORG jsou lektiny rostlin z čeledi Solanaceae, které jsou lokalizovány jak intracelulárně, tak extracelulárně. Tyto proteiny obsahují 50-60 % oxyprolinu, serinu, glycinu a cysteinu, které jsou dominantními aminokyselinami. Arabinózové zbytky jsou vázány na oxyprolin a galaktosylové zbytky na serin. ORG z brambor aglutinují avirulentní, ale ne virulentní kmeny patogenu bakteriálního vadnutí Ralstonia solanacearum. Byly pojmenovány „aglutininy“, aby se odlišily od strukturně podobných lektinů, které mají pouze nízkou hemaglutinační aktivitu. Aglutininy jsou rozpustné sloučeniny buněčných stěn, které obsahují až 61 % sacharidů. Sacharidovou část tvoří arabinóza a malé množství galaktózy, glukózy a glukosaminu. Molekulová hmotnost je 91 kDa a při deglykosilaci klesá na 56 kDa. Zatím je obtížné posoudit, zda aglutininy hrají nějakou roli ve vztahu rostlina-parazit.

Mezinformace biosyntézy ORG nejsou dosud zcela jasné. Předpokládá se, že se na tomto procesu podílí etylen, protože elicitory indukují jeho tvorbu. Kromě toho etylen sám o sobě může indukovat tvorbu ORG. V buněčných stěnách melounu roste obsah ORG několikanásobně v reakci na inokulaci Gloeosporium lagenarium, což je doprovázeno prudkým nárůstem produkce ethylenu v rostlině. Podobnou reakci vyvolaly i elicitory z této houby nebo buněčné stěny melounu. Ošetření rostlinek melounu ethylenem před inokulací zvýšilo obsah ORG i odolnost, zatímco inhibice ORG podpořila jejich kolonizaci patogenem.

Specifická inhibice biosyntézy ethylenu v inokulovaných nebo elicitory ošetřených rostlinných pletivech potlačila ukládání oxyprolinu ve stěnách. Prekurzor ethylenu aminocyklopropankarboxylová kyselina indukovala tvorbu ORG v pletivech neošetřených rostlin a také obnovila tvorbu ORG v pletivech ošetřených inhibitorem.

Elicitor z Phytophthora megasperma indukoval syntézu ethylenu a ORG v hypokotylech sóji. Ke zvýšení obsahu oxyprolinu došlo také při nekompatibilní, ale nekompatibilní interakci okurky s Cladosporium cucumerinum. Naopak koncentrace oxyprolinu v buněčných stěnách pšenice se zvýšila při inokulaci kompatibilní linií Erysiphe graminis.

Kumulace ORG a jejich mRNA v infikovaných tkáních a buněčné kultuře nastala u fazolí napadených Colletotrichum lindemutianum, doprovázená dočasnou aktivací prolylhydroxylázy a arabinosyltransferázy. Arabinosyltransferáza je spojena s Golgiho aparátem, zatímco prolylhydroxyláza je soustředěna v endoplazmatickém retikulu.

Zvýšení hladiny ORG v buněčných stěnách infikovaných tkání výrazně mění jejich vlastnosti. Jako polymery ORG zpevňují povrch buněk a jako polykationty mění povrchový náboj.

ORG geny mrkve, rajčat a fazolí byly klonovány a sekvenovány. Ve všech třech případech měly geny značnou vzájemnou homologii a obsahovaly charakteristickou opakující se sekvenci, která kóduje serin-čtyři prolinové pentapeptidy. Tvorba ORG je kódována rodinou genů, které jsou u poraněných nebo infikovaných rostlin regulovány různým způsobem.

Bylo zjištěno, že množství a rychlost akumulace mRNA pro ORG v hypokotylech fazolu inokulovaných nekompatibilní rasou C. lindemuthianum je podstatně vyšší než v kompatibilní interakci. Bylo také prokázáno, že mRNA pro ORG se hromadí i v neinfikovaných tkáních mimo místo inokulace, což svědčí o systémovém charakteru jejich tvorby.

Buněčná stěna rostlin obsahuje glykoproteiny, z nichž mnohé mají fermentační aktivitu. Některé z nich, zejména peroxidázy a glykosylhydrolázy, mohou hrát důležitou roli v obranných reakcích rostlin proti fytopatogenům. Například specifická peroxidáza se podílí na biosyntéze ligninu a tvorbě isodityrosinových můstků extensinu a také můstků, na které jsou buněčné stěny vázány kyselinou ferulovou. Glykosylhydrolasy, jako běžná součást buněčných stěn rostlin, mohou být zodpovědné za uvolňování oligosacharinů z buněčných stěn rostlin nebo hub

.