Bogate w oksyprolinę glikoproteiny

Białka związane z pierwotną ścianą komórkową roślin są zwykle glikoproteinami. Są one albo kowalencyjnie związane ze ścianą komórkową, albo pozostają w niej w stanie rozpuszczonym. Niektóre z nich są enzymami, inne pełnią funkcje strukturalne.

Większość glikoprotein ściany komórkowej jest bogata w oksyprolinę. Glikoproteiny bogate w oksyprolinę (ORG) są liniowymi cząsteczkami bogatymi w aminokwasy zasadowe. Wysoki poziom tych aminokwasów przekształca ścianę komórkową w polikationową barierę wiążącą ujemnie naładowane cząsteczki lub komórki, które są podobne do komórek bakteryjnych.

Komórki roślinne wydzielają co najmniej trzy klasy glikoprotein, które zawierają dużą ilość oksyproliny: ekstensyny, białka arabinogalaktanowe i lektyny.

Ekstensyna jest wydzielana jako białko rozpuszczalne, słabo związane ze ścianami komórkowymi poprzez mostki izodityrozynowe; ostatecznie powstaje nierozpuszczalny składnik komórki. Dwie trzecie rozpuszczalnej formy ekstensyny to węglowodany, a jedna trzecia – białka. Masa cząsteczkowa ekstensyny marchwiowej wynosi 86 kDa, a około 36 kDa jest uwalniane w procesie deglikozylacji. Sieciowanie ekstensyny ze składnikami ściany komórkowej wydaje się być budowane przy udziale specyficznej peroksydazy.

Ekstensyna ma nietypowy skład aminokwasowy: 41 mol.% oksyproliny, 12 mol.% seryny, 10 mol.% lizyny, 8 mol.% tyrozyny i 0-11 mol.% histydyny. Brak aminokwasów kwaśnych oraz duża zawartość lizyny i histydyny determinują podstawowy punkt izoelektryczny w granicach 10-12. Ekstensyna ściany komórkowej może być przekształcona w rozpuszczalną glikoproteinę przy udziale hydroksylazy prolylowej i oksyprolylotransferazy arabinosylowej. Oba enzymy zlokalizowane są w aparacie Golgiego. Łańcuchy boczne tri- i tetrarabinozydów są w większości połączone z resztami oksyproliny.

W przeciwieństwie do ekstensyny, białka arabinogalaktanowe są rozpuszczalnymi glikoproteinami zawierającymi oksyprolinę, zlokalizowanymi zarówno w cytoplazmie, jak i pozakomórkowo. Aminokwasy białek arabinogalaktanowych to głównie oksyprolina, seryna, alanina i glicyna. Łańcuchy arabinozowe i arabinogalaktanowe o wysokim stopniu polimeryzacji, a także rozgałęziony rdzeń węglowodanowy reszty α-D-galak-topiranozylowej połączone są z oksyproliną. Do rdzenia przyłączone są dodatkowo kwasy arabinozydowy i glikuronowy. Hydroksylacja proliny i transport arabinozydu do oksyproliny wydaje się przebiegać w taki sam sposób jak w ekstensynie.

I wreszcie trzecią klasę ORG stanowią lektyny roślin z rodziny Solanaceae, które są zlokalizowane zarówno wewnątrzkomórkowo jak i zewnątrzkomórkowo. Białka te zawierają 50-60% oksyproliny, serynę, glicynę i cysteinę, które są dominującymi aminokwasami. Reszty arabinozowe są związane z oksyproliną, a reszty galaktozylowe z seryną. ORGs z ziemniaka aglutynują awirulentne, ale nie wirulentne szczepy patogenu więdnięcia bakteryjnego Ralstonia solanacearum. Zostały one nazwane „aglutyninami”, aby odróżnić je od strukturalnie podobnych lektyn, które posiadają jedynie niską aktywność hemaglutynacyjną. Aglutyniny są rozpuszczalnymi związkami ścian komórkowych, które zawierają do 61% węglowodanów. Część węglowodanowa składa się z arabinozy oraz niewielkiej ilości galaktozy, glukozy i glukozaminy. Masa cząsteczkowa wynosi 91 kDa, a przy deglikozylacji zmniejsza się do 56 kDa. Jak dotąd trudno jest ocenić, czy aglutyniny odgrywają jakąkolwiek rolę w relacji roślina-pasożyt.

Mechanizmy biosyntezy ORG nie są jeszcze całkowicie jasne. Przypuszcza się, że w procesie tym bierze udział etylen, gdyż elicytory indukują jego powstawanie. Poza tym, etylen sam w sobie może indukować powstawanie ORG. W ścianach komórkowych melona zawartość ORG wzrasta kilkakrotnie w odpowiedzi na inokulację Gloeosporium lagenarium, czemu towarzyszy gwałtowny wzrost produkcji etylenu w roślinie. Podobną reakcję wywoływały elicytory pochodzące od tego grzyba lub ścian komórkowych melona. Traktowanie sadzonek melona etylenem przed inokulacją zwiększało zarówno zawartość ORG, jak i odporność, podczas gdy hamowanie ORG promowało ich kolonizację przez patogena.

Specyficzne hamowanie biosyntezy etylenu w inokulowanych lub traktowanych elicitorami tkankach roślinnych tłumiło odkładanie oksyproliny w ścianach. Prekursor etylenu, kwas aminocyklopropanokarboksylowy, indukował powstawanie ORG w tkankach nietraktowanych roślin, a także przywracał tworzenie ORG w tkankach traktowanych inhibitorem.

Elicitor Phytophthora megasperma indukował syntezę etylenu i ORG w hipokotylu soi. Zwiększona zawartość oksyproliny występowała również przy niezgodnym, ale nie zgodnym oddziaływaniu ogórka z Cladosporium cucumerinum. Przeciwnie, stężenie oksyproliny w ścianach komórkowych pszenicy wzrosło po inokulacji zgodną linią Erysiphe graminis.

Akumulacja ORGs i ich mRNA w zainfekowanych tkankach i kulturach komórkowych wystąpiła w fasoli porażonej przez Colletotrichum lindemutianum, czemu towarzyszyła przejściowa aktywacja hydroksylazy prolylowej i transferazy arabinosylowej. Transferaza arabinosylowa związana jest z aparatem Golgiego, natomiast hydroksylaza prolylowa skoncentrowana jest w retikulum endoplazmatycznym.

Wzrost poziomu ORG w ścianach komórkowych porażonych tkanek silnie zmienia ich właściwości. Jako polimery, ORG wzmacniają powierzchnię komórek, a jako polikationy zmieniają ładunek powierzchniowy.

Geny ORG marchwi, pomidora i fasoli zostały sklonowane i zsekwencjonowane. We wszystkich trzech przypadkach geny te posiadały znaczną homologię względem siebie i zawierały charakterystyczną powtarzającą się sekwencję, która koduje pentapeptyd seryna-cztery proliny. Tworzenie ORG jest kodowane przez rodzinę genów, które są regulowane w różny sposób w zranionych lub zainfekowanych roślinach.

Stwierdzono, że ilość i tempo akumulacji mRNA dla ORG w hipokotylach fasoli inokulowanej niezgodną rasą C. lindemuthianum były znacznie wyższe niż w zgodnej interakcji. Wykazano również, że mRNA dla ORGs gromadziło się również w tkankach niezainfekowanych poza miejscem inokulacji, co wskazywało na systemiczny charakter ich powstawania.

Ściana komórkowa roślin zawiera glikoproteiny, z których wiele posiada aktywność fermentacyjną. Niektóre z nich, zwłaszcza peroksydazy i glikozylohydrolazy, mogą odgrywać ważną rolę w reakcjach obronnych roślin przeciwko fitopatogenom. Na przykład, specyficzna peroksydaza bierze udział w biosyntezie ligniny i tworzeniu mostków izodityrozynowych ekstensyny, a także mostków, w których ściany komórkowe są wiązane przez kwas ferulowy. Glikozylohydrolazy, jako powszechny składnik roślinnych ścian komórkowych, mogą być odpowiedzialne za uwalnianie oligosacharyn ze ścian komórkowych roślin lub grzybów.

.