Glicoproteine bogate în oxiprolină
Proteinele legate de peretele celular primar al plantelor sunt, de obicei, glicoproteine. Acestea sunt fie legate covalent de peretele celular, fie rămân în peretele celular în stare dizolvată. Unele dintre ele sunt enzime, altele îndeplinesc funcții structurale.
Majoritatea glicoproteinelor din peretele celular sunt bogate în oxiprolină. Glicoproteinele bogate în oxiprolină (ORG) sunt molecule liniare bogate în aminoacizi bazici. Un nivel ridicat al acestor aminoacizi transformă peretele celular într-o barieră poliacvatică care leagă particule sau celule încărcate negativ, asemănătoare celulelor bacteriene.
Toate glicoproteinele bogate în oxiprolină posedă caracteristici structurale comune.
(1)
Contenit ridicat de oxiprolină, serină acidă β-oxiamină, treonină și fie glicină, fie alanină.
(2)
Contenit de arabinoză și galactoză în proporții egale.
(3)
În plus față de arabinoză și galactoză, pot fi prezente și alte zaharuri și aminoacizi.
Celulele vegetale secretă cel puțin trei clase de glicoproteine care conțin o cantitate mare de oxiprolină: extensinele, proteinele arabinogalactanice și lectinele.
Extensina este secretată ca o proteină solubilă, slab legată de pereții celulari prin punți de izodityrosină; în cele din urmă, se produce o componentă celulară insolubilă. Două treimi din forma solubilă a extensinei sunt carbohidrați, iar o treime, proteine. Greutatea moleculară a extensinei de morcov este de 86 kDa, iar aproximativ 36 kDa se eliberează prin deglicozilare. Reticularea extensinei cu componentele peretelui celular pare să fie construită cu implicarea unei peroxidaze specifice.
Extensina are o compoziție neobișnuită de aminoacizi: 41 mol.% de oxiprolină, 12 mol.% de serină, 10 mol.% de lizină, 8 mol.% de tirozină și 0-11 mol.% de histidină. Lipsa aminoacizilor acizi și conținutul mare de lizină și histidină determină punctul izoelectric bazic între 10-12. Extensina peretelui celular poate fi transformată într-o glicoproteină solubilă cu ajutorul proil-hidroxilazei și al oxiprolil arabinosil transferazei. Ambele enzime sunt localizate în aparatul Golgi. Lanțurile laterale tri- și tetrarabinosidice sunt în cea mai mare parte conectate cu resturi de oxiprolină.
Spre deosebire de extensină, proteinele arabinogalactanice sunt glicoproteine solubile care conțin oxiprolină, localizate atât în citoplasmă, cât și extracelular. Aminoacizii proteinelor arabinogalactane sunt în principal oxiprolină, serină, alanină și glicină. Lanțurile de arabinoză și arabinogalactan cu grad ridicat de polimerizare, precum și nucleul glucidic ramificat al reziduului α-D-galac-topiranozil sunt conectate cu oxiprolina. Acizii arabinozidici și glicuronici sunt legați suplimentar la nucleu. Hidroxilarea prolinei și transportul arabinosidei la oxiprolină par să se desfășoare în același mod ca și în cazul extensinei.
Și, în sfârșit, cea de-a treia clasă ORG este reprezentată de lectinele din plantele din familia Solanaceae care sunt localizate atât intracelular cât și extracelular. Aceste proteine conțin 50-60% de oxiprolină, serină, glicină și cisteină care sunt aminoacizii dominanți. Reziduurile de arabinoză sunt legate de oxiprolină, iar cele de galactosil de serină. Organismele organice din cartof aglutinează tulpini avirulente, dar nu și virulente, ale agentului patogen Ralstonia solanacearum. Acestea au fost denumite „aglutinine” pentru a le deosebi de lectine similare din punct de vedere structural care posedă doar o activitate hemaglutinantă redusă. Agglutininele sunt compuși solubili ai pereților celulari care conțin până la 61% de carbohidrați. Partea de carbohidrați constă în arabinoză și o cantitate mică de galactoză, glucoză și glucozamină. Greutatea moleculară este de 91 kDa, iar la deglicozilare scade la 56 kDa. Până în prezent, este dificil de judecat dacă aglutininele joacă vreun rol în relația plantă-parazit.
Există câteva fapte care arată un rol protector al ORG în rezistența plantelor.
(1)
Există o corelație clară între acumularea ORG în pereții celulari ai pepenelui și rezistența pepenelui la Gloeosporium lagenarium. Analiza mai multor sisteme plantă-patogen a arătat că îmbogățirea pereților celulari cu ORG are loc la o serie de specii de plante la inocularea cu ciuperci, bacterii și virusuri.
(2)
Nivelul de oxiprolină (marker ORG) din pereții celulari crește mult mai repede la inocularea cultivarelor rezistente decât la cele sensibile.
(3)
Creșterea artificială sau, dimpotrivă, suprimarea nivelului de ORG duce, respectiv, la inducerea sau inhibarea rezistenței.
(4)
Tratarea țesuturilor vegetale cu elicitori microbieni endogeni a indus formarea de ORG în țesuturi.
Mecanismele de biosinteză a ORG nu sunt încă complet clare. Se presupune că etilena este implicată în acest proces, deoarece elicitorii induc formarea acesteia. În plus, etilena în sine poate induce formarea ORG. În pereții celulari ai pepenelui, conținutul de ORG crește de câteva ori ca răspuns la inocularea cu Gloeosporium lagenarium, care este însoțită de o creștere bruscă a producției de etilenă în plantă. Elicitorii din această ciupercă sau din pereții celulari ai pepenilor au provocat un răspuns similar. Tratarea plantulelor de pepene galben cu etilenă înainte de inoculare a crescut atât conținutul de ORG, cât și rezistența, în timp ce inhibarea ORG a favorizat colonizarea lor de către agentul patogen.
Inhibarea specifică a biosintezei etilenei în țesuturile plantelor inoculate sau tratate cu elicitori a suprimat depunerea de oxiprolină în pereți. Precursorul etilenei, acidul aminociclopropancarboxilic, a indus ORG în țesuturile plantelor netratate și, de asemenea, a restabilit formarea ORG în țesuturile tratate cu inhibitorul.
Elicitorul de la Phytophthora megasperma a indus sinteza de etilenă și ORG în hipocotilele de soia. Un conținut crescut de oxiprolină a avut loc și la interacțiunea incompatibilă, dar nu și compatibilă a castravetelui cu Cladosporium cucumerinum. Dimpotrivă, concentrația de oxiprolină din pereții celulari ai grâului a crescut la inocularea cu o linie compatibilă de Erysiphe graminis.
Acumularea ORG-urilor și a ARNm al acestora în țesuturile infectate și în cultura celulară a avut loc la fasolea afectată de Colletotrichum lindemutianum, însoțită de activarea temporară a prolil-hidroxilazei și a arabinosil transferazei. Arabinosil transferaza este legată de aparatul Golgi, în timp ce proil hidroxilaza este concentrată în reticulul endoplasmatic.
O creștere a nivelului de ORG în pereții celulari ai țesuturilor infectate modifică puternic proprietățile acestora. Ca polimeri, ORG întăresc suprafața celulară, iar ca policați, modifică sarcina suprafeței.
Genele ORG ale morcovului, tomatelor și fasolei au fost clonate și secvențiate. În toate cele trei cazuri, genele au posedat o homologie considerabilă între ele și conțineau o secvență repetitivă caracteristică care codifică pentapeptida serină-patru prolină. Formarea ORG este codificată de o familie de gene care sunt reglate în mod diferit în plantele rănite sau infectate.
Cantitatea și rata de acumulare a ARNm pentru ORG în hipocotilele de fasole inoculate cu o rasă incompatibilă de C. lindemuthianum s-au dovedit a fi considerabil mai mari decât în cazul unei interacțiuni compatibile. S-a demonstrat, de asemenea, că ARNm pentru ORGs s-a acumulat și în țesuturile neinfectate, în afară de locul de inoculare, ceea ce indică un caracter sistemic al formării lor.
Așa, peretele celular al plantelor conține glicoproteine, multe dintre ele posedând activitate de fermentare. Unele dintre ele, în special peroxidazele și glicozilhidrolazele, pot juca un rol important în răspunsurile de apărare a plantelor împotriva fitopatogenilor. De exemplu, peroxidaza specifică este implicată în biosinteza ligninei și în formarea punților de izodityrosină ale extensinei, precum și a punților prin care pereții celulari sunt legați de acidul ferulic. Glicozilhidrolazele, ca o componentă comună a pereților celulari ai plantelor, pot fi responsabile de eliberarea oligozaharinelor din pereții celulari ai plantelor sau ciupercilor.
.