防御素的生物学特性及其抗病基因工程

  本文关键词：防御素的生物学特性及其抗病基因工程，由笔耕文化传播整理发布。

防御素的生物学特性及其抗病基因工程

第5期

付蓝宝等: 防御素的生物学特性及其抗病基因工程

513

1 防御素的种类及生物学特性

生物在病原体侵染时, 自身会产生一系列的拮抗物质, 以阻止病害的传播和病原微生物的进一步侵染, 这种系统被称为防御系统。编码这些拮抗物质的基因统称为防御基因。防御素(Defensin)就是这样的一种拮抗物质, 在生物机体抵御病原体的防御反应过程中产生, 是一种能抗微生物和一些恶性细胞的短肽[1, 2]。防御素通常由29~54个氨基酸组成, 其中包括6～8个保守半胱氨酸, 可通过半胱氨酸分子间二硫键使肽环形成反向平行的β片状结构, 或含有一个α螺旋结构。防御素分子结构稳定且具有广谱的抗菌活性。根据分子结构特征和来源的不同, 动物防御素可分为α-防御素、β-防御素和θ-防御素3种[3~5], 除此之外, 还有昆虫防御素和植物防御素。

1.1 动物防御素

α-防御素: 由美国Lehrer实验室1980年从兔肺巨噬细胞中首先分离得到, 是一种阳离子性极强的小分子抗菌肽。α-防御素主要存在于哺乳动物有关组织和细胞中。α-防御素分子由29~35个氨基酸组成, 富含精氨酸, 6个半胱氨酸以Cys-l-Cys-6、Cys-2-Cys-4、Cys-3-Cys-5方式形成3对分子内二硫键, 其中Cys-l-Cys-6对二硫键连接N端和C端的半胱氨酸形成分子大环, 所以α-防御素的一级结构一般为圆形[7]。体外实验显示, α-防御素具有广谱的抗菌活性, 对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、厌氧菌、某些真菌、梅毒螺旋体和钩端螺旋体、分支杆菌等均具有很强的抗菌活性。但α-防御素在受到盐浓度及血清成分影响的情况下其抗菌活性会降低[8]。在兔的中性粒细胞中共发现有6种α-防御素, 即RabNP-1、-2、-3a、-3b、-4、-5, 这些防御素总量占细胞蛋白质总量的15%~20%。其中兔防御素NP-1是抗菌谱最广泛的防御素之一, 其多肽一级结构为: VVCAC RRALC LPRER RAGFC RIRGRTHPLC CRR。高级结构中可以形成3对分子内二硫键。

β-防御素: 在牛的气管黏膜上皮细胞中首先分离出来, 后又在牛粒性白细胞中发现了13种与其序列高度相似的防御素, 因其共有序列与α-防御素不同, 故被命名为β防御素[4]。β防御素分子一般由

[6]

[2]

38~42个氨基酸残基组成, 6个半胱氨酸残基配对形成3个二硫键, 连接方式为: Cys-1-Cys-5、Cys-2-Cys-4、Cys-3-Cys-6。序列中部有一个保守的脯氨酸和一个甘氨酸, 这是α-防御素所不具有的。β-防御素的信号序列和前体序列一样, 而α-防御素先由信号肽合成前片段, 然后再形成成熟肽。β-防御素分子量相对较小而且具有明显的半胱氨酸排列的特征, 对维持此类分子的三级结构具有重要意义[9]。β-防御素对革兰氏阳性和阴性菌均有广谱的抗菌活性, 但研究显示, 在高盐浓度和酸性条件下, β-防御素将失去抗菌活性。同时, 有些β-防御素对一些真菌和病毒也有抗性作用。

θ-防御素: 是从猕猴的白细胞中首先分离出来, 为一种环状结构的分子, 多分布在吞噬细胞内。θ-防御素通常由12个氨基酸残基组成, 分子内由6个半胱氨酸形成3对二硫键, 以Cys-l-Cys-6、Cys-2-Cys-5、Cys-3-Cys-4的方式连接形成环状结 构[10]。研究证明, θ-防御素不仅具有细菌、真菌抗性, 而且还具有抗滤过性病原体和抗毒素的作用。此外, 在受到盐浓度及血清成分影响下α-和β-防御素的抗菌活性会降低, 但θ-防御素的抗菌活性几乎不受影响, θ-防御素分子的环状结构可能是其保持稳定活性的原因[6]。 1.2 昆虫防御素

昆虫防御素是1989年由法国学者Hoffmann等人首先分离得到, 它与兔子肺吞噬细胞防御素分子同源。昆虫防御素大量存在于昆虫血淋巴液中, 至今已在昆虫纲动物体内发现了数十种防御素和抗菌肽。成熟的昆虫防御素一般含有34~43个氨基酸, 其分子链中在Cys-3与Cys-4之间有3个保守的Gly残基。此外, 其分子内的3对二硫键配对也与α-和β-防御素不同, 分别为Cys-l-Cys-4、Cys-2-Cys-5、Cys-3-Cys-6。研究表明, 昆虫防御素能够抵抗细菌的感染, 但仅对抗革兰氏阳性菌表现抗性, 对革兰氏阴性菌几乎无作用; 昆虫防御素对真核细胞无作用, 而且也未见昆虫防御素抗病毒感染的报道[7]。 1.3 植物防御素

植物防御素是从小麦和大麦中被首先分离获得。目前所发现的植物防御素大量存在于植物的叶片、果实和种子中。植物防御素分子一般含有45~54

Word文档免费下载：防御素的生物学特性及其抗病基因工程 （下载1-8页，共8页）

  本文关键词：防御素的生物学特性及其抗病基因工程，，由笔耕文化传播整理发布。