消化毒劑的作用機(jī)理學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1消化毒劑的作用消化毒劑的作用(zuyng)機(jī)理機(jī)理第一頁，共22頁。第2頁/共22頁第二頁，共22頁。1. Bt殺蟲晶體蛋白（殺蟲晶體蛋白（Isecticidal Crystal Proteins，ICPs） 殺蟲晶體蛋白是由蘇云金芽胞桿菌殺蟲晶體蛋白是由蘇云金芽胞桿菌( Bacillus ( Bacillus thuringiensis thuringiensis ，Bt)Bt)所產(chǎn)生的毒素。所產(chǎn)生的毒素。 毒蛋白主要有毒蛋白主要有7 7種：種：-外毒素、外毒素、-外毒素、外毒素、-外外毒素、毒素、-內(nèi)毒素、不穩(wěn)定外毒素、水溶性毒素、鼠因子內(nèi)毒素、不穩(wěn)定外毒素、水溶性毒素、鼠因子外毒

2、素。外毒素。- -內(nèi)毒素是在形成芽孢的同時形成的蛋白質(zhì)晶體內(nèi)毒素是在形成芽孢的同時形成的蛋白質(zhì)晶體，位于，位于(wiy)(wiy)芽孢之旁，所以又稱伴孢晶體毒素，是主芽孢之旁，所以又稱伴孢晶體毒素，是主要的殺蟲晶體蛋白，這種晶體蛋白只是一種前毒素要的殺蟲晶體蛋白，這種晶體蛋白只是一種前毒素(Pretoxin)(Pretoxin)，經(jīng)過激活，即消化成分子量為，經(jīng)過激活，即消化成分子量為100010007000070000的片段，才起毒素作用。的片段，才起毒素作用。第3頁/共22頁第三頁，共22頁。制劑中含有-外毒素。第4頁/共22頁第四頁，共22頁。 晶體蛋白有晶體蛋白有130130多種，按照殺

3、蟲范圍和寄主同源多種，按照殺蟲范圍和寄主同源(tn (tn yun)yun)型又可分為兩大類群，即型又可分為兩大類群，即Cry Cry （廣譜性）蛋白和（廣譜性）蛋白和CytCyt（雙翅目、活體活性低）蛋白，同時還發(fā)現(xiàn)一種營養(yǎng)期殺（雙翅目、活體活性低）蛋白，同時還發(fā)現(xiàn)一種營養(yǎng)期殺蟲蛋白（蟲蛋白（VIPsVIPs），活性與專一性同），活性與專一性同CryCry。CryCry分為四大類（根據(jù)殺蟲譜）：分為四大類（根據(jù)殺蟲譜）：CryICryI（鱗翅目）；（鱗翅目）；CryII(CryII(鱗翅目和雙翅目鱗翅目和雙翅目) )CryIIICryIII（鞘翅目）；（鞘翅目）；CryIV(CryIV(雙翅

4、目雙翅目) )。 通常一種毒素只能殺死某一目的部分易感昆蟲，對有通常一種毒素只能殺死某一目的部分易感昆蟲，對有益生物和脊椎動物安全。益生物和脊椎動物安全。1. Bt殺蟲晶體蛋白（殺蟲晶體蛋白（ICPs）第5頁/共22頁第五頁，共22頁。 完整完整(wnzhng)(wnzhng)的毒蛋白一般由三個結(jié)構(gòu)域組成。的毒蛋白一般由三個結(jié)構(gòu)域組成。 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域由一個由一個-螺旋束組成，可能與細(xì)胞膜穿螺旋束組成，可能與細(xì)胞膜穿 孔有關(guān)；孔有關(guān)； 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域由三組由三組-折疊片層組成，可能參與了毒折疊片層組成，可能參與了毒 素與膜受體蛋白的識別和結(jié)合；素與膜受體蛋白的識別和結(jié)合； 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域位于毒素分子

5、位于毒素分子C-C-端，可能阻止昆蟲腸道蛋端，可能阻止昆蟲腸道蛋 白酶對毒性肽分子的進(jìn)一步降解。白酶對毒性肽分子的進(jìn)一步降解。 1. Bt殺蟲晶體蛋白（殺蟲晶體蛋白（Isecticidal Crystal Proteins，ICPs）第6頁/共22頁第六頁，共22頁。第7頁/共22頁第七頁，共22頁。2. Bt毒素毒素(d s)受體蛋白受體蛋白 晶體蛋白的毒性與受體蛋白和晶體蛋白結(jié)合的能力呈晶體蛋白的毒性與受體蛋白和晶體蛋白結(jié)合的能力呈正相關(guān)，膜受體蛋白是毒蛋白專一性的決定因子。正相關(guān)，膜受體蛋白是毒蛋白專一性的決定因子。 鱗翅目昆蟲中腸鱗翅目昆蟲中腸BtBt毒素毒素(d s)(d s)受體蛋

6、白主要為中腸受體蛋白主要為中腸的刷狀緣膜囊泡的刷狀緣膜囊泡(BBMV)(BBMV)的氨肽酶的氨肽酶 N (aminopeptidase N N (aminopeptidase N，APN)APN)、類鈣粘蛋白、類鈣粘蛋白CLP(cadherin-like)CLP(cadherin-like)以及堿性磷酸酶。以及堿性磷酸酶。 此外鞘糖脂也是一種迄今未知的無脊椎動物此外鞘糖脂也是一種迄今未知的無脊椎動物BtBt毒素毒素(d (d s)s)的普遍受體。的普遍受體。 第8頁/共22頁第八頁，共22頁。 - -內(nèi)毒素的作用過程要經(jīng)溶解、酶解活化、與受體結(jié)合內(nèi)毒素的作用過程要經(jīng)溶解、酶解活化、與受體結(jié)合(

7、jih)(jih)、插入、孔洞或離子通道形成等五個環(huán)節(jié)。、插入、孔洞或離子通道形成等五個環(huán)節(jié)。昆蟲取食孢子和毒素昆蟲取食孢子和毒素毒素被蛋白酶活化毒素被蛋白酶活化毒素與膜受體結(jié)合毒素與膜受體結(jié)合毒素造成膜穿孔使細(xì)胞裂解毒素造成膜穿孔使細(xì)胞裂解3. 3. 殺蟲晶體蛋白的作用殺蟲晶體蛋白的作用(zuyng)(zuyng)機(jī)機(jī)理理第9頁/共22頁第九頁，共22頁。 毒素的溶解毒素的溶解 晶體蛋白可以溶解于晶體蛋白可以溶解于pH 12或或pH 9.5并加有巰基并加有巰基試劑的堿性溶液中。中腸內(nèi)環(huán)境諸如試劑的堿性溶液中。中腸內(nèi)環(huán)境諸如pH值、還原電值、還原電勢、去垢勢、去垢(q u)性、體積等都可能影響

8、性、體積等都可能影響-內(nèi)毒素在內(nèi)毒素在昆蟲體內(nèi)的溶解性。鱗翅目幼蟲的中腸昆蟲體內(nèi)的溶解性。鱗翅目幼蟲的中腸pH值一般都值一般都較高，呈堿性較高，呈堿性, 對對-內(nèi)毒素的溶解很有利。內(nèi)毒素的溶解很有利。3 3 殺蟲晶體蛋白的作用殺蟲晶體蛋白的作用(zuyng)(zuyng)機(jī)理機(jī)理 第10頁/共22頁第十頁，共22頁。 毒素的活化毒素的活化 溶解的晶體蛋白被中腸蛋白酶水解，由溶解的晶體蛋白被中腸蛋白酶水解，由130kD左右的前毒素，打開二硫鍵，釋放出左右的前毒素，打開二硫鍵，釋放出N端的端的70kD左右的抗酶多左右的抗酶多肽活力片段。肽活力片段。 活力片段至少由兩部分組成活力片段至少由兩部分組成

9、, 即毒力片段和細(xì)胞結(jié)合片段。即毒力片段和細(xì)胞結(jié)合片段。毒力片段主要結(jié)構(gòu)是毒力片段主要結(jié)構(gòu)是-螺旋，對于跨膜通道的形成及毒效可能螺旋，對于跨膜通道的形成及毒效可能起著重要作用。起著重要作用。 細(xì)胞結(jié)合片段由細(xì)胞結(jié)合片段由C端的保守區(qū)和中間的可變區(qū)組成，主要結(jié)端的保守區(qū)和中間的可變區(qū)組成，主要結(jié)構(gòu)是構(gòu)是-片層，負(fù)責(zé)毒素與靶標(biāo)昆蟲受體的結(jié)合，從而決定片層，負(fù)責(zé)毒素與靶標(biāo)昆蟲受體的結(jié)合，從而決定(judng)了毒素的選擇性。了毒素的選擇性。 中腸酶液的組成直接影響到中腸酶液的組成直接影響到-內(nèi)毒素的降解活化內(nèi)毒素的降解活化, 對對-內(nèi)毒素內(nèi)毒素作用的專一性起著重要作用。作用的專一性起著重要作用。 3

10、 3 殺蟲晶體蛋白的作用殺蟲晶體蛋白的作用(zuyng)(zuyng)機(jī)理機(jī)理 第11頁/共22頁第十一頁，共22頁。毒蛋白的活化毒蛋白的活化(huhu)過程過程被昆蟲取食的晶體蛋白被昆蟲取食的晶體蛋白在中腸被溶解在中腸被溶解堿性環(huán)境堿性環(huán)境成熟毒素成熟毒素被中腸蛋白酶消化活化被中腸蛋白酶消化活化毒素毒素(d s)的活化的活化 3 3 殺蟲晶體蛋白的作用殺蟲晶體蛋白的作用(zuyng)(zuyng)機(jī)理機(jī)理 第12頁/共22頁第十二頁，共22頁。3 3 殺蟲晶體蛋白的作用殺蟲晶體蛋白的作用(zuyng)(zuyng)新模型新模型 毒素與受體蛋白的結(jié)合毒素與受體蛋白的結(jié)合 毒素被活化以后首先是通

11、過結(jié)毒素被活化以后首先是通過結(jié)構(gòu)域構(gòu)域與上皮細(xì)胞膜上的受體蛋白發(fā)生專一性結(jié)合。結(jié)合與上皮細(xì)胞膜上的受體蛋白發(fā)生專一性結(jié)合。結(jié)合分為兩步，第一步與分為兩步，第一步與CLP受體的初始結(jié)合受體的初始結(jié)合(Initial Binding)，同時被，同時被BBMV上的蛋白酶進(jìn)一步水解去除大約上的蛋白酶進(jìn)一步水解去除大約3Kd的的a1螺旋，聚集成四聚體結(jié)構(gòu)；低聚體與螺旋，聚集成四聚體結(jié)構(gòu)；低聚體與APN結(jié)合即二次受體結(jié)合即二次受體結(jié)合結(jié)合,在在APN 受體的幫助下受體的幫助下,毒素低聚體在細(xì)胞膜脂質(zhì)筏區(qū)毒素低聚體在細(xì)胞膜脂質(zhì)筏區(qū)域上聚集域上聚集,此時此時(c sh)的毒素與受體難以發(fā)生解離的毒素與受體難以

12、發(fā)生解離,故為不可故為不可逆性結(jié)合逆性結(jié)合( Irreversible Binding)。 第13頁/共22頁第十三頁，共22頁。 插入及孔洞或離子插入及孔洞或離子(lz)通道的形成通道的形成 與受體結(jié)合與受體結(jié)合的低聚體的低聚體, 由由APN促使其運動到脂筏促使其運動到脂筏, Cry結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域在在脂筏區(qū)插入膜內(nèi)脂筏區(qū)插入膜內(nèi), 進(jìn)而誘導(dǎo)孔的形成，導(dǎo)致膜完整性進(jìn)而誘導(dǎo)孔的形成，導(dǎo)致膜完整性的破，引起離子的破，引起離子(lz)滲漏，水隨之進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞因滲漏，水隨之進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞因膨脹而解體、死亡。四聚體與毒素單體不同，能夠在膨脹而解體、死亡。四聚體與毒素單體不同，能夠在膜上形成穩(wěn)定的孔道。這

13、一理論解釋了膜上形成穩(wěn)定的孔道。這一理論解釋了APN作為重要作為重要的功能性受體卻與單一的功能性受體卻與單一Cry1A毒素親和力低的原因。毒素親和力低的原因。 3 3 殺蟲晶體蛋白的作用殺蟲晶體蛋白的作用(zuyng)(zuyng)新模型新模型 第14頁/共22頁第十四頁，共22頁。第15頁/共22頁第十五頁，共22頁。結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域由由6-76-7個兩親的個兩親的-螺旋圍繞著一個疏水的中心螺旋螺旋圍繞著一個疏水的中心螺旋形成。其穿孔機(jī)制被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)域形成。其穿孔機(jī)制被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)域IIII在完成毒素在完成毒素- -受體識別后，與受體結(jié)受體識別后，與受體結(jié)合的結(jié)構(gòu)域合的結(jié)構(gòu)域的的6 6個個-螺旋像

14、一把撐開的傘將中心的螺旋插向膜結(jié)構(gòu)螺旋像一把撐開的傘將中心的螺旋插向膜結(jié)構(gòu), ,同同時把結(jié)構(gòu)域時把結(jié)構(gòu)域也推向膜脂也推向膜脂, , 進(jìn)而形成通道進(jìn)而形成通道, , 導(dǎo)致上皮細(xì)胞的導(dǎo)致上皮細(xì)胞的K+K+滲透勢和滲透勢和pHpH梯度被破壞。組織病理學(xué)試驗顯示中腸柱細(xì)胞成空泡狀梯度被破壞。組織病理學(xué)試驗顯示中腸柱細(xì)胞成空泡狀, , 微絨毛損傷微絨毛損傷, ,中中腸內(nèi)充滿上皮細(xì)胞內(nèi)容物腸內(nèi)充滿上皮細(xì)胞內(nèi)容物, , 中腸細(xì)胞消亡中腸細(xì)胞消亡, , 最后最后(zuhu)(zuhu)昆蟲幼蟲死亡。昆蟲幼蟲死亡。結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域在殺蟲蛋白在殺蟲蛋白(dnbi)中中的作用的作用3 3 殺蟲晶體蛋白的作用殺蟲晶體蛋白

15、的作用(zuyng)(zuyng)新模型新模型 第16頁/共22頁第十六頁，共22頁。-4螺旋螺旋-5螺旋螺旋細(xì)胞膜細(xì)胞膜-5螺旋螺旋-4螺旋螺旋細(xì)胞膜細(xì)胞膜圖圖2 Bt殺蟲毒蛋白殺蟲毒蛋白(dnbi)作用的傘型模型與形成孔道原理作用的傘型模型與形成孔道原理示意圖示意圖第17頁/共22頁第十七頁，共22頁。 這個新的模型首次提出了這個新的模型首次提出了 Cry Cry毒素在昆蟲的毒素在昆蟲的BBMVBBMV上不是只同一個受體相互作用上不是只同一個受體相互作用, ,而是與兩個的受體先而是與兩個的受體先后發(fā)生結(jié)合后發(fā)生結(jié)合, ,強(qiáng)調(diào)了脂筏在形成孔的過程中的作用強(qiáng)調(diào)了脂筏在形成孔的過程中的作用, ,

16、而而且解釋了且解釋了APNAPN作為重要的功能性受體卻與單一作為重要的功能性受體卻與單一(dny)Cry1A(dny)Cry1A毒素親和力低的原因。這種與幾個受體毒素親和力低的原因。這種與幾個受體分子先后結(jié)合分子先后結(jié)合, ,并通過脂筏插入膜或進(jìn)入細(xì)胞的機(jī)制并通過脂筏插入膜或進(jìn)入細(xì)胞的機(jī)制在其它的毒素在其它的毒素( (如氣單胞菌溶素如氣單胞菌溶素) )和病毒和病毒( (如艾滋病病如艾滋病病毒毒) )的致病過程中是普遍存在的。該模型的提出使我的致病過程中是普遍存在的。該模型的提出使我們能更完整地解釋們能更完整地解釋Bt Bt 的毒性和抗性機(jī)制的毒性和抗性機(jī)制, ,對其它病原對其它病原的致病機(jī)理研

17、究也有借鑒作用。的致病機(jī)理研究也有借鑒作用。3 3 殺蟲晶體蛋白的作用新模型殺蟲晶體蛋白的作用新模型(mxng)(mxng)的意義的意義 第18頁/共22頁第十八頁，共22頁。二氫沉香呋喃類化合物：苦皮藤素二氫沉香呋喃類化合物：苦皮藤素、等可致等可致粘蟲：中腸柱狀細(xì)胞的微絨毛排列不整齊，大量脫落粘蟲：中腸柱狀細(xì)胞的微絨毛排列不整齊，大量脫落(tulu)；基膜內(nèi)褶空間變大，排列紊亂；細(xì)胞質(zhì)密度；基膜內(nèi)褶空間變大，排列紊亂；細(xì)胞質(zhì)密度降低；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)極度擴(kuò)張降低；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)極度擴(kuò)張 ，囊泡化，核糖體脫落，囊泡化，核糖體脫落(tulu)；線粒體嵴模糊不清楚，雙層膜不完整。推測；線粒體嵴模糊不清楚，雙層膜不完

18、整。推測其機(jī)理為：此類化合物與昆蟲中腸細(xì)胞膜及內(nèi)膜結(jié)合其機(jī)理為：此類化合物與昆蟲中腸細(xì)胞膜及內(nèi)膜結(jié)合，膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，水分和各種離子的通透性隨，膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，水分和各種離子的通透性隨之改變，引起細(xì)胞腫脹、失水、瓦解，最終死亡。推之改變，引起細(xì)胞腫脹、失水、瓦解，最終死亡。推測其機(jī)理為：此類化合物與昆蟲中腸細(xì)胞膜及內(nèi)膜結(jié)測其機(jī)理為：此類化合物與昆蟲中腸細(xì)胞膜及內(nèi)膜結(jié)合，膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，水分和各種離子的通透性合，膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，水分和各種離子的通透性隨之改變，引起細(xì)胞腫脹、失水、瓦解，最終死亡。隨之改變，引起細(xì)胞腫脹、失水、瓦解，最終死亡。 二、其他消化二、其他消化(xiohu)毒劑毒劑第19頁/共22頁第十九頁，共22頁。丁布：可阻礙歐洲玉米螟幼蟲和亞洲玉米螟幼蟲的發(fā)育，使得丁布：可阻礙歐