تعد النباتات كائنات حية لاطئة، وقد تتعرض النباتات للعديد من عوامل الإجهاد من بيئتها، وبالإضافة إلى التأثيرات غير المناسبة من محيطهم، وهناك أيضًا تهديد مستمر من الحيوانات المفترسة ومسببات الأمراض، وللتعامل مع مجموعة متنوعة من الظروف غير المواتية، فقد خضعت النباتات للتكيف التطوري مثل وضع استراتيجيات دفاع متطورة وتوليف مجموعة متنوعة رائعة من المركبات الطبيعية النشطة بيولوجيًا.
ما هي المواد البروتينية السامة في النبات
تطورت النباتات لتخليق مجموعة متنوعة من المركبات الضارة للتعامل مع الظروف غير المواتية، من بينها مجموعة كبيرة من البروتينات السامة التي تلعب دورًا حاسمًا في الدفاع عن النبات ضد الحيوانات المفترسة والميكروبات، وحتى الآن تم اكتشاف مجموعة واسعة من البروتينات الضارة في نباتات مختلفة، وبما في ذلك الليكتين والبروتينات المعطلة للريبوسوم ومثبطات الأنزيم البروتيني واليورياز والأرسلين والببتيدات المضادة للميكروبات والسموم المكونة للمسام.
لأداء دورها في الدفاع عن النبات، تُظهر هذه البروتينات درجات مختلفة من السمية تجاه الحيوانات أو الحشرات أو البكتيريا أو الفطريات، وقد تم إجراء العديد من الدراسات للتحقيق في التأثيرات السامة وطريقة عمل هذه البروتينات النباتية من أجل استكشاف تطبيقاتها المحتملة.
وفي الواقع نظرًا لأنشطتها البيولوجية فقد تعتبر البروتينات النباتية السامة أيضًا أدوات مفيدة محتملة في حماية المحاصيل وفي التطبيقات الطبية الحيوية، مثل علاج السرطان، وأيضا تم إدخال الجينات التي تشفر البروتينات النباتية السامة في جينومات المحاصيل باستخدام تكنولوجيا الهندسة الوراثية من أجل زيادة مقاومة النبات لمسببات الأمراض والأمراض.
أشهر أنواع البروتينات السامة
الليكتين
الليكتين عبارة عن بروتينات كروية ذات موقع ارتباط للكربوهيدرات تمكنها من التعرف على هياكل كربوهيدراتية معينة وربطها، ويجب التأكيد على أن خصوصية الكربوهيدرات في الليكتين متنوعة للغاية.
وعلى الرغم من أن بعض الليكتين يتعرف ويتفاعل مع السكريات الأحادية مثل المانوز والجلوكوز والجلاكتوز والفوكوز، إلا أن معظم الليكتينات النباتية ترتبط بشكل تفضيلي بسكريات قليلة التعقيد مثل الجليكانات المرتبطة بـ NوO، وقد يتكون موقع ربط الكربوهيدرات عادةً من خمسة إلى ستة أحماض أمينية تربط الهيدروكسيل ببقايا السكر بشكل أساسي عن طريق التفاعلات الكارهة للماء.
كما ويتضمن التفاعل المحدد بين الليكتين والكربوهيدرات تكوين شبكة من الروابط الهيدروجينية، وغالبًا ما يتم تعزيزه بواسطة تكديس مسعور لحلقة البيرانوز للسكر إلى الحلقة العطرية للبقايا العطرية (التيروزين أو التربتوفان أو الفينيل ألانين) الموجودة في بالقرب من موقع ربط الكربوهيدرات.
أرسلين
أظهر توصيف المدخلات البرية (P.vulgaris L) مستويات مختلفة من المقاومة، واعتمادًا على نوع (arcelin) الموجود، قد تبين أن بعض أنواع الأرسيلين لها نشاط مبيد حشري على نمو اليرقات من الزابروت تحت الفاشية، وأحد النوعين الرئيسيين من البروشيد اللذين يؤثران على الفول، حيث منح (arcelin-5) أعلى مستوى من المقاومة لـ (Z. subfasciatus)، وقد أظهر (arcelin-3) أقل نشاط.
ومع ذلك فإن بذور (Phaseolus acutifolius) المعدلة وراثيًا والتي تفرط في التعبير عن الشكل الإسوي لـ (arcelin-5) لم تحقق مستويات كافية من المقاومة ضد Z، ومما يشير إلى أن (arcelins) قد تكون مسؤولة جزئيًا فقط عن مقاومة (Z. subfasciatus)، وعلاوة على ذلك، فهناك نوعان من النمط الجيني (P. vulgaris) المحتويان على مادة الأرسلين يحتويان على (arcelin-4 وarcelin-8) كانا أيضًا مقاومين لـ (Acanthoscelides Obectus).
بروتينات تثبيط الريبوسوم
البروتينات المعطلة للريبوسوم (RIPs) هي فئة من الإنزيمات السامة للخلايا التي تمتلك نشاط (rRNA N-glycosidase) النوعي للغاية وقادرة على تعطيل الريبوسومات بدائية النواة أو حقيقية النواة، وكونه (N-glycosidases) فقد يتعرف (RIPs) على تسلسل GAGA المحفوظ للغاية ويزيل بقايا الأدينين من حلقة (السارسين/الريسين) في (rRNA) للريبوزومات الحيوانية أو (rRNA) من الريبوسومات بدائية النواة.
وعلى سبيل المثال، يزيل ريسين RIP الأكثر دراسة (من بذور R.communis) بقايا الأدينين في الموضع من نموذج (GA tetraloop) من حلقة (السارسين/الريسين) في الحمض الريبي النووي الريبي لريبوزومات كبد الفئران.
وتعرض معظم RIPs نشاط (N-glycosidase) واسع النطاق تجاه الريبوسومات من النباتات والبكتيريا والخميرة والحيوانات، وغالبًا ما تكون RIPs من النوع 2 أكثر كفاءة للريبوزومات الحيوانية، ونتيجة لإزالة بقايا محددة من الأدينين من الرنا الريباسي الكبير، يتم حظر التفاعل بين عامل الاستطالة 2 والريبوسوم، مما يؤدي إلى توقف تخليق البروتين.
في الوقت الحاضر، من المقبول عمومًا أن (RIPs) لا تعمل حصريًا على الريبوسومات، ولكنها تعرض نشاط عديد النوكليوتيد الأدينين جليكوزيلاز (PAG) على ركائز مختلفة من الحمض النووي، وتجدر الإشارة إلى أنه تم الإبلاغ أيضًا عن أن (RIPs) تمتلك أنشطة إنزيمية أخرى مثل نشاط ديوكسي ريبونوكلياز والكيتيناز والليباز.
ومع ذلك بسبب نقص الأدلة التجريبية الحاسمة والمفاهيم الخاطئة المحتملة الناتجة عن تلوث العينة، يجب تأكيد هذه البيانات من خلال مزيد من التحقيقات من مختبرات البحث المستقلة، علاوة على ذلك من الصعب تصور كيف يمكن لبروتين واحد أن يمتلك مواقع ربط متعددة لاستيعاب ركائز مختلفة جدًا.
الببتيدات المضادة للميكروبات
الثيونين
الثيونين عبارة عن بروتينات صغيرة تحتوي على السيستين، وعادة ما تكون بروتينات أساسية تبلغ حوالي 5 كيلو دالتون، وتوجد في عدد من نباتات أحادية النواة ونباتات ديكوت، وهي تتكون من 45-48 حمضًا أمينيًا مرتبطة بثلاثة أو أربعة روابط ثاني كبريتيد وهي أساسية للغاية.
ويمكن تقسيم الثيونين إلى فئتين: (α/β-thionins و γ-thionins)، حيث إن جميع (α/β-thionins) تكون متجانسة للغاية على مستوى الأحماض الأمينية وتظهر نفس البنية ثلاثية الأبعاد، ويتم تصنيفها إلى خمس مجموعات مختلفة بناءً على توزيعها في المملكة النباتية، والنوع الأول من الثيونين موجود في السويداء من الحبوب (عائلة Poaceae).
تم عزل الثيونين من النوع الثاني من أوراق وجوز النبات الطفيلي (Pyrularia pubera) ومن أوراق الشعير (Hordeum vulgare)، وتم استخراج الثيونين من النوع الثالث من أوراق وسيقان أنواع الهدال، وقد تم العثور على الثيونين من النوع الرابع في بذور الملفوف الحبشي (Crambe abyssinica).
كما أن الثيونين من النوع الخامس هي أشكال مبتورة من الثيونين المنتظم الموجود في بعض الحبوب مثل القمح، وعلى عكس (α/β-thionins) فقد تُظهر (γ-thionins) هياكل مميزة ثلاثية الأبعاد وتشترك في تشابه أكبر مع عائلة أخرى من الببتيدات تسمى defensins، والتي تم الإبلاغ عنها في النباتات، ولكن أيضًا في الحشرات والحيوانات.
السيكلوتيدات
تجمع عائلة السيكلوتيدات (من الببتيدات الحلقية) جميع البروتينات المحددة بواسطة العمود الفقري الدوري وعقد عقدة السيستين الحلقية المبنية من ستة بقايا سيستين محفوظة، وهي منتشرة في الطبيعة من البكتيريا إلى الحيوانات، وقد تمت دراسة العديد من هذه البروتينات الدقيقة الكروية في النباتات.
وتتكون هذه البروتينات عادة من 28-37 من الأحماض الأمينية مع ستة بقايا سيستين التي تشكل ثلاث روابط ثاني كبريتيد محفوظة، وتمتلك البولي ببتيدات طوبولوجيا عقدة السيستين الحلقية الفريدة من الرأس إلى الذيل، حيث يتم تشكيل حلقة عن طريق معارضة مقاطع العمود الفقري الببتيدية، وقد يؤدي التركيب الفريد للسيكلوتيدات إلى استقرار غير عادي تجاه التمسخ الحراري والكيميائي بالإضافة إلى التحلل الإنزيمي.
ويمكننا القول بأن النباتات تقوم بتجميع وتخزين مجموعة واسعة من المركبات السامة الكيميائية والبروتينية كجزء من نظام دفاعها المصمم لاكتشاف الكائنات الغازية والاستجابة لها، ومن المهم للغاية الحصول على فهم تفصيلي لبنية البروتين وتنوعه وأنشطته البيولوجية، لأن هذه المعرفة هي شرط أساسي لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية لهذه البروتينات.
