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绿豆防御素VrD1之抗虫活性及其与钾离子通道作用之分子机制探讨

绿豆防御素VrD1之抗虫活性及其与钾离子通道作用之分子机制探讨

作     者:薛宜青 

作者单位:台湾大学 

作者专业:口腔生物科学研究所

授予单位:台湾大学

授予年度:2005年

页      码:P1-49页

主      题:綠豆防禦素 鉀離子通道 

摘      要:各种动植物体中普遍存在防御素(Defensins)或相关的分子,藉以防御异物入侵或毒杀猎物。以植物来说,thionins为最有名的例子,可以对抗细菌或真菌的入侵。2002年国人首先在绿豆发现具有抗昆虫特性(insecticidal activity)之植物防御素,名为VrCRP (Cysteine-rich Protein of Vigna radiata) ,後称VrD1 (Vigna radiata defensin 1)。此防御素属於cysteine-rich proteins,具有由4对双硫键(disulfide bonds)连结一段α-helix (即cysteine-stabilizing helix) 和三段β-strands的基本结构。 VrD1对绿豆豆象(bruchids; Callosobruchus chinensis or C. maculatus) 具有毒杀的效果,唯VrD1造成绿豆豆象死亡之活性来源及作用机制则尚不十分明了。过去我们在完成VrD1及其多种突变种的3-D结构模型(homology structure models),并分析了其与scorpion toxins的异同後,已经合理推断出VrD1造成绿豆豆象死亡之活性来源在於分子一侧之数个硷性残基,并可能使用类似蠍毒中的short toxins之键结模式与细胞膜上之钾或氯离子通道作用;而另一侧之数个硷性残基则负责抗菌。 所以在本论文中,我们设计了一系列的电生理实验,希望透过全细胞电位钳制法 (whole cell voltage clamp method),试图找出VrD1作用在秋行军虫细胞株 (Sf-21) 的标的分子(target molecules)。实验所得的结果显示,VrD1对秋行军虫的细胞膜电流产生大规模的抑制情形;再由平衡电位与结构分析逐步归纳出可能的目标,并佐以不同的拮抗物测试,目前已排除是透过氯离子通道产生作用,而更进一步指向以钾离子通道作为此标的分子。这些发现在动植物间的演化上应具重大意义,甚至在生物性农药之相关合理设计方面也应有关键的帮助。

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