昆虫酚氧化酶.doc

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1、昆虫酚氧化酶酚氧化酶（PO）又称为酪氨酸羟化酶或酪氨酸酶，广泛存在于动物、植物和微生物中，位于黑素细胞中的黑素体内，绝大部分与黑素体膜相结合，只有极少部分以游离状态存在。不同来源的PO，其生物化学特性具有一定的差异，并且在同种生物的不同器官中也具有不同的特征。在高等植物中，酚氧化酶通过催化形成黑色素可进入表皮和毛发的角质细胞中，使体表着色。哺乳动物合成的黑色素可以保护皮肤和，抵御紫外线的辐射，防止内部组织过热等。酚氧化酶具有独特的双重催化功能，是生物体内黑色素合成的关键酶，与昆虫的发育、伤口癒合和果蔬的褐变有密切关系。因此多年来，酚氧化酶一直受到学术界的关注，其研究涉及生物、

2、医学、农学、化学、药学等多个学科和领域。目前已有上百种酚氧化酶的研究报道，来源于20多种生物的酚氧化酶已被测序，近几年来，对该酶的研究愈加深入，已有来自于链霉菌的酚氧化酶晶体结构的报道。在昆虫体内，PO是一种重要的酶，它在昆虫的变态发育和名疫系统中起着重要作用。酚氧化酶催化完成的醌鞣化作用可以促进昆虫表皮的硬化与黑化，这个过程对于具有“外骨骼”的昆虫生命过程至关重要。在昆虫变态的各个阶段，譬如，由新生卵发育为成熟卵、幼虫蜕皮、幼虫化蛹以及蛹羽化为成虫后的体壁及其附肢的黑化和硬化过程都与酚氧化酶的作用息息相关。因此，酚氧化酶抑制剂的研究可以为发展新型害虫控制剂提供重要线索，特别

3、是研究不同昆虫酚氧化酶特性及抑制剂抑制动力学将会为发现一类全新的、专化性的无公害害虫控制剂提供理论基础和实践参考。酚氧化酶在昆虫的正常发育过程中具有重要的生理功能：1、参与表皮的硬化和黑化，昆虫的新表皮经过硬化和黑化过程才得以坚硬，从而可以起到支撑和保护整个虫体的作用，硬化过程中，PO产生的醌与角蛋白及甲壳质相互作用，最终形成角质，高度硬化的角质能阻断微生物和异物的入侵。2、对卵壳的鞣化作用。3、参与伤害防御，在节肢动物中，PO要参与防御反应和伤口癒合。对于小颗粒异物如细菌，宿主可通过吞噬作用来消灭它，当入侵的异物太大而无法被单个血细胞吞噬时，宿主便通过黑色素包囊反应来抵抗和

4、消灭，而PO在这个过程中起重要作用。当外来物入侵时，酚氧化酶原（proPO）从血细胞中释放出来并被激活成PO，在外来有机体上产生黑色素沉淀通包囊和黑化来限制入侵的外来物，因此，在包囊物的周围、血细胞结节中和感染真菌的角质部位会出现黑色素沉淀。与此相似，当，操作部位会出现深色色素区，这是由于proPO被蛋白酶水解激活，而激活的PO将酚氧化成醌，最终形成黑色互。酚氧化酶在伤口处催化产生黑色素沉淀以防止血淋巴丢失，并阻止入侵的微生物乘机进入，由此对有机体产生保护作用。4、加速伤口的癒合。5、产生具有细胞毒作用的氧自由基和具有潜在细胞毒作用的半醌及三羟酚，进一步增强寄主的防御能力。活

5、性氧如超氧阴离子、羟基自由基和过氧化氢是脊椎动物和无脊椎细胞毒性成分，黑色素形成过程中伴随活性氧的产生，同时也产生具细胞毒性的半醌及三羟酚，半醌有结合亲核物质的特性，醌可结合到个来细胞物质的表面，通过形成黑色素包囊来隔离入侵的外来物，并通过醌和其他中间产物产生氧的还原形式来摧毁入侵的微生物或寄生虫。昆虫表皮通过其中的蛋白与醌反应完成鞣化，使表皮变硬并且获得高度的柔韧性与稳定性。昆虫中最常见的鞣化是醌鞣化，其中包括O-醌与表皮蛋白的自由氨基成键结合，另一种为β-鞣化，即蛋白与醌在支链β-碳原子上交联。这两种鞣化剂的前体都是N-乙酰多巴胺（NADA）。NADA是昆虫醌鞣化过程中（

6、包括卵壳硬化和表皮硬化）普遍存在的鞣化剂，而酪氨酸经酚氧化酶、多巴脱羧酶和乙酰基转移酶作用形成NADA，这是NADA产生的重要途径之一。在昆虫表皮鞣化过程中，酚氧化酶的存在是必不可少的。当醌的前体——N-乙酰多巴胺在酚氧化酶作用下被氧化成N-乙酰多巴醌是，其反应性增高，因而易与蛋白质N端氨基结合，生成淡色的邻苯二酚态蛋白质。这蛋白质又因N-乙酰多巴醌被还原为N-乙酰多巴胺。这样蛋白质N端的氨基与醌环结合起来形成壳硬蛋白。赖氨酸残基的ε-NH2和SH等还可以醌环结合，也就是说，肽链不仅其末端氨基可以与醌环结合，而且肽链中间也可以与醌环直接结合。在昆虫角质化的色黑而坚硬的表皮形成

7、过程中，还存在醌环的重合和缩合。另外，酪氨酸的代谢产物NADA由皮细胞分泌进入表皮后，同时与能利用的酰胺基或羟基相互作用。如上所述，PO是昆虫表皮硬化和黑化过程中的关键性酶，与它紧密相关的醌鞣化作用在昆虫的生命过程中具有重要意义。由于上述过程同时也是害虫形成防御体系的重要反应，因此酚氧化酶可能作为害虫控制中的一个作用靶标，可通过抑制昆虫酚氧化酶的活力，使害虫丧失防御能力从而间接达到合理控制虫害的目的。酚氧化酶抑制剂有可能成为继几丁质抑制剂之后一类新的对环境友好的害虫抑制剂。由于酚氧化酶具有重要的理论意义