杀菌剂是怎样抑制或干扰病菌能量的生成?
发布网友
发布时间：2022-04-27 11:35
共1个回答
热心网友
时间：2023-09-15 09:47
生物体的能量主要来源于细胞呼吸作用。杀菌剂抑制病菌呼吸作用的结果是破坏能量的生成，导致菌体死亡。大多数传统多作用位点杀菌剂和一些现代选择性杀菌剂，它们的作用靶标正是病菌呼吸作用过程中催化物质氧化降解的专化性酶或电子传递过程中的专化性载体，属于呼吸抑制剂。但是，传统多作用位点杀菌剂的作用靶标多为催化物质氧化降解的非特异性酶，菌体在物质降解过程中释放的能量较少，所以这些杀菌剂不仅表现活性低，而且缺乏选择性。电子传递链中的一些酶的复合物抑制剂及氧化磷酸化抑制剂往往表现很高的杀菌活性和选择性。
病原菌的不同生长发育期对能量的需要量不同，真菌孢子萌发要比维持菌丝生长所需要的能量多得多，因而能量供应受阻时，孢子就不能萌发，呼吸抑制剂对孢子萌发的毒力也往往显著高于对菌丝生长的毒力。
由于有氧呼吸是在线粒体内进行的，所以许多对线粒体结构有破坏作用的杀菌剂，也会干扰有氧呼吸而破坏能量生成。
1．对糖酵解和脂质氧化的影响
在葡萄糖磷酸化和磷酸烯醇式丙酮酸形成丙酮酸的过程中，己糖激酶和丙酮酸激酶需要有Mg2＋及K＋的存在才有催化活性。一些含重金属元素的杀菌剂可以通过离子交换，破坏细胞膜内外的离子平衡，使细胞质中的糖酵解受阻。
百菌清、克菌丹和灭菌丹可以与磷酸甘油醛脱氢酶的－SH结合，使其失去催化3－磷酸甘油醛/磷酸二羟丙酮形成1，3－二磷酸甘油醛的活性。
脂肪是菌体内能量代谢的重要物质来源之一。因此，对脂质氧化的影响也是杀菌剂的重要作用机理之一。在菌体内脂质氧化主要是β－氧化，即脂肪酸羧基的第个二碳的氧化。β－氧化必须有辅酶A参与，所以一些抑制辅酶A活性的杀菌剂如克菌丹、二氯萘醌等都会影响脂肪的氧化，减少能量的生成。
2．对乙酰辅酶A形成的影响
细胞质内糖降解产生的丙酮酸通过渗透方式进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶系的作用下形成乙酰辅酶A，然后进入柠檬酸循环进行有氧氧化。克菌丹能够特异性抑制丙酮酸脱氢酶的活性，阻止乙酰辅酶A的形成。作用位点是丙酮酸脱氢酶系中的硫胺素焦磷酸（TPP）。TPP在丙酮酸脱羧过程中起转移乙酰基的作用，而TPP接受乙酰基时只能以氧化型（TPP＋）进行。在有克菌丹存在的情况下，TPP＋结构受破坏，失去转乙酰基的作用，乙酰辅酶A不能形成。
3．对柠檬酸循环的影响
柠檬酸循环在线粒体内进行，参与柠檬酸循环每个生化反应的酶都分布在线粒体膜、基质和液泡中。杀菌剂对柠檬酸循环的影响主要是对这些关键酶活性的抑制，使代谢过程不能进行。福美双、克菌丹、硫磺、二氯萘醌等能够使乙酰辅酶A失活，并可以抑制柠檬酸合成酶、乌头酸酶的活性；代森类杀菌剂和8－羟基喹啉等可以与菌体柠檬酸循环中的乌头酸酶螯合，使酶失去活性；克菌丹通过破坏酮戊二酸脱氢酶的辅酶——硫胺素焦磷酸结构活性丧失；硫磺和萎锈灵可抑制琥珀酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶的活性；含铜杀菌剂能够抑制延胡索酸酶的活性。
4．对呼吸链的影响
呼吸链是生物有氧呼吸能量生成的主要代谢过程。一个分子葡萄糖完全氧化为CO2和H2O时，在细胞内可产生36个分子ATP，其中32个是在呼吸链中通过氧化磷酸化形成的。因此，抑制或干扰呼吸链的杀菌剂常表现很高的杀菌活性。
在真菌和植物的线粒体呼吸中，有6个关键酶复合物（Ⅰ～Ⅵ）参与了从NADH和FADH2到O2的电子传递，并通过电子传递产生ATP。在复合物I中，由NADH-辅酶Q氧化还原酶（NADH-ubiquinoneoxidorectase）催化，电子从NADH传递到辅酶Q。然而，在复合物Ⅱ中，电子是从FADH2传递到辅酶Q，这个过程是由琥珀酸辅酶Q氧化还原酶（succinate-ubiquinoneoxidorectase）催化。然后，在辅酶Q细胞色素c氧化还原酶的催化下，辅酶Q或还原型辅酶Q（ubiquinone/ubiquinol，Q/QH2）库将电子传递到细胞色素bc1酶复合物（复合物Ⅲ）。复合物Ⅲ有2个活性中心：还原型辅酶Q氧化（在外部，Qo）位点和辅酶Q还原（在内部，Qi）位点。Qo位点细胞色素b的亚铁血红素bL（hemebL）和一个铁硫蛋白组成，而Qi位点则包含细胞色素b的亚铁血红素bH（hemebH）。因此，电子从辅酶Q流动到细胞色素c，要么经过直线的Qo链（thelinearQochain），要么经过循环的Qi路径（thecyclicQiroute），这个循环的Qi路径具有反馈反应（feedbackreactions）。然后，细胞色素c将电子经过细胞色素a-a3（末端）氧化酶（复合物Ⅳ）传递到最终的受体O2。在特殊环境下，在真菌中还不十分清楚，电子能够绕过正常的呼吸路径从辅酶Q传递到O2，这一途径对氰化物不敏感，由旁路氧化酶（thealternativeoxidase，也称复合物V）催化。这种呼吸作用也称为旁路呼吸（alternativerespiration）。在呼吸电子传递过程中，所释放的质子在几个不同的位点由ATP合成酶（复合物Ⅵ）催化，经过氧化磷酸化产生ATP。
一些杀菌剂或者抗菌化合物作用于这6个酶复合物。杀虫剂鱼藤酮（rotenone）和杀菌剂敌磺钠（fenaminosulf）是复合物I抑制剂，羧酰替苯胺类（carboxamide）杀菌剂及最早发现的烟酰胺杀菌剂是复合物Ⅱ抑制剂。对复合物Ⅲ的2个活性中心，抗菌素黏噻唑菌醇（myxothiazol）和几种重要的杀菌剂是Qo位点抑制剂，抗霉素A（antimycin）和氰霜唑（cyazofamid，IKF916）等新杀菌剂是Qi位点抑制剂。对多种植物病原菌，如禾白粉菌（Erysiphegramminis）、斐济球腔菌（Mycosphaerellafijinese）和葡萄霜霉（Plasmoparaviticola），所有的这些Qo位点抑制剂之间，包括甲氧基丙烯酸酯类（methoxyacrylates）、甲氧基氨基甲酸酯类（methoxycarbamates），oximinoacetate、oximinoacetamides、oxazolidinedinones和imidazolinones都存在交互抗药性；但是，Qo位点抑制剂和Qi位点抑制剂之间没有交互抗药性，这些Qi位点抑制剂包括sulfamoyl-cyanoimidazole化合物氰霜唑（cyazofamid，IKF916）。氰化物（cyanide）和叠氮化物（azide）是复合物Ⅳ抑制剂，一些含有－CN基团的杀菌剂也是复合物Ⅳ的强烈抑制剂，如二硫氰基甲烷杀菌、杀线虫剂。水杨基肟酸（salicyl-hydroxamicacid，SHAM）是旁路氧化酶抑制剂。氧化磷酸化抑制剂，即ATP解偶联剂包括：敌螨普（dinocap）、敌菌酮（drazoxolon）、三苯锡（fentin）等有机锡（organo-tin）和氟啶胺（fluazinam）等二硝基苯胺杀菌剂等等，它们影响质子通过线粒体膜，而不是作用于ATP合成酶活性。寡霉素（oligomycin）是ATP合成酶抑制剂。
5．对旁路氧化途径的影响
旁路氧化途径也称为旁路呼吸途径（alternativepathway），是电子传递链中的一个支路。旁路氧化酶（alternativeOxidase，AOX或AO）是关键酶。将电子直接从辅酶Q传递至O2，不经过复合物Ⅲ和复合物Ⅳ，所以也称为抗氰呼吸途径。但能量生成的效率只有细胞色素介导的呼吸链的40%。AOX在真菌中的存在方式有两种。在粗糙脉孢霉和稻瘟病菌中，AOX是诱导型表达的，正常条件下AOX活性很低或检测不到，但如果以细胞色素介导的呼吸链被阻断或线粒体电子传递载体蛋白质合成受抑制，AOX则被诱导表达。在灰霉和香蕉黑斑病菌中，AOX是固有的（constitutional），本来就存在的。病菌线粒体AOX活性有无或高低直接关系到复合物Ⅲ和Ⅳ的抑制剂活性。水杨基肟酸（SHAM）是AOX的特异性抑制剂，普遍存在植物体内的（类）黄酮类物质也能够强烈抑制旁路氧化作用。（类）黄酮类物质与AOX的相互作用至少包括通过清除自由氧抑制AOX的诱导和直接抑制AOX酶活性两种方式。
