消化毒剂的作用机理
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第七节 消化毒剂的作用机理
1996年，吴文君等首次提出了消化毒剂的概念，把主要作 用于昆虫消化系统，即主要以消化系统为初始靶标的杀虫剂为 消化毒剂。
破坏中肠 两类靶标
影响消化酶系
中肠组织破坏剂 消化抑制剂。
主要种类： Bt内毒素 植物源次生代谢物如二氢沉香呋喃类化合物等。
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1
一、 Bt内毒素
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1. Bt杀虫晶体蛋白（ICPs）
晶体蛋白有130多种，按照杀虫范围和寄主同源型
又可分为两大类群，即Cry （广谱性）蛋白和Cyt（双 翅目、活体活性低）蛋白，同时还发现一种营养期杀
虫蛋白（VIPs），活性与专一性同Cry。
Cry分为四大类（根据杀虫谱）：
CryI（鳞翅目）；CryII(鳞翅目和双翅目)
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孔有关；
结构域Ⅱ由三组β-折叠片层组成，可能参与了毒
素与膜受体蛋白的识别和结合； 结构域Ⅲ位于毒素分子C-端，可能阻止昆虫肠道蛋 白酶对毒性肽分子的进一步降解。
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2. Bt毒素受体蛋白
晶体蛋白的毒性与受体蛋白和晶体蛋白结合的能力 呈正相关，膜受体蛋白是毒蛋白专一性的决定因子。
CryIII（鞘翅目）；CryIV(双翅目)。
通常一种毒素只能杀死某一目的部分易感昆虫， 对有益生物和脊椎动物安全。
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1. Bt杀虫晶体蛋白（Isecticidal Crystal Proteins，ICPs）
完整的毒蛋白一般由三个结构域组成。
结构域Ⅰ由一个α-螺旋束组成，可能与细胞膜穿
结合、插入、孔洞或离子通道形成等五个环节。
昆虫取食孢子和毒素
毒素被蛋白酶活化
毒素与膜受体结合 医学课件毒ppt 素造成膜穿孔使细胞裂解 10
3 杀虫晶体蛋白的作用机理
毒素的溶解 晶体蛋白可以溶解于pH >12或pH >9.5并加有巯 基试剂的碱性溶液中。中肠内环境诸如pH值、还原电
势、去垢性、体积等都可能影响δ-内毒素在昆虫体
内的溶解性。鳞翅目幼虫的中肠pH值一般都较高，呈
碱性, 对δ-内毒素的溶解很有利。
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3 杀虫晶体蛋白的作用机理
毒素的活化 溶解的晶体蛋白被中肠蛋白酶水解，由
130kD左右的前毒素，打开二硫键，释放出N端的70kD左右
的抗酶多肽活力片段。
活力片段至少由两部分组成, 即毒力片段和细胞结合
3 杀虫晶体蛋白的作用机理
毒素的活化
毒蛋白的活化过程
碱性环境
被昆虫取食的晶体蛋白
在中肠被溶解
被中肠蛋白酶消化活化
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成熟毒素
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3 杀虫晶体蛋白的作用新模型
毒素与受体蛋白的结合 毒素被活化以后首先是通 过结构域Ⅱ与上皮细胞膜上的受体蛋白发生专一性结 合。结合分为两步，第一步与CLP受体的初始结合 (Initial Binding)，同时被BBMV上的蛋白酶进一步水解 去除大约3Kd的a1螺旋，聚集成四聚体结构；低聚体与 APN结合即二次受体结合,在APN 受体的帮助下,毒素低 聚体在细胞膜脂质筏区域上聚集,此时的毒素与受体难 以发生解离,故为不可逆性结合( Irreversible Binding)。
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3 杀虫晶体蛋白的作用新模型
插入及孔洞或离子通道的形成 与受体结合的低聚 体, 由APN促使其运动到脂筏, Cry结构域Ⅰ在脂筏区插
入膜内, 进而诱导孔的形成，导致膜完整性的破，引起 离子渗漏，水随之进入细胞，细胞因膨胀而解体、死 亡。四聚体与毒素单体不同，能够在膜上形成稳定的 孔道。这一理论解释了APN作为重要的功能性受体却与 单一Cry1A毒素亲和力低的原因。
症状：试虫失去运动能力，不停颤抖，呕吐，停止取食，死亡。
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1. Bt杀虫晶体蛋白（Isecticidal Crystal Proteins，ICPs）
杀虫晶体蛋白是由苏云金芽胞杆菌( Bacillus thuringiensis ，Bt)所产生的毒素。
毒蛋白主要有7种：α-外毒素、β-外毒素、γ-外毒
片段。毒力片段主要结构是α-螺旋，对于跨膜通道的形成
及毒效可能起着重要作用。
细胞结合片段由C端的保守区和中间的可变区组成，主
要结构是β-片层，负责毒素与靶标昆虫受体的结合，从
而决定了毒素的选择性。
中肠wenku.baidu.com液的组成直接影响到δ-内毒素的降解活化, 对
δ-内毒素作用的专一性起着医学课重件ppt要作用。
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苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt），产品已达60余种， 是世界上产量最大、应用最广泛的微生物杀虫剂。
基本作用机理
Bt的杀虫活性主要是其产生的杀虫蛋白晶体在起作用。杀虫 蛋 白 晶 体 ， 也 叫 原 毒 素 （ protoxin ） ， 是 由 多 个 杀 虫 晶 体 蛋 白 （insecticidal crystal proteins,ICPs）或δ-内毒素（δ-endotoxin） 或Cry（晶体）蛋白的亚单位组成。昆虫摄食该毒蛋白后，在中肠 的高pH环境和蛋白酶的作用下，毒蛋白晶体溶解并被激活，引起 试虫中肠膜上皮细胞裂解。
鳞翅目昆虫中肠Bt毒素受体蛋白主要为中肠的刷状 缘膜囊泡(BBMV)的氨肽酶 N (aminopeptidase N， APN)、类钙粘蛋白CLP(cadherin-like)以及碱性磷酸酶。
此外鞘糖脂也是一种迄今未知的无脊椎动物Bt毒素 的普遍受体。
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3. 杀虫晶体蛋白的作用机理
δ-内毒素的作用过程要经溶解、酶解活化、与受体
素、δ-内毒素、不稳定外毒素、水溶性毒素、鼠因子
外毒素。-内毒素是在形成芽孢的同时形成的蛋白质晶 体，位于芽孢之旁，所以又称伴孢晶体毒素，是主要 的杀虫晶体蛋白，这种晶体蛋白只是一种前毒素 (Pretoxin)，经过激活，即消化成分子量为1000～ 70000的片段，才起毒素作用。
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对β-外毒素的深入研究表明，其作用机制 主要是抑制依赖DNA的RNA聚合酶，从而抑制了 RNA的合成。从这种毒素的作用机理来看，估计对 哺乳动物是有害的，因而使用需慎重。现在欧美 供实用的苏云金芽泡杆菌制剂是不产生β-外毒素 的变种，但苏联的制剂中含有β-外毒素。
1996年，吴文君等首次提出了消化毒剂的概念，把主要作 用于昆虫消化系统，即主要以消化系统为初始靶标的杀虫剂为 消化毒剂。
破坏中肠 两类靶标
影响消化酶系
中肠组织破坏剂 消化抑制剂。
主要种类： Bt内毒素 植物源次生代谢物如二氢沉香呋喃类化合物等。
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一、 Bt内毒素
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1. Bt杀虫晶体蛋白（ICPs）
晶体蛋白有130多种，按照杀虫范围和寄主同源型
又可分为两大类群，即Cry （广谱性）蛋白和Cyt（双 翅目、活体活性低）蛋白，同时还发现一种营养期杀
虫蛋白（VIPs），活性与专一性同Cry。
Cry分为四大类（根据杀虫谱）：
CryI（鳞翅目）；CryII(鳞翅目和双翅目)
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孔有关；
结构域Ⅱ由三组β-折叠片层组成，可能参与了毒
素与膜受体蛋白的识别和结合； 结构域Ⅲ位于毒素分子C-端，可能阻止昆虫肠道蛋 白酶对毒性肽分子的进一步降解。
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2. Bt毒素受体蛋白
晶体蛋白的毒性与受体蛋白和晶体蛋白结合的能力 呈正相关，膜受体蛋白是毒蛋白专一性的决定因子。
CryIII（鞘翅目）；CryIV(双翅目)。
通常一种毒素只能杀死某一目的部分易感昆虫， 对有益生物和脊椎动物安全。
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1. Bt杀虫晶体蛋白（Isecticidal Crystal Proteins，ICPs）
完整的毒蛋白一般由三个结构域组成。
结构域Ⅰ由一个α-螺旋束组成，可能与细胞膜穿
结合、插入、孔洞或离子通道形成等五个环节。
昆虫取食孢子和毒素
毒素被蛋白酶活化
毒素与膜受体结合 医学课件毒ppt 素造成膜穿孔使细胞裂解 10
3 杀虫晶体蛋白的作用机理
毒素的溶解 晶体蛋白可以溶解于pH >12或pH >9.5并加有巯 基试剂的碱性溶液中。中肠内环境诸如pH值、还原电
势、去垢性、体积等都可能影响δ-内毒素在昆虫体
内的溶解性。鳞翅目幼虫的中肠pH值一般都较高，呈
碱性, 对δ-内毒素的溶解很有利。
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3 杀虫晶体蛋白的作用机理
毒素的活化 溶解的晶体蛋白被中肠蛋白酶水解，由
130kD左右的前毒素，打开二硫键，释放出N端的70kD左右
的抗酶多肽活力片段。
活力片段至少由两部分组成, 即毒力片段和细胞结合
3 杀虫晶体蛋白的作用机理
毒素的活化
毒蛋白的活化过程
碱性环境
被昆虫取食的晶体蛋白
在中肠被溶解
被中肠蛋白酶消化活化
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3 杀虫晶体蛋白的作用新模型
毒素与受体蛋白的结合 毒素被活化以后首先是通 过结构域Ⅱ与上皮细胞膜上的受体蛋白发生专一性结 合。结合分为两步，第一步与CLP受体的初始结合 (Initial Binding)，同时被BBMV上的蛋白酶进一步水解 去除大约3Kd的a1螺旋，聚集成四聚体结构；低聚体与 APN结合即二次受体结合,在APN 受体的帮助下,毒素低 聚体在细胞膜脂质筏区域上聚集,此时的毒素与受体难 以发生解离,故为不可逆性结合( Irreversible Binding)。
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3 杀虫晶体蛋白的作用新模型
插入及孔洞或离子通道的形成 与受体结合的低聚 体, 由APN促使其运动到脂筏, Cry结构域Ⅰ在脂筏区插
入膜内, 进而诱导孔的形成，导致膜完整性的破，引起 离子渗漏，水随之进入细胞，细胞因膨胀而解体、死 亡。四聚体与毒素单体不同，能够在膜上形成稳定的 孔道。这一理论解释了APN作为重要的功能性受体却与 单一Cry1A毒素亲和力低的原因。
症状：试虫失去运动能力，不停颤抖，呕吐，停止取食，死亡。
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1. Bt杀虫晶体蛋白（Isecticidal Crystal Proteins，ICPs）
杀虫晶体蛋白是由苏云金芽胞杆菌( Bacillus thuringiensis ，Bt)所产生的毒素。
毒蛋白主要有7种：α-外毒素、β-外毒素、γ-外毒
片段。毒力片段主要结构是α-螺旋，对于跨膜通道的形成
及毒效可能起着重要作用。
细胞结合片段由C端的保守区和中间的可变区组成，主
要结构是β-片层，负责毒素与靶标昆虫受体的结合，从
而决定了毒素的选择性。
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基本作用机理
Bt的杀虫活性主要是其产生的杀虫蛋白晶体在起作用。杀虫 蛋 白 晶 体 ， 也 叫 原 毒 素 （ protoxin ） ， 是 由 多 个 杀 虫 晶 体 蛋 白 （insecticidal crystal proteins,ICPs）或δ-内毒素（δ-endotoxin） 或Cry（晶体）蛋白的亚单位组成。昆虫摄食该毒蛋白后，在中肠 的高pH环境和蛋白酶的作用下，毒蛋白晶体溶解并被激活，引起 试虫中肠膜上皮细胞裂解。
鳞翅目昆虫中肠Bt毒素受体蛋白主要为中肠的刷状 缘膜囊泡(BBMV)的氨肽酶 N (aminopeptidase N， APN)、类钙粘蛋白CLP(cadherin-like)以及碱性磷酸酶。
此外鞘糖脂也是一种迄今未知的无脊椎动物Bt毒素 的普遍受体。
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3. 杀虫晶体蛋白的作用机理
δ-内毒素的作用过程要经溶解、酶解活化、与受体
素、δ-内毒素、不稳定外毒素、水溶性毒素、鼠因子
外毒素。-内毒素是在形成芽孢的同时形成的蛋白质晶 体，位于芽孢之旁，所以又称伴孢晶体毒素，是主要 的杀虫晶体蛋白，这种晶体蛋白只是一种前毒素 (Pretoxin)，经过激活，即消化成分子量为1000～ 70000的片段，才起毒素作用。
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对β-外毒素的深入研究表明，其作用机制 主要是抑制依赖DNA的RNA聚合酶，从而抑制了 RNA的合成。从这种毒素的作用机理来看，估计对 哺乳动物是有害的，因而使用需慎重。现在欧美 供实用的苏云金芽泡杆菌制剂是不产生β-外毒素 的变种，但苏联的制剂中含有β-外毒素。