Presence and partial characterisation of a major proteolytic enzyme in the larval gut of Callosobruchus maculatus

AbstractProtease activity in the gut of larvae of the bruchid beetle, Callosobruchus maculatus (a storage pest of cowpea seeds), has been investigated to help clarify nutritional mechanisms in view of reports that these insects carry out little or no proteolysis (Applebaum, 1964). Larval gut homogenates showed protease activity against a variety of different protein substrates, bud did not hydrolyse a synthetic trypsin substrate. The proteolytic activity had a pH optimum of 5.4. It was not inhibited by serine protease inhibitors, but was inhibited by reagents reactive against ‐SH groups. Protein trypsin inhibitors from legume seeds which are not hosts to C. maculatus (soybean, limabean) were not effective inhibitors of the larval proteolytic activity but a cowpea protease inhibitor preparation and aprotinin partially inhibited proteolysis. The latter two inhibitors also inhibited the plant thiol protease papain. It is suggested that C. maculatus has replaced the ‘normal’ insect proteases with an enzyme similar to plant proteases to evade the antimetabolic effects of trypsin/chymotrypsin inhibitors in seeds. Besides trypsin/chymotrypsin inhibitors, cowpea seeds also contain proteins which inhibit papain; these inhibitors were purified and were shown to be effective inhibitors of C. maculatus larval protease.RésuméMise en évidence et caractérisation partielle d'une enzyme protéolytique importante du tube digestif des larves de Callosobruchus maculatusCallosobruchus maculatus attaque les graines stockées particulièrement de Vigna unguiculata. L'activité protéolytique du tube digestif des larves a été examinée. Aucune hydrolyse n'a été observée contre la N‐benzoyl arginine p‐nitroanilide (substrat de la trypsine synthétique), mais la protéolyse a été mise en évidence en utilisant la viciline de V. unguiculata comme substrat naturel ou la myoglobine comme substrat artificiel, le p.H optimum est de 5,4. Les inhibiteurs chimiques des protéases de la sérine n'ont pas altéré l'activité enzymatique, mais les réactifs du groupe SH l'ont inhibée. Nous suggérons que cette protéase est une thiol protéase, c'est à dire avec un groupe actif semblable à celui de la papaïne, protéase végétale. En accord avec cette hypothèse, les inhibiteurs de protéine efficaces seulement contre la trypsine, c'est à dire les inhibiteurs de la trypsine de Glycine max et de la trypsine de Phaseolus lunatus n'affectent pas cette protéase larvaire, tandis que les protéines avec une faible action inhibitrice contre la papaïne (préparation inhibitrice de la protéase de V. unguiculata, aprotinine) inhibent partiellement la protéolyse par des extraits de tube digestif larvaire.Des inhibiteurs protéiques de papaïne extraits de graines de V. unguiculata sont des inhibiteurs très efficaces de la protéase larvaire. On peut penser que C. maculatus contient une protéase semblable aux protéases végétales, plutôt qu'aux protéases classiques, d'insectes, ce qui permet d'éviter les effets antimétaboliques directs des inhibiteurs de protéase (inhibiteurs de trypsine et de chymotrypsine) trouvés en quantité relativement importantes dans les graines de légumineuses.