Lizocimas: imuninės sistemos fermentas — apibrėžimas ir veikimo mechanizmas
Lizocimas: sužinokite, kaip šis imuninės sistemos fermentas naikina bakterijas, jo struktūra, veikimo mechanizmas ir biologinė reikšmė.
Lizocimai yra įgimtos imuninės sistemos dalis – tai maži, cheminę bakterijų sienelę skaidantys fermentai (glikozidazės), plačiai paplitę organizmo sekretuose ir lemiantys pirmąją apsaugą nuo mikroorganizmų. Lizocimai aptinkami gleivių išskyrose, pavyzdžiui, seilėse, ašarose, piene ir kitose sekretuojamose skysčiuose, taip pat kai kuriose ląstelėse – makrofagų ir granuliocitų neutrofilų citoplazminėse granulėse. Jie saugo nuo infekcijų, nes suardo bakterijų, virusų bei grybelių paviršines struktūras arba padeda jas neutralizuoti, kad imuninės ląstelės lengviau jas pašalintų.
Istorija ir pavadinimas
Pavadinimą „lizocimas“ 1922 m. sugalvojo Aleksandras Flemingas (1881–1955), atradęs ir kitus antimikrobinius reiškinius (pvz., peniciliną). Flemingas pirmą kartą pastebėjo antibakterinį lizocimo poveikį, kai bakterijų kultūras apdorojo peršalimo ligomis sergančio paciento nosies gleivėmis – tai paskatino tolimesnius lizocimo tyrimus.
Kur randamas ir kas jį gamina
Lizocimas randamas įvairiose organizmo vietose ir skysčiuose: seilėse, ašarose, burnos, kvėpavimo takų ir žarnyno gleivėse, motinos piene bei kiaušinio baltyme. Jį sintetina ne tik sekrecines liaukos, bet ir imuninės ląstelės (pvz., minėti makrofagai ir neutrofilai), taip pat specifinės žarnyno ląstelės (Paneth ląstelės). Dėl plataus pasiskirstymo lizocimas atlieka svarbų barjero ir reguliavimo vaidmenį antimikrobinių mechanizmų komplekse.
Veikimo mechanizmas
Lizocimas yra glicozidazės tipo fermentas (EC 3.2.1.17), kuris hidrolizuoja β-(1,4)-glikozidinius ryšius tarp peptidoglikano komponentų – tarp N-acetilmuramo rūgšties ir N-acetilglukozamino bakterijų ląstelių sienelėje. Dėl šio skaidymo susilpnėja ląstelių siena ir gramteigiamos bakterijos dažnai urchiui plyšta dėl osmosinio streso, todėl lizocimas ypač efektyvus prieš gramteigiamas rūšis (pvz., Bacillus, Streptococcus). Gramneigiamas bakterijas saugo išorinė membrana, todėl lizocimo poveikis joms yra ribotas nebent membrana pažeidžiama kitų veiksnių (pvz., chelatuojančių reagentų, komplemento, kitų antimikrobinių baltymų).
Klasiškame lizocimo mechanizmo aprašyme (ypač vištos kiaušinio baltymo lizocimo modelyje) svarbūs du aktyvūs residuai: Glu (glutamo rūgštis) veikia kaip protolizės rūgštis/šarminis katalizatorius, o Asp (aspartatas) stabilizuoja tarpinę būseną. Šie ir kiti aminorūgščių liekanų sąveikos tinklai pavertė lizocimą vienu geriausiai ištirtų fermentų katalizės modelių.
Struktūra ir reikšmė mokslui
Lizocimas buvo viena iš pirmųjų baltymų, kurių struktūra buvo ištirta rentgeno spindulių difrakcijos metodu, o vėliau tapo pirmuoju fermentu, kurio veikimo mechanizmas buvo detaliai aprašytas. Dėl palyginti mažo dydžio (dažniausiai ~14 kDa, priklausomai nuo rūšies) ir stabilios struktūros, lizocimas tapo modeliniu baltymu baltymų struktūros, fermentinės katalizės ir baltymų sintezės tyrimuose. Kai kurie lizocimo variantai turi visus dvidešimt įprastų aminorūgščių, o jo seka ir erdvės konformacija padėjo suprasti, kaip fermentai savo fizinėmis struktūromis pagreitina chemines reakcijas.
Klinikinė ir praktinė reikšmė
- Natūrali apsauga: lizocimas prisideda prie gleivinių ir odos apsaugos, mažina mikroorganizmų prisitvirtinimą ir dauginimąsi.
- Sinergija su kitomis gynybinėmis molekulėmis: veikia kartu su komplementu, laktotransferinu (lactoferrin) ir imunoglobulinais, sustiprina bendrą antimikrobinį poveikį.
- Biotechnologijos ir pramonė: lizocimas naudojamas kaip natūralus antimikrobinis priedas maisto produkcijose, biomedicinoje ir kaip modelinis fermentas struktūrinių tyrimų bei vaistų kūrimo srityje.
- Tyrimai ir diagnostika: lizocimas – dažnas pasirinkimas studijuojant fermentų kinetiką, baltymų inžineriją ir antimikrobinių strategijų efektyvumą.
Ribotumai ir atsparumas
Nors lizocimas yra universalus ir plačiai paplitęs, jo poveikis skiriasi priklausomai nuo mikroorganizmo rūšies ir aplinkos sąlygų. Gramneigiamų bakterijų išorinė membrana gali apsaugoti nuo tiesioginio lysozimo skaidymo; be to, kai kurios bakterijos modifikuoja savo peptidoglikaną arba gamina inhibitorių baltymus, mažinančius lizocimo efektyvumą.
Apibendrinant, lizocimas yra paplitęs ir evoliuciškai išsaugotas antimikrobinis fermentas, svarbus tiek natūraliai imuninei apsaugai, tiek moksliniams ir pramoniniams taikymams. Jo paprasta struktūra ir aiškus katalizinis mechanizmas padarė lizocimą kertiniu modeliu enzymologijoje ir baltymų chemijoje.
Susiję puslapiai
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra lizocimas?
A: Lizocimas yra fermentas, priklausantis įgimtai imuninei sistemai. Jo yra gleivių išskyrose, pavyzdžiui, seilėse, ir jis padeda apsisaugoti nuo infekcijų skaidydamas bakterijas, virusus ir grybelius.
K: Kas sukūrė terminą "lizocimas"?
A: Terminą "lizocimas" 1922 m. sugalvojo Aleksandras Flemingas (1881-1955), penicilino išradėjas.
K: Kur galima rasti lizocimo?
A: Lizocimo yra daugelyje išskyrų, įskaitant ašaras, seiles, pieną ir gleives. Jo taip pat randama makrofagų ir granuliocitų neutrofilų citoplazminėse granulėse.
K: Kaip veikia lizocimas?
A: Lizocimas veikia veikdamas bakterijų ląstelių sienelių polimerus, ypač gramteigiamų bakterijų, tokių kaip Bacillus ir Streptococcus, ląstelių sieneles.
K: Kokia buvo pirmoji baltymų struktūra, išspręsta rentgeno spindulių difrakcijos metodu?
A: Lizocimas buvo pirmoji baltymų struktūra, išspręsta rentgeno spindulių difrakcijos metodu.
K: Ar tai buvo pirmasis fermentas, kurio seka buvo nustatyta?
A: Taip, tai taip pat buvo pirmasis fermentas, kurio seka nustatė visas dvidešimt įprastų aminorūgščių.
K.: Kur nuvedė šis darbas?
A: Šis darbas padėjo paaiškinti, kaip fermentai dėl savo fizinės struktūros pagreitina chemines reakcijas.
Ieškoti