ГЕМОЛІЗИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДИ, МЕХАНІЗМИ ДІЇ - БІОЛОГІЯ

Гемолизина невеликий білок, тому що пори в клітинах еритроцитів і деяких інших власних клітин крові ссавців мембрани. Він, як правило, синтезується і виводиться патогенними бактеріями.

Цей білок - один з найпоширеніших токсинів мікробів і той, який найкраще вивчений. Іноді це може спричинити гемолітичну анемію, оскільки кількість каналів, через які надходить клітинна клітина, може навіть викликати лізис клітин.

Молекулярна структура гемолізину (Джерело: Джавахар Свамінанатан та співробітники MSD в Європейському інституті біоінформатики через Wikimedia Commons)

Як правило, гемолізин - типовий токсин видів стрептококів кишкового тракту. Його функція дозволяє бактеріям порушити епітеліальний бар’єр кишкового тракту і, таким чином, переміщатися по крові, щоб колонізувати інші тканини.

Найпоширеніша форма, яку гемолізин зустрічається в природі, - це його форма α-гемолізин. Цей білок є одним з найважливіших факторів вірулентності більшості штамів Escherichia coli та деяких клостридій.

Більшість інфекцій сечовивідних шляхів викликаються штамами Escherichia coli, які продукують α-гемолізин з гемолітичними характеристиками.

Виробництво гемолізину та бактеріоцину в бактеріальних штамах пов'язане з механізмом конкуренції проти інших видів, і виробництво обох токсинів, як видається, залежить від однакових генетичних детермінант у геномі бактерій.

характеристики

Гемолізин складається з семи субодиниць, а ген, який кодує його, має сім промоторів. Ці сім субодиниць вставляють у плазматичну мембрану клітин-мішеней і, збираючись разом, утворюють іонний канал, по якому метаболіти з внутрішньої частини клітини виходять.

Гемолізин - це позаклітинний цитотоксин, залежний від кальцію (Са + 2), який діє на плазматичну мембрану клітин у крові. Пори, які він створює в мембрані, також є гідрофільними і викликають потрапляння води в нутро клітини, що може призвести до лізису.

Гемолізини - типові білкові продукти грамнегативних бактерій, і всі вони мають дві характеристики:

1- Присутність дуже малого пептиду (неапептиду), що складається з повторів амінокислот гліцину та аспарагінової кислоти. Ненапептиди гемолізину розташовані поблизу С-кінцевої частини первинної структури білка.

2- Усі гемолізини виділяються бактеріями в позаклітинне середовище через транспортер типу ABC (касета, що зв'язує АТФ).

Виробництво гемолізину зазвичай виявляється у бактеріальних штамах через ріст у середовищі агару крові. У тесті спостерігається гемолітичний ореол, продукт розпаду еритроцитів поблизу бактеріальних колоній.

Типи

Існує кілька різних типів гемолізинів, їх класифікують з грецької літери на початку їх імені. Найбільш вивченими та поширеними є гемолізини α, β та γ, усі вони продукуються штамом золотистого стафілокока.

Типи гемолізину класифікуються за діапазоном клітин, на які вони атакують, та за їх основною структурою білка.

α-гемолізин

Цей білок типовий для золотистого стафілокока та штамів кишкової палички; він атакує нейтрофіли, еритроцити, лімфоцити, макрофаги, фібробласти дорослих та ембріона. Він взаємодіє з полярними головками ліпідів плазматичної мембрани цих клітин, щоб інтерналізувати гідрофобний хвіст приблизно 5 Ӑ всередині мембрани.

β-гемолізин

Вироблений золотистим стафілококом у меншій мірі, ніж α-гемолізин, β-гемолізин переважно атакує еритроцити і потрапляє в мембрану виключно через багаті сфінгомієліном домени клітинної мембрани.

γ-гемолізин

Це було також помічено у золотистому стафілококу. Його класифікують одночасно як гемолітичний білок та лейкотоксин, оскільки він впливає на поліморфноядерні клітини людини, моноцити, макрофаги та, рідше, навіть еритроцити.

Цей тип γ-гемолізину є одним з найменш характеризуваних, тому значна частина його механізму дії невідома, і він не досліджувався in vivo.

Механізми дій

Відносно чітко з'ясований механізм дії - це α-гемолізин. Однак, оскільки всі вони є гемолітичними білками, вважається, що більшість процесів є спільними для всіх гемолізинів.

Вчені припускають, що для бактерій, що виділяють гемолізин у навколишнє середовище, вони повинні знаходитись у бідному поживних середовищах мікросередовищі, тому це був би механізм, який запускає клітину знищувати клітини-мішені та отримувати їх поживні речовини.

Механізм був описаний у три етапи: зв'язування клітинної мембрани, введення та олігомеризація.

Мембранний зв’язок

Було виявлено, що гемолізини здатні зв'язуватися з нейтрофільними інтегринами, а в еритроцитах показано, що ці білки зв'язуються з глікозильованими компонентами, такими як глікопротеїни, гангліозиди та глікофорини клітинної мембрани.

Деякі автори припускають, що присутність рецепторів в мембрані не має істотного значення для того, щоб відбуватися зв'язування гемолізинів. У будь-якому випадку механізм клітинного повторного поїдання білка ще не відомий з точністю.

Трансмембранні пори, утворені гемолізином білка Staphylococcus (Джерело: Автори осадження: Сонг, Л., Гобо, М., Шустак, К., Челі, С., Бейлі, Х., Гоу, ЖЕ; автор візуалізації: Користувач: Astrojan через Wikimedia Commons)

Взаємодія з мембраною відбувається в два етапи:

- Початкове зв'язування (оборотне): коли гемолізин зв'язується з кальцієво-зв'язуючими доменами мембрани. Цей крок відбувається на поверхні і дуже сприйнятливий до електростатичного розряду.

- Незворотний з’єднання: з'єднує домени амінокислот з ліпідними компонентами зовнішнього шару плазматичної мембрани клітин-мішеней з метою утворення фізичних зв’язків між гідрофобними сполуками мембрани.

Введення токсину в мембрану

Α-Гемолізин вставляє залишки 177 та 411 у перший ліпідний моношар. У позаклітинному середовищі гемолізин пов'язаний з іонами кальцію, які індукують в ньому структурну структуру і сприяють його активації.

Ця вставка консолідує необоротне прикріплення до клітинної мембрани. Після того, як це відбувається, гемолізин стає невід'ємним білком, оскільки експериментально було показано, що єдиний спосіб витягти його з мембрани - це за допомогою миючих засобів, таких як Тритон Х-100.

Олігомеризація

Коли весь гемолізин був введений у плазматичну мембрану клітин-мішеней, відбувається олігомеризація 7 субодиниць, що складають його, що закінчується утворенням білкової пори, дуже динамічної, але залежною від ліпідного складу мембрани.

Помічено, що процес олігомеризації сприяє мікродоменам або ліпідним плотам клітинної мембрани. Ці регіони можуть не сприяти зв'язуванню білка, але вони сприяють олігомеризації того ж, коли він вставлений.

Чим більше гемолізинів зв’язується з мембраною, тим більше пор утворюється. Крім того, гемолізини можуть олігомеризувати один одного (сусідні) та утворювати набагато більші канали.

Список літератури

Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Оборотна адсорбція та незворотна вставка альфа-гемолізину Escherichia coli в ліпідні шари. Біофізичний журнал, 71 (4), 1869-1876.
Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Двокомпонентний γ-гемолізини стафілокока aureus, HlgA, HlgB та HlgC можуть утворювати змішані пори, що містять усі компоненти. Журнал хімічної інформації та моделювання, 45 (6), 1539-1545.
Гоу, Дж. Дж. Та Робінсон, Дж. (1969). Властивості очищеного стафілококового β-гемолізину. Журнал бактеріології, 97 (3), 1026-1032.
Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Гемолізин підвиду Streptococcus faecalis zymogenes сприяє вірулентності у мишей. Інфекція та імунітет, 45 (2), 528-530.
Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V., & Maldonado, YA (ред.). (1976). Інфекційні захворювання плода та новонародженої дитини (т. 4). Філадельфія: Сондерс.
Тодд, Е. В. (1932). Антигенний стрептококовий гемолізин. Журнал експериментальної медицини, 55 (2), 267-280.

ГЕМОЛІЗИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДИ, МЕХАНІЗМИ ДІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025