ХЕМОЛИЗИН: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ, МЕХАНИЗМИ ДЕЛОВАЊА - БИОЛОГИЈА - 2025

Хемолизина је мали протеин који узрок поре у ћелији еритроцита и неких других сопствених крвних ћелија сисара мембране. Опште се синтетишу и излучују патогене бактерије.

Овај протеин је један од најчешћих микробних токсина и онај који је најбоље проучен. Понекад то може изазвати хемолитичку анемију, јер број канала кроз које излази ћелија из унутрашњости може чак изазвати лизу ћелије.

Молекуларна структура хемолизина (Извор: Јавахар Сваминатхан и особље МСД-а у Европском институту за биоинформатику путем Викимедиа Цоммонса)

Генерално, хемолизин је типичан токсин Стрептоцоццус врста цревног тракта. Његова функција омогућава бактеријама да разбију епителну баријеру цревног тракта и на тај начин се крећу крвотоком како би колонизовали друга ткива.

Најчешћи облик хемолизина који се налази у природи је у облику α-хемолизина. Овај протеин је један од најважнијих фактора вируленције већине сојева Есцхерицхиа цоли и неких клостридија.

Већина инфекција мокраћних путева узрокована је сојевима Есцхерицхиа цоли који производе α-хемолизин са хемолитичким карактеристикама.

Производња хемолизина и бактериоцина у бактеријским сојевима повезана је са механизмом конкуренције против других врста и чини се да производња оба токсина зависи од истих генетских одредница у геному бактерија.

карактеристике

Хемолизин се састоји од седам подјединица, а ген који га кодира има седам промотора. Ових седам подјединица се убацују у плазма мембрану циљних ћелија и када се споје, формирају јонски канал кроз који метаболити из унутрашњости ћелије излазе.

Хемолизин је ван-ћелијски цитотоксин зависан од калцијума (Ца + 2) који делује на плазма мембрану ћелија у крвотоку. Поре које ствара у мембрани су такође хидрофилне и узрокују да вода уђе у унутрашњост ћелије, што може довести до лизе.

Хемолизини су типични протеински производи грам-негативних бактерија и сви имају две карактеристике:

1- Присуство врло малог пептида (нонапептида) који се састоји од понављања аминокиселина глицина и аспарагинске киселине. Ненапептиди хемолизина налазе се у близини Ц-терминалног дела примарне структуре протеина.

2- Сви хемолизини излучују бактерије у ванћелијску околину путем транспортера типа АБЦ (касета за везање АТП-а).

Производња хемолизина се обично открива у бактеријским сојевима кроз раст у агарима у крви. У тесту је примећен хемолитички хало, продукт распада црвених крвних зрнаца у близини бактеријских колонија.

Врсте

Постоји неколико различитих врста хемолизина, који су класификовани грчким словом на почетку имена. Најчешће проучавани су α, β и γ хемолизини, а све производи сој Стапхилоцоццус ауреус.

Врсте хемолизина се класификују према распону ћелија које нападају и према њиховој примарној структури протеина.

α-хемолизин

Овај протеин је типичан за сојеве Стапхилоцоццус ауреус и Есцхерицхиа цоли; напада неутрофиле, црвена крвна зрнца, лимфоците, макрофаге, одрасле и ембрионалне фибробласте. Интеракција је с поларним главицама липида плазма мембране ових ћелија како би се интернализовао хидрофобни реп величине око 5 А унутар мембране.

β-хемолизин

Произведен од Стапхилоцоццус ауреус у мањем обиму од α-хемолизина, β-хемолизин првенствено напада црвена крвна зрнца и улази у мембрану искључиво кроз домене ћелијске мембране богате сфингомијелином.

γ-хемолизин

Такође је виђена и код Стапхилоцоццус ауреус. Класификован је као хемолитички протеин и леукотоксин истовремено, јер утиче на полиморфонуклеарне ћелије људи, моноците, макрофаге и, ретко, чак и црвена крвна зрнца.

Ова врста γ-хемолизина је једна од најмањих карактеристика, стога је велики део њеног механизма деловања непознат и није испитиван ин виво.

Механизми деловања

Механизам деловања који је релативно јасно разјашњен је механизам α-хемолизина. Међутим, пошто су сви хемолитични протеини, сматра се да је већина процеса заједничка свим хемолизинима.

Научници предлажу да бактерије да излучују хемолизин у околиш морају бити у микроокољу сиромашном хранљивим материјама, па би то био механизам који покреће ћелију да уништи циљне ћелије и добије њихове хранљиве материје.

Механизам је описан у три корака: везивање ћелијске мембране, убацивање и олигомеризација.

Мембранска веза

Откривено је да хемолизини могу да се везују за неутрофилне интегине, а у еритроцитима се показало да се ови протеини везују на гликозилиране компоненте као што су гликопротеини, ганглиозиди и гликофорини ћелијске мембране.

Неки аутори предлажу да присуство рецептора у мембрани није од суштинске важности за везивање хемолизина. У сваком случају, механизам ћелијског поновног једења протеина још није познат са прецизношћу.

Трансмембранске поре настале протеином хемолизина Стапхилоцоццус (Извор: Аутори депозиције: Сонг, Л., Хобаугх, М., Схустак, Ц., Цхелеи, С., Баилеи, Х., Гоуаук, ЈЕ; аутор визуализације: Корисник: Астројан преко Викимедиа Цоммонс-а)

Интеракција са мембраном одвија се у два корака:

- Почетно везивање (реверзибилно): када се хемолизин веже на домене које вежу калцијум. Овај се корак догађа на површини и врло је подложан електростатичком пражњењу.

- Неповратни спој: спаја домене аминокиселина са липидним компонентама спољњег слоја плазма мембране циљне ћелије, како би се формирале физичке везе између хидрофобних једињења мембране.

Убацивање токсина у мембрану

Α-Хемолизин убацује остатке 177 и 411 у први липидни слој. У ванћелијском окружењу хемолизин је повезан са јонима калцијума, који индукују структурни распоред у њему и доприносе његовој активацији.

Ово уметање учвршћује неповратно везивање ћелијске мембране. Једном када се догоди аранжман, хемолизин постаје интегрални протеин јер је експериментално показано да је једини начин да се он извади из мембране помоћу детерџената као што је Тритон Кс-100.

Олигомеризација

Када је сав хемолизин убачен у плазма мембрану циљних ћелија, долази до олигомеризације 7 подјединица које чине, што се завршава формирањем протеинских пора, високо динамичних, али зависних од липидног састава мембране.

Примећено је да процес олигомеризације погодује микродоменама или липидним сплавовима ћелијске мембране. Ове регије можда не фаворизују везивање протеина, али фаворизују олигомеризацију истог једном када се убаци.

Што се више хемолизина везује за мембрану, то ће се формирати више пора. Поред тога, хемолизини могу олигомеризирати један другога (суседни) и формирати много веће канале.

Референце

1. Бакас, Л., Остолаза, Х., Ваз, ВЛ, & Гони, ФМ (1996). Реверзибилна адсорпција и нереверзибилно убацивање алфа-хемолизина Есцхерицхиа цоли у липидне двослојеве. Биофизички часопис, 71 (4), 1869-1876.
2. Далла Серра, М., Цораиола, М., Виеро, Г., Цомаи, М., Потрицх, Ц., Феррерас, М.,… & Превост, Г. (2005). Двокомпонентни γ-хемолизини Стапхилоцоццус ауреус, ХлгА, ХлгБ и ХлгЦ, могу да формирају мешане поре које садрже све компоненте. Часопис за хемијске информације и моделирање, 45 (6), 1539-1545.
3. Гов, ЈА, и Робинсон, Ј. (1969). Својства прочишћеног стафилококног β-хемолизина. Јоурнал оф бактериологи, 97 (3), 1026-1032.
4. Ике, И., Хасхимото, Х., Цлевелл, ДБ (1984). Хемолизин подврсте Стрептоцоццус фаецалис зимогени доприноси вируленцији код мишева. Инфекција и имунитет, 45 (2), 528-530.
5. Ремингтон, ЈС, Клеин, ЈО, Вилсон, ЦБ, Низет, В. и Малдонадо, ИА (ур.). (1976). Заразне болести фетуса и новорођенчади (Вол. 4). Филаделфија: Саундерс.
6. Тодд, ЕВ (1932). Антигени стрептококни хемолизин. Часопис за експерименталну медицину, 55 (2), 267-280.