HEMOLIZIN: KARAKTERISTIKE, VRSTE, MEHANIZMI DJELOVANJA - BIOLOGIJA - 2026

Hemolizina je mali protein koji je uzrok pore u ćeliji eritrocita i nekih drugih vlastitih krvnih stanica sisavaca membrane. Općenito se sintetizira i izlučuje patogenih bakterija.

Ovaj protein je jedan od najčešćih mikrobnih toksina i onaj koji je najbolje proučen. Ponekad to može uzrokovati hemolitičku anemiju, jer broj kanala kroz koje izlazi unutrašnjost stanice može čak uzrokovati lizu stanica.

Molekularna struktura hemolizina (Izvor: Jawahar Swaminathan i osoblje MSD-a iz Europskog instituta za bioinformatiku putem Wikimedia Commonsa)

Općenito, hemolizin je tipičan toksin Streptococcus vrsta crijevnog trakta. Njegova funkcija omogućuje bakterijama da razbiju epitelnu barijeru crijevnog trakta i tako se kreću krvotokom kako bi kolonizirala druga tkiva.

Najčešći oblik koji se hemolizin nalazi u prirodi je u obliku α-hemolizina. Ovaj protein je jedan od najvažnijih faktora virulencije većine sojeva Escherichia coli i nekih klostridija.

Većina infekcija mokraćnog sustava uzrokovana je sojevima Escherichia coli koji stvaraju α-hemolizin s hemolitičkim karakteristikama.

Proizvodnja hemolizina i bakteriocina u bakterijskim sojevima povezana je s mehanizmom natjecanja protiv drugih vrsta, a čini se da proizvodnja oba toksina ovisi o istim genetskim odrednicama u genomu bakterija.

karakteristike

Hemolizin se sastoji od sedam podjedinica, a gen koji ga kodira ima sedam promotora. Ovih sedam podjedinica ubacuju se u plazma membranu ciljanih stanica i kada se spoje, tvore ionski kanal kroz koji metaboliti iz unutrašnjosti stanice bježe.

Hemolizin je citotoksin ovisan o kalcijem (Ca + 2) koji djeluje na plazma membranu stanica u krvotoku. Pore ​​koje stvara u membrani su također hidrofilne i uzrokuju da voda ulazi u unutrašnjost stanice, što može dovesti do lize.

Hemolizini su tipični proteinski proizvodi gram-negativnih bakterija i svi imaju dvije karakteristike:

1- Prisutnost vrlo malog peptida (nonapeptida) koji se sastoji od ponavljanja aminokiselina glicina i asparaginske kiseline. Nenapeptidi hemolizina nalaze se u blizini C-terminalnog dijela primarne strukture proteina.

2- Svi hemolizini izlučuju se bakterijama u izvanstanično okruženje putem transportera tipa ABC (kaseta za vezanje ATP-a).

Proizvodnja hemolizina obično se otkriva u bakterijskim sojevima rastom medija u krvnom agaru. U testu se opaža hemolitički halo, produkt raspada crvenih krvnih zrnaca u blizini bakterijskih kolonija.

vrste

Postoji nekoliko različitih vrsta hemolizina, koji su klasificirani grčkim slovom na početku imena. Najviše proučavani i najčešći su α, β i γ hemolizini, a sve proizvodi soj Staphylococcus aureus.

Vrste hemolizina klasificiraju se prema rasponu stanica koje napadaju i prema njihovoj primarnoj strukturi proteina.

α-hemolizina

Ovaj protein je tipičan za sojeve Staphylococcus aureus i Escherichia coli; napada neutrofile, crvena krvna zrnca, limfocite, makrofage, odrasle i embrionalne fibroblaste. Interakcija je s polarnim glavicama lipida plazma membrane ovih stanica kako bi se internalizirao hidrofobni rep veličine oko 5 Ӑ unutar membrane.

β-hemolizina

Proizveden od Staphylococcus aureus u manjoj mjeri od α-hemolizina, β-hemolizin uglavnom napada crvene krvne stanice i ulazi u membranu isključivo kroz domene stanične membrane sfingomijelinom.

γ-hemolizina

Opažen je i u Staphylococcus aureus. Klasificiran je kao hemolitički protein i leukotoksin istovremeno, jer utječe na polimorfonuklearne stanice čovjeka, monocite, makrofage i, rijetko, čak i crvene krvne stanice.

Ova vrsta γ-hemolizina jedna je od najmanjih karakteristika, stoga je velik dio njezinog mehanizma djelovanja nepoznat i nije ispitivan in vivo.

Mehanizmi djelovanja

Mehanizam djelovanja koji je relativno jasno rasvijetljen je onaj α-hemolizina. Međutim, budući da su svi hemolitični proteini, većina procesa smatra se zajedničkim za sve hemolizine.

Znanstvenici predlažu da bakterije koje luče hemolizin u okoliš moraju biti u mikrookolju siromašnom hranjivim tvarima, dakle, to bi bio mehanizam koji pokreće stanicu da uništi ciljne stanice i dobije njihove hranjive tvari.

Mehanizam je opisan u tri koraka: vezivanje stanične membrane, umetanje i oligomerizacija.

Membranska veza

Otkriveno je da su hemolizini sposobni da se vežu na neutrofilne integine, a u eritrocitima se pokazalo da se ti proteini vežu na glikozilirane komponente poput glikoproteina, gangliozida i glikoforina stanične membrane.

Neki autori sugeriraju da prisutnost receptora u membrani nije bitna za vezanje hemolizina. U svakom slučaju, mehanizam staničnog ponovnog jedenja proteina još nije poznat s preciznošću.

Transmembranske pore nastale proteinom hemolizina Staphylococcus (Izvor: Autori depozicije: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; autor vizualizacije: Korisnik: Astrojan putem Wikimedia Commonsa)

Interakcija s membranom odvija se u dva koraka:

- Početno vezanje (reverzibilno): kada se hemolizin veže na domene koje vežu kalcij. Ovaj se korak događa na površini i vrlo je osjetljiv na elektrostatičko pražnjenje.

- Nepovratni spoj: spaja domene aminokiselina s lipidnim komponentama vanjskog sloja plazma membrane ciljnih stanica kako bi se formirale fizičke veze između hidrofobnih spojeva membrane.

Umetanje toksina u membranu

Α-Hemolizin ubacuje ostatke 177 i 411 u prvi lipidni sloj. U izvanćelijskom okruženju hemolizin je povezan s kalcijevim ionima koji induciraju strukturni raspored u njemu i doprinose njegovoj aktivaciji.

Ovo umetanje učvršćuje nepovratno vezivanje stanične membrane. Jednom kada se dogodi aranžman, hemolizin se transformira u integralni protein jer je eksperimentalno pokazano da je jedini način da se on izvadi iz membrane pomoću upotrebe deterdženata poput Triton X-100.

oligomerizacijskih

Kad je sav hemolizin ubačen u plazma membranu ciljnih stanica, odvija se oligomerizacija 7 podjedinica koje čine, što završava stvaranjem proteinske pore, vrlo dinamične, ali ovisne o lipidnom sastavu membrane.

Primijećeno je da su procesu oligomerizacije pogodovale mikrodomene ili lipidni splavi stanične membrane. Ove regije možda ne favoriziraju vezivanje proteina, ali podupiru oligomerizaciju istog jednom kad se ubaci.

Što se više hemolizina veže na membranu, to će se više formirati pore. Nadalje, hemolizini mogu oligomerizirati jedan drugoga (susjedni) i tvoriti mnogo veće kanale.

Reference

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Reverzibilna adsorpcija i nereverzibilno umetanje alfa-hemolizina Escherichia coli u lipidne dvoslojeve. Biofizički časopis, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Dvokomponentni γ-hemolizini Staphylococcus aureus, HlgA, HlgB i HlgC mogu tvoriti miješane pore koje sadrže sve komponente. Kemijski časopis i modeliranje, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, i Robinson, J. (1969). Svojstva pročišćenog stafilokoknog β-hemolizina. Časopis za bakteriologiju, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., i Clewell, DB (1984). Podvrsta heptolizina Streptococcus faecalis zimogena doprinosi virulenciji u miševa. Infekcija i imunitet, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V. i Maldonado, YA (ur.). (1976). Zarazne bolesti fetusa i novorođenčeta (Vol. 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932.). Antigeni streptokokni hemolizin. Časopis za eksperimentalnu medicinu, 55 (2), 267-280.