HEMOLYSIN: EGENSKAPER, TYPER, VIRKNINGSMEKANISMER - BIOLOGI - 2026

Den hemolysin er et lite protein som forårsaker porer i celle av erytrocytter og noen andre egne blodceller hos pattedyr membran. Det blir generelt syntetisert og utskilt av sykdomsfremkallende bakterier.

Dette proteinet er et av de vanligste mikrobielle giftstoffene og det som er best studert. Noen ganger kan det forårsake hemolytisk anemi, siden antallet kanaler som celleinnretningen går gjennom, til og med kan forårsake cellelysering.

Molekylær struktur av et Hemolysin (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-ansatte ved European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Generelt er hemolysin et typisk toksin fra Streptococcus-arter i tarmsystemet. Dens funksjon lar bakterier bryte epitelbarrieren i tarmsystemet og dermed bevege seg gjennom blodomløpet for å kolonisere andre vev.

Den vanligste formen som hemolysin finnes i naturen er i sin a-hemolysinform. Dette proteinet er en av de viktigste virulensfaktorene i de fleste Escherichia coli-stammer og noen clostridia.

De fleste urinveisinfeksjoner er forårsaket av Escherichia coli-stammer som produserer α-hemolysin med hemolytiske egenskaper.

Produksjonen av hemolysin og bakteriocin i bakteriestammer har vært relatert til en konkurransemekanisme mot de andre artene, og produksjonen av begge toksiner ser ut til å være avhengig av de samme genetiske determinantene i bakterienes genom.

kjennetegn

Hemolysin består av syv underenheter, og genet som koder for det har syv promotorer. Disse syv underenhetene setter seg inn i plasmamembranen til målcellene, og danner når de kommer sammen, en ionekanal gjennom hvilken metabolitter fra cellenes indre slipper ut.

Hemolysin er et ekstracellulært kalsium (Ca + 2) -avhengig cytotoksin som virker på plasmamembranen til celler i blodomløpet. Porene det skaper i membranen er også hydrofile og får vann til å komme inn i celleinteriøret, noe som kan føre til lysis.

Hemolysiner er typiske proteinprodukter av gramnegative bakterier, og de har alle to egenskaper:

1- Tilstedeværelsen av et veldig lite peptid (ikke-apeptid) som består av gjentakelser av aminosyrene glycin og asparaginsyre. Ikke-apeptidene av hemolysin er lokalisert nær den C-terminale delen av den primære strukturen til proteinet.

2- Alle hemolysiner skilles ut av bakteriene i det ekstracellulære miljøet gjennom en transportør av ABC-type (ATP-bindende kassett).

Hemolysinproduksjon oppdages vanligvis i bakteriestammer gjennom vekst i blodagarmedium. I testen observeres en hemolytisk glorie, et produkt av nedbrytningen av røde blodlegemer i nærheten av bakteriekoloniene.

typer

Det er flere forskjellige typer hemolysiner, disse er klassifisert med en gresk bokstav på begynnelsen av navnet sitt. De mest studerte og vanlige er α, β og γ hemolysiner, alle produsert av Staphylococcus aureus-stammen.

Typene hemolysin klassifiseres i henhold til det utvalg av celler de angriper og i henhold til deres primære struktur av proteinet.

α-hemolysin

Dette proteinet er typisk for Staphylococcus aureus og Escherichia coli-stammer; den angriper nøytrofiler, røde blodlegemer, lymfocytter, makrofager, voksne og embryonale fibroblaster. Det samhandler med de polare hodene på plasmamembranlipidene til disse cellene for å internalisere en hydrofob hale på omtrent 5 Ӑ inne i membranen.

β-hemolysin

Produsert av Staphylococcus aureus i mindre grad enn α-hemolysin, angriper ß-hemolysin hovedsakelig røde blodlegemer og kommer ut i membranen utelukkende gjennom de sfingomyelinrike domenene til cellemembranen.

γ-hemolysin

Det har også blitt sett i Staphylococcus aureus. Det er blitt klassifisert som et hemolytisk protein og et leukotoksin på samme tid, siden det påvirker polymorfonukleære celler fra mennesker, monocytter, makrofager og, sjelden, til og med røde blodlegemer.

Denne typen y-hemolysin er en av de minst karakteriserte, derfor er mye av dens virkningsmekanisme ukjent, og den er ikke undersøkt in vivo.

Handlingsmekanismer

Handlingsmekanismen som er blitt relativt klar belyst er den av a-hemolysin. Siden de alle er hemolytiske proteiner, antas de fleste prosesser å være felles for alle hemolysiner.

Forskere antyder at for bakterier som skal utskille hemolysin i miljøet, må de være i et næringsfattig mikro-miljø, derfor vil dette være en mekanisme som får cellen til å ødelegge målcellene og skaffe næringsstoffene deres.

Mekanismen er blitt beskrevet i tre trinn: cellemembranbinding, innsetting og oligomerisering.

Membranbinding

Det har vist seg at hemolysiner kan binde seg til neutrofile integriner, og i erytrocytter har disse proteiner vist seg å binde seg til glykosylerte komponenter så som glykoproteiner, gangliosider og glykoforiner i cellemembranen.

Noen forfattere antyder at tilstedeværelsen av reseptorer i membranen ikke er avgjørende for at bindingen av hemolysiner skal oppstå. I alle fall er mekanismen for cellulær gjeninntak av proteinet ennå ikke kjent med presisjon.

Transmembrane pore dannet av Staphylococcus hemolysin protein (Kilde: Deposisjonsforfattere: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; visualiseringsforfatter: Bruker: Astrojan via Wikimedia Commons)

Samspillet med membranen skjer i to trinn:

- Innledende binding (reversibel): når hemolysin binder seg til kalsiumbindende domener i membranen. Dette trinnet skjer på overflaten og er veldig utsatt for elektrostatisk utladning.

- Irreversibelt veikryss: forbinder aminosyredomene med lipidkomponentene i det ytre laget av plasmamembranen til målcellene, for å danne fysiske bindinger mellom membranens hydrofobe forbindelser.

Innføring av toksin i membranen

Hem-Hemolysin setter restene 177 og 411 inn i det første lipidmonolaget. I det ekstracellulære miljøet er hemolysin assosiert med kalsiumioner, som induserer et strukturelt arrangement i det og bidrar til aktivering av det.

Denne innsatsen konsoliderer det irreversible festet til cellemembranen. Når arrangementet har skjedd, blir hemolysin et integrert protein, siden det eksperimentelt har vist seg at den eneste måten å trekke den ut fra membranen er ved å bruke vaskemidler som Triton X-100.

oligomeriseringen

Når alt hemolysin er blitt satt inn i plasmamembranen til målcellene, skjer oligomeriseringen av de 7 underenhetene som utgjør den, som ender i dannelsen av en proteinpore, veldig dynamisk, men avhengig av lipidsammensetningen til membranen.

Det har blitt observert at oligomeriseringsprosessen er foretrukket av mikrodomener eller lipidflåter i cellemembranen. Disse regionene favoriserer muligens ikke bindingen av proteinet, men de favoriserer oligomerisering av det samme når det er satt inn.

Jo flere hemolysiner som binder seg til membranen, jo flere porer vil danne seg. Videre kan hemolysiner oligomerisere hverandre (tilstøtende) og danne mye større kanaler.

referanser

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Reversibel adsorpsjon og ikke-reversibel innsetting av Escherichia coli alpha-hemolysin i lipid-dobbeltlag. Biofysisk tidsskrift, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M., … & Prévost, G. (2005). Staphylococcus aureus bicomponent y-hemolysiner, HlgA, HlgB og HlgC, kan danne blandede porer som inneholder alle komponentene. Journal of chemical information and modellering, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, & Robinson, J. (1969). Egenskaper ved renset staphylococcal ß-hemolysin. Journal of bakteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Hemolysin av Streptococcus faecalis underarter zymogenes bidrar til virulens hos mus. Infeksjon og immunitet, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V., & Maldonado, YA (Eds.). (1976). Infeksjonssykdommer hos fosteret og nyfødt barn (vol. 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antigen streptokokk hemolysin. Tidsskrift for eksperimentell medisin, 55 (2), 267-280.