Kas ir lizocīms: enzīms imūnsistēmā, darbība un nozīme
Lizocīmi ir daļa no iedzimtās imūnsistēmas. Tie ir enzīmi, kas atrodas gļotu izdalījumos, piemēram, siekalās. Tie aizsargā pret infekcijām, sasmalcinot baktērijas, vīrusus un sēnītes, kas inficē dzīvniekus.
Nosaukumu "lizocīms" 1922. gadā lietoja Aleksandrs Flemings (1881-1955), penicilīna atklājējs. Flemings pirmo reizi novēroja lizocīma antibakteriālo iedarbību, kad viņš apstrādāja baktēriju kultūras ar pacienta, kas slimoja ar saaukstēšanos, deguna gļotām.
Lizocīma ir vairākos izdalījumos, piemēram, asarās, siekalās, pienā un gļotās. Tas ir arī makrofāgu un granulocītu neitrofilu citoplazmas granulās.
Ferments darbojas, uzbrūkot baktēriju, īpaši Grampozitīvo baktēriju, piemēram, Bacillus un Streptococcus, šūnu sieniņu polimēriem.
Lizocīms bija otrā proteīna struktūra un pirmā enzīma struktūra, kas atrisināta ar rentgenstaru difrakcijas metodēm. Tas bija pirmais pilnībā sekvenēts enzīms, kas satur visas divdesmit parastās aminoskābes. Tas bija arī pirmais enzīms, kura darbības mehānisms bija sīki izstrādāts un specifisks. Šis darbs ļāva izskaidrot, kā fermenti ar savu fizikālo struktūru paātrina ķīmisko reakciju.
Kur lizocīms atrodas un kāda ir tā loma organismā
Lizocīms ir plaši izplatīts dažādos ķermeņa šķidrumos un audos. To atrod:
- asarās — palīdz aizsargāt acis no infekcijām,
- siekalās un deguna gļotās — samazina mikrobu slodzi mutē un augšējos elpošanas ceļos,
- mātes pienā un pirmā piena (kolostrumā) — sniedz aizsardzību zīdaiņiem,
- neitrofilos un makrofāgos — kā daļa no fagocitozes mehānisma, kad šīs šūnas iznīcina iekļuvušos mikroorganismus.
Struktūra un darbības mehānisms
Lizocīms ir enzīms, kas hidrolizē bakteriālās peptidoglikāna ķēdes, trošanas otru starp N-acetilmuramīnskābi (NAM) un N-acetilglukozamīnu (NAG). Tas pārtrauc β(1→4) glikozīdiskās saites starp šiem monomēriem, novēršot šūnu sienas integritāti un izraisot baktericīdas efektu, īpaši Grampozitīvajām baktērijām, kur peptidoglikāns ir labi pieejams.
Dažādu sugu lizocīmi var nedaudz atšķirties, bet labi pētītajā vistas oliņas lizocīmā kā svarīgas katalītiskās aminoskābes darbojas Glu35 un Asp52, kas koordinē ūdens molekulas un substrāta sašķelšanu.
Kam lizocīms iedarbojas mazāk un kāpēc
Gramnegatīvām baktērijām peptidoglikāns ir paslēpts zem ārējās membrānas, tāpēc lizocīms tiem parasti iedarbojas mazāk efektīvi. Tomēr lizocīms var kļūt efektīvāks kombinācijā ar citiem faktoriem (piem., sārmainiem vai detergenta līdzekļiem, laukumiem kā lactoferrin vai fosfolipāze), kas bojā ārējo membrānu.
Bakteriālā rezistence un mikrobu aizsardzības mehānismi
Baktērijas var iegūt rezistences mehānismus pret lizocīmu, piemēram:
- modificējot peptidoglikānu (piem., O-acetilācija),
- izdalot proteāzes, kas sadala lizocīmu,
- veidojot biofilmas, kas fizioloģiski aizsargā pret enzīma piekļuvi.
Vēsture un zinātniskā nozīme
Kā minēts, Aleksandrs Flemings atklāja lizocīma antibakteriālo iedarbību, un vēlāk lizocīms kļuva par modelproteīnu strukturālajos pētījumos. Tā atklāšana un strukturālās analīzes palīdzēja izprast, kā proteīnu trīsdimensionālā forma saista substrātus un paātrina ķīmiskas reakcijas — tas bija nozīmīgs solis fermentu un bioloģiskās katalīzes izpētē.
Praktiskā un medicīniskā nozīme
Klīniskā nozīme: lizocīma līmeņa izmaiņas dažreiz izmanto kā rādītāju iekaisuma vai infekcijas procesos; pieaugums var liecināt par aktivētu fagocītu darbību vai noteiktām hroniskām slimībām. Tomēr diagnostikā parasti izmanto plašāku testu kopumu, nevis tikai lizocīma mērījumu.
Rūpnieciskās un biotehnoloģiskās pielietošanas: lizocīmu izmanto pārtikas tehnoloģijā (piem., siera ražošanā, lai kontrolētu mikrobu attīstību), vīna ražošanā (lai ierobežotu nevēlamu mikrobu aktivitāti) un medicīniskajā biotehnoloģijā kā dabiski antibakteriālu faktoru. Tā potenciāls tiek pētīts arī biomedicīnas jomā, piemēram, kā lokāls antimikrobiāls līdzeklis vai kā modelis enzīmu inženierijā.
Kopsavilkums
Lizocīms ir vienkāršs, bet ļoti svarīgs imūnsistēmas elements — tas ir plaši izplatīts ķermeņa šķidrumos un fagocītiskajās šūnās, ātri un lokāli iedarbojas uz mikrobu šūnu sienu komponentiem. Tā strukturālā izpēte ir devusi būtisku ieguldījumu molekulārās bioloģijas un bioķīmijas attīstībā. Lai arī daži mikroorganismi var izstrādāt aizsardzības mehānismus, lizocīms paliek nozīmīgs pirmajā aizsardzības līnijā un atrod praktisku pielietojumu vairākās nozarēs.
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir lizocīms?
A: Lizocīms ir enzīms, kas ir daļa no iedzimtās imūnsistēmas. Tas ir atrodams gļotu izdalījumos, piemēram, siekalās, un palīdz aizsargāt pret infekcijām, noārdot baktērijas, vīrusus un sēnītes.
J: Kas radīja terminu "lizocīms"?
A: Terminu "lizocīms" 1922. gadā lietoja penicilīna izgudrotājs Aleksandrs Flemings (1881-1955).
J: Kur var atrast lizocīmu?
A: Lizocīms ir sastopams vairākos izdalījumos, tostarp asarās, siekalās, pienā un gļotās. Tas ir atrodams arī makrofāgu un granulocītu neitrofilu citoplazmas granulās.
J: Kā darbojas lizocīms?
A: Lizocīms darbojas, uzbrūkot baktēriju šūnu sieniņu polimēriem, jo īpaši grampozitīvo baktēriju, piemēram, Bacillus un Streptococcus, šūnu sieniņām.
J: Kāda bija pirmā olbaltumvielas struktūra, kas atrisināta ar rentgenstaru difrakcijas metodi?
A: Lizocīms bija pirmā olbaltumvielas struktūra, kas atrisināta ar rentgenstaru difrakcijas metodi.
J: Vai tas bija arī pirmais enzīms, kas tika sekvencēts?
A: Jā, tas bija arī pirmais enzīms, kas tika sekvencēts un kas saturēja visas divdesmit parastās aminoskābes.
J: Kur šis darbs noveda?
A: Šis darbs ļāva izskaidrot, kā fermenti paātrina ķīmiskās reakcijas, pateicoties to fiziskajai struktūrai.
