lizozim - Lysozyme
| Glikozit hidrolaz, aile 22, lizozim | |
|---|---|
 Metilen mavisi ile boyanmış lizozim kristalleri .
| |
| tanımlayıcılar | |
| Sembol | ? |
| InterPro | IPR000974 |
| lizozim | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tanımlayıcılar | |||||||||
| AB numarası | 3.2.1.17 | ||||||||
| CAS Numarası. | 9001-63-2 | ||||||||
| veritabanları | |||||||||
| IntEnz | IntEnz görünümü | ||||||||
| BRENDA | BRENDA girişi | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme görünümü | ||||||||
| fıçı | Fıçı girişi | ||||||||
| MetaCyc | metabolik yol | ||||||||
| PRİAM | profil | ||||||||
| PDB yapıları | RCSB PDB PDBe PDB toplamı | ||||||||
| Gen ontolojisi | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Muramidaz veya N-asetilmuramid glikanhidrolaz olarak da bilinen lizozim , doğuştan gelen bağışıklık sisteminin bir parçasını oluşturan hayvanlar tarafından üretilen bir antimikrobiyal enzimdir . Lizozim, gram pozitif bakteri hücre duvarının ana bileşeni olan peptidoglikan içindeki N-asetilmuramik asit ve N-asetil-D-glukozamin kalıntıları arasındaki 1,4-beta-bağlarının hidrolizini katalize eden bir glikozit hidrolazdır . Bu hidroliz, bakterilerin parçalanmasına neden olan bakteri hücre duvarlarının bütünlüğünü tehlikeye atar .
Lizozim gözyaşı , tükürük , insan sütü ve mukus gibi salgılarda bol miktarda bulunur . Ayrıca makrofajların sitoplazmik granüllerinde ve polimorfonükleer nötrofillerde (PMN'ler) bulunur. Yumurta beyazında büyük miktarlarda lizozim bulunabilir . C-tipi lizozimler, dizi ve yapı olarak alfa-laktalbümin ile yakından ilişkilidir , bu da onları aynı glikozit hidrolaz ailesinin 22 parçası yapar . İnsanlarda, C tipi lizozim enzimi, LYZ geni tarafından kodlanır .
Tavuk yumurtası akı lizozim, pH 5.0'da 72 °C'ye ulaşan bir erime noktası ile termal olarak stabildir . Bununla birlikte, insan sütündeki lizozim, bu sıcaklıkta çok hızlı bir şekilde aktivitesini kaybeder. Tavuk yumurtası beyazı lizozim, aktivitesini geniş bir pH (6-9) aralığında korur. Onun izoelektrik noktası 11.35 olduğunu. Anne sütü lizoziminin izoelektrik noktası 10.5-11'dir.
İşlev ve mekanizma
Enzim içinde hidrolize glikosidik bağlarla fonksiyonları peptidoglikanlara . Enzim, gerçek kitinazlar kadar etkili olmasa da , kitin içindeki glikozidik bağları da kırabilir .
Lizozimin aktif bölgesi , iki alanı arasındaki belirgin yarıkta peptidoglikan molekülüne bağlanır . N- asetilmuramik asit (NAM) ile N-asetilglukozaminin (NAG) dördüncü karbon atomu arasındaki doğal substratı olan peptidoglikanlara (bakterilerin hücre duvarlarında, özellikle Gram pozitif bakterilerde bulunur ) saldırır .
Tetrasakarit gibi daha kısa sakkaritlerin de yaşayabilir substratlar olduğu, ancak daha uzun zincirli bir ara madde aracılığıyla olduğu gösterilmiştir. Kitinin ayrıca canlı bir lizozim substratı olduğu gösterilmiştir. Yapay substratlar da geliştirilmiş ve lizozimde kullanılmıştır.
mekanizma
Phillips
Phillips Mekanizması, enzimin katalitik gücünün hem bağlı substrat üzerindeki sterik gerginlikten hem de bir okso-karbenyum ara maddesinin elektrostatik stabilizasyonundan geldiğini öne sürdü . X-ışını kristalografik verilerinden Phillips, bir hekzasakaritin bağlandığı enzimin aktif bölgesini önerdi. Lizozim, heksasakkaritteki dördüncü şekeri (D veya -1 alt bölgesinde) yarım sandalye konformasyonuna dönüştürür. Bu stresli durumda, glikozidik bağ daha kolay kırılır. Glikozidik bağın kırılmasının bir sonucu olarak bir okso-karbenyum içeren iyonik bir ara madde oluşturulur. Bu nedenle, substrat molekülünün geçiş durumuna benzer gergin bir konformasyon benimsemesine neden olan bozulma, reaksiyonun enerji bariyerini düşürecektir.
Önerilen okso-karbonyum ara maddesinin 1978'de Arieh Warshel tarafından aktif bölgedeki aspartat ve glutamat kalıntıları tarafından elektrostatik olarak stabilize edildiği tahmin edildi . Elektrostatik stabilizasyon argümanı, dökme su ile karşılaştırmaya dayanıyordu, su dipollerinin yeniden oryantasyonu stabilize edici enerjiyi iptal edebilir. şarj etkileşimi. Warshel'in modelinde enzim, iyon çiftlerinin oryantasyonunu sabitleyen ve süper- çözülme (iyon çiftlerinin çok iyi stabilizasyonu) sağlayan ve özellikle iki iyon birbirine yakın olduğunda enerjiyi düşüren bir süper çözücü görevi görür .
Hız belirleyici aşaması bu mekanizmada (RDS) oluşumu ile ilgilidir okso-karbenyum ara maddesi. Kesin RDS'yi belirtmek için bazı çelişkili sonuçlar vardı. Ürün ( p-nitrofenol ) oluşumunu izleyerek, RDS'nin farklı sıcaklıklarda değişebileceği keşfedildi, bu da bu çelişkili sonuçların bir nedeniydi. Daha yüksek bir sıcaklıkta RDS, glikozil enzim ara maddesinin oluşumu ve daha düşük bir sıcaklıkta bu ara maddenin parçalanmasıdır.
Koshland
1969'daki erken bir tartışmada Dahlquist, lizozim için kinetik izotop etkisine dayalı kovalent bir mekanizma önerdi , ancak uzun bir süre iyonik mekanizma daha fazla kabul gördü. 2001 yılında, Vocadlo tarafından kovalent fakat iyonik olmayan bir ara madde yoluyla revize edilmiş bir mekanizma önerildi. ESI - MS analizinden elde edilen kanıtlar, bir kovalent ara maddeyi gösterdi. Reaksiyon hızını düşürmek ve karakterizasyon için bir ara madde biriktirmek için 2-floro ikameli bir substrat kullanıldı. Amino asit yan zincirleri glutamik asit 35 (Glu35) ve aspartat 52'nin (Asp52) bu enzimin aktivitesi için kritik olduğu bulunmuştur. Glu35, substrattaki CO bağını keserek glikozidik bağ için bir proton donörü görevi görürken Asp52, bir glikozil enzim ara ürünü oluşturmak için bir nükleofil görevi görür . Glu35 su ile reaksiyona girerek sudan daha güçlü bir nükleofil olan hidroksil iyonu oluşturur ve daha sonra hidroliz ürününü vermek ve enzimi değişmeden bırakmak için glikozil enzim ara ürününe saldırır. Bu kovalent mekanizma, bu tür bir mekanizmayı ilk öneren Koshland'ın adını almıştır .
Daha yakın zamanlarda, kuantum mekaniği/moleküler mekanik (QM/MM) moleküler dinamik simülasyonları, HEWL kristalini kullanıyor ve bir kovalent ara maddenin varlığını tahmin ediyor. ESI-MS ve X-ışını yapıları için kanıtlar, kovalent ara maddenin varlığını gösterir, ancak esas olarak daha az aktif bir mutant veya doğal olmayan substratın kullanılmasına dayanır. Bu nedenle, QM/MM moleküler dinamikleri, vahşi tip HEWL ve doğal substratın mekanizmasını doğrudan araştırmak için benzersiz bir yetenek sağlar. Hesaplamalar, Koshland mekanizmasından gelen kovalent ara maddenin, Phillips mekanizmasından gelen iyonik ara maddeden ~30 kcal/mol daha kararlı olduğunu ortaya koydu. Bu hesaplamalar, iyonik ara ürünün son derece enerjik olarak elverişsiz olduğunu ve daha az aktif mutant veya doğal olmayan substratlar kullanan deneylerden gözlemlenen kovalent ara ürünlerin, vahşi tip HEWL mekanizması hakkında faydalı bilgiler sağladığını göstermektedir.
inhibisyon
İmidazol türevleri , lizozimin rekabetçi bir inhibisyonunu sağlamak için bazı kalıntılarla (aktif merkezin içinde veya dışında) bir yük transfer kompleksi oluşturabilir. Olarak Gram-negatif bakterilere , lipopolisakkarid çok tercih lisozim ile bağlanarak bir rekabetçi olmayan inhibitior olarak hareket eder.
enzimatik olmayan eylem
Lizozimin muramidaz aktivitesinin antibakteriyel özellikleri için kilit rol oynadığı varsayılmasına rağmen, enzimatik olmayan etkisinin kanıtı da rapor edilmiştir. Örneğin, aktif bölgedeki (52- Asp -> 52- Ser ) kritik amino asidin mutasyonu ile lizozimin katalitik aktivitesinin bloke edilmesi , antimikrobiyal aktivitesini ortadan kaldırmaz. Lizozimin likit aktivitesi olmayan bakteriyel karbonhidrat antijenini tanımada lektin benzeri yeteneği , Klebsiella pneumoniae lipopolisakaritiyle ilişkili tetrasakarit için rapor edilmiştir . Ayrıca lizozim, antikorlar ve T hücresi reseptörleri ile etkileşime girer .
Enzim konformasyon değişiklikleri
Lizozim iki konformasyon sergiler: açık aktif durum ve kapalı aktif olmayan durum. Katalitik uygunluk, tek duvarlı karbon nanotüpler (SWCN) alan etkili transistörler (FET'ler) ile incelendi , burada tekil bir lizozim SWCN FET'e bağlandı. Lizozimin elektronik olarak izlenmesi, iki konformasyon gösterdi, bir açık aktif bölge ve bir kapalı aktif olmayan bölge. Aktif durum lizozim olarak mümkün processively saniyede 15 oranında, ortalama 100 bağ kırma olarak, alt-tabakanın hidroliz. Yeni bir substratı bağlamak ve kapalı aktif olmayan durumdan açık aktif duruma geçmek için iki konformasyon adımı değişikliği gerekirken, inaktivasyon bir adım gerektirir.
Hastalık ve tedavideki rolü
Lizozim, doğuştan gelen bağışıklık sisteminin bir parçasıdır. Yenidoğanlarda azalmış lizozim seviyeleri bronkopulmoner displazi ile ilişkilendirilmiştir . İnsan lizozim sütüyle beslenen domuz yavruları, E. coli'nin neden olduğu ishal hastalığından daha hızlı kurtulabilir. İnsan sütündeki lizozim konsantrasyonu, hayvan sütündeki konsantrasyondan 1.600 ila 3.000 kat daha fazladır. İnsan lizozim, tavuk yumurtası akı lizoziminden daha aktiftir. Bir transgenik (a sahip Keçilerin hat kurucusu insan emzirme yararlarını alamayan eğer "Artemis" adında) ishal koruma çocuklara insan lizozim ile üretim süte için geliştirilmiştir.
Lizozim, Bacillus ve Streptococcus gibi Gram pozitif patojenlerden doğal bir koruma şekli olduğundan , anne sütüyle beslenmede bebeklerin immünolojisinde önemli bir rol oynar. Deri, kuruluğu ve asiditesi nedeniyle koruyucu bir bariyer iken, konjonktiva (gözü kaplayan zar) bunun yerine, başta lizozim ve defensin olmak üzere salgılanan enzimler tarafından korunur . Bununla birlikte, bu koruyucu bariyerler başarısız olduğunda konjonktivit ortaya çıkar.
Bazı kanserlerde (özellikle miyelomonositik lösemi), kanser hücreleri tarafından aşırı lizozim üretimi, kanda toksik lizozim seviyelerine yol açabilir. Yüksek lizozim kan seviyeleri, böbrek yetmezliğine ve düşük kan potasyumuna yol açabilir, bu durumlar birincil malignite tedavisi ile düzelebilir veya düzelebilir.
Serum lizozim sarkoidoz tanısı için serum anjiyotensin dönüştürücü enzime göre çok daha az spesifiktir; ancak daha duyarlı olduğu için sarkoidoz hastalık aktivitesinin bir belirteci olarak kullanılır ve kanıtlanmış vakalarda hastalık takibi için uygundur.
kimyasal sentez
Bir lizozim proteininin ilk kimyasal sentezi, İngiltere'deki Liverpool Üniversitesi'nde Prof. George W. Kenner ve grubu tarafından denendi. Bu nihayet 2007'de, sentetik bir fonksiyonel lizozim molekülü yapan Steve Kent'in Chicago Üniversitesi'ndeki laboratuvarında Thomas Durek tarafından başarıldı.
Diğer uygulamalar
Lizozim kristalleri, kataliz ve biyomedikal uygulamalar için diğer fonksiyonel malzemeleri büyütmek için kullanılmıştır. Lizozim, gram pozitif bakterileri parçalamak için yaygın olarak kullanılan bir enzimdir. Lizozimin hücre duvarını sindirebildiği ve ozmotik şoka neden olduğu benzersiz işlevi nedeniyle (hücre etrafındaki çözünen konsantrasyonu aniden değiştirerek hücreyi patlatır ve dolayısıyla ozmotik basınç ), lizozim laboratuvar ortamında bakteriden proteinleri serbest bırakmak için yaygın olarak kullanılır. periplazma , iç zar, sferoplast adı verilen veziküller olarak kapalı kalır .
Örneğin, E. coli , periplazmik boşluğun içeriğini serbest bırakmak için lizozim kullanılarak parçalanabilir . Periplazmanın içeriğini toplamaya çalışmak için laboratuvar ortamında özellikle yararlıdır. Lizozim tedavisi, belirli sıcaklıklarda, pH aralıklarında ve tuz konsantrasyonlarında optimaldir. Lizozim aktivitesi, 6.0-7.0 pH aralığında 60 santigrat dereceye kadar artan sıcaklıklarla artar. Mevcut tuzlar ayrıca lizozim tedavisini de etkiler, burada bazıları inhibitör etkiler gösterir ve diğerleri lizozim tedavisi yoluyla lizizi destekler. Sodyum klorür lizise neden olur, ancak yüksek konsantrasyonlarda aktif bir liziz inhibitörüdür. Potasyum tuzlarının kullanımında da benzer gözlemler görülmüştür. Bakteri suşlarındaki farklılıklar nedeniyle küçük farklılıklar mevcuttur.
Tarih
Tavuk yumurtası beyazının içerdiği lizozim nedeniyle antibakteriyel özelliği ilk olarak 1909'da Laschtschenko tarafından gözlemlendi. Nazal mukusun bakteri öldürme aktivitesi, 1922'de lizozim terimini ortaya atan penisilini keşfeden Alexander Fleming tarafından gösterildi . Fleming bildirdi. "Bu madde, mayalarınkine benzer özelliklere sahip olduğu için ona 'Lizozim' adını verdim." Fleming, enzimik bir maddenin çok çeşitli salgılarda mevcut olduğunu ve farklı bakterileri, özellikle de üzerinde çalıştığı sarı bir "kokusu" hızla parçalayabildiğini (yani çözebildiğini) göstermeye devam etti.
Lizozim ilk olarak 1937'de Edward Abraham tarafından kristalleştirildi ve tavuk yumurtası beyazı lizoziminin üç boyutlu yapısının 1965'te David Chilton Phillips tarafından X-ışını kristalografisi yoluyla ilk 2- angström (200 pm ) çözünürlük modelini elde ettiğinde tanımlanmasını sağladı. . Bu yapı 1965 yılında bir Kraliyet Enstitüsü konferansında halka sunuldu . Lizozim, ikinci protein yapısı ve X-ışını kırınım yöntemleriyle çözülen ilk enzim yapısı ve yirmi ortak amino asidin tümünü içeren tam olarak dizilen ilk enzimdi. Phillips'in lizozim yapısını aydınlatmasının bir sonucu olarak, aynı zamanda katalitik etki yöntemi için önerilen ayrıntılı, özel bir mekanizmaya sahip olan ilk enzimdi. Bu çalışma, Phillips'i, enzimlerin fiziksel yapıları açısından kimyasal bir reaksiyonu nasıl hızlandırdığına dair bir açıklama sağlamaya yöneltti . Phillips tarafından önerilen orijinal mekanizma daha yakın zamanda revize edilmiştir.
Ayrıca bakınız
Referanslar
Dış bağlantılar
- Muramidaz ABD Ulusal Tıp Kütüphanesinde Tıbbi Konu Başlıkları (MeSH)
- Proteopedia.org HEW Lizozim
- PDBe-KB , İnsan Lizozim C için PDB'de bulunan tüm yapı bilgilerine genel bir bakış sağlar.
- PDBe-KB , Tavuk yumurtası beyazı Lysozyme C için PDB'de bulunan tüm yapı bilgilerine genel bir bakış sağlar.
