HEMOLIZIN: ÖZELLIKLERI, ÇEŞITLERI, ETKI MEKANIZMALARI - BIYOLOJI - 2025

Hemolizin neden eritrositler ve memeliler membranın diğer bazı kendi kan hücrelerinin hücre içinde gözenekler olduğu küçük bir proteindir. Genellikle patojen bakteriler tarafından sentezlenir ve vücuttan atılır.

Bu protein, en yaygın mikrobiyal toksinlerden biridir ve en iyi çalışılan proteindir. Bazen hemolitik anemiye neden olabilir, çünkü hücre iç kısmının çıktığı kanalların sayısı hücre parçalanmasına bile neden olabilir.

Bir Hemolizinin moleküler yapısı (Kaynak: Jawahar Swaminathan ve MSD personeli, Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Genel olarak hemolizin, bağırsak yolunun Streptococcus türlerinin tipik bir toksinidir. Fonksiyonu, bakterilerin bağırsak yolunun epitel bariyerini kırmasına ve böylece diğer dokuları kolonize etmek için kan dolaşımından geçmesine izin verir.

Doğada bulunan hemolizinin en yaygın şekli α-hemolizin formundadır. Bu protein, çoğu Escherichia coli suşunun ve bazı clostridia'nın en önemli virülans faktörlerinden biridir.

İdrar yolu enfeksiyonlarının çoğu, hemolitik özelliklere sahip α-hemolizin üreten Escherichia coli suşlarından kaynaklanır.

Bakteri suşlarında hemolizin ve bakteriyosin üretimi, diğer türlere karşı bir rekabet mekanizmasıyla ilişkilendirilmiştir ve her iki toksinin üretimi, bakteri genomundaki aynı genetik belirleyicilere bağlı görünmektedir.

karakteristikleri

Hemolizin yedi alt birimden oluşur ve onu kodlayan gen yedi promotere sahiptir. Bu yedi alt birim, hedef hücrelerin plazma zarına girer ve bir araya geldiğinde, hücre içinden metabolitlerin kaçtığı bir iyon kanalı oluşturur.

Hemolizin, kan dolaşımındaki hücrelerin plazma zarına etki eden hücre dışı kalsiyum (Ca + 2) bağımlı sitotoksindir. Membranda oluşturduğu gözenekler de hidrofiliktir ve suyun hücre içine girmesine neden olarak parçalanmaya neden olabilir.

Hemolizinler, gram negatif bakterilerin tipik protein ürünleridir ve hepsi iki özelliği paylaşır:

1- Glisin ve aspartik asit amino asitlerinin tekrarlarından oluşan çok küçük bir peptidin (nonapeptid) varlığı. Hemolizin nonapeptidleri, proteinin birincil yapısının C-terminal kısmının yakınında bulunur.

2- Tüm hemolizinler, bakteriler tarafından hücre dışı ortama bir ABC tipi taşıyıcı (ATP-Bağlama Kaseti) aracılığıyla salgılanır.

Hemolizin üretimi genellikle bakteri suşlarında kanlı agar ortamında üreme yoluyla tespit edilir. Testte, bakteri kolonilerinin yakınındaki kırmızı kan hücrelerinin parçalanmasının bir ürünü olan hemolitik bir hale gözlenir.

Türleri

Birkaç farklı hemolizin türü vardır, bunlar adlarının başında Yunan harfiyle sınıflandırılmıştır. En çok çalışılan ve en yaygın olanları, tümü Staphylococcus aureus suşu tarafından üretilen α, β ve γ hemolizinlerdir.

Hemolizin türleri, saldırdıkları hücre aralığına ve proteinin birincil yapısına göre sınıflandırılır.

α-hemolisin

Bu protein, Staphylococcus aureus ve Escherichia coli suşları için tipiktir; nötrofillere, kırmızı kan hücrelerine, lenfositlere, makrofajlara, yetişkin ve embriyonik fibroblastlara saldırır. Bu hücrelerin plazma zarı lipidlerinin kutup başlarıyla etkileşime girerek zarın içinde yaklaşık 5 5'lik bir hidrofobik kuyruğu içselleştirir.

β-hemolisin

Staphylococcus aureus tarafından α-hemolizinden daha az miktarda üretilen β-hemolizin, esas olarak kırmızı kan hücrelerine saldırır ve membrana yalnızca hücre membranının sfingomiyelinden zengin bölgelerinden girer.

γ-hemolisin

Staphylococcus aureus'ta da görülmüştür. İnsanların polimorfonükleer hücrelerini, monositleri, makrofajları ve hatta nadiren kırmızı kan hücrelerini etkilediği için hemolitik protein ve aynı zamanda lökotoksin olarak sınıflandırılmıştır.

Bu γ-hemolizin türü, en az karakterize edilenlerden biridir, bu nedenle, etki mekanizmasının çoğu bilinmemektedir ve in vivo olarak araştırılmamıştır.

Eylem mekanizmaları

Nispeten açık bir şekilde açıklanmış olan etki mekanizması, a-hemolizininkidir. Bununla birlikte, hepsi hemolitik proteinler oldukları için, işlemlerin çoğunun tüm hemolizinler için ortak olduğu düşünülmektedir.

Bilim adamları, bakterilerin çevreye hemolizin salgılaması için besin açısından fakir bir mikro ortamda olmaları gerektiğini, bu nedenle hücrenin hedef hücreleri yok etmesini ve besinlerini elde etmesini tetikleyen bir mekanizma olacağını öne sürüyorlar.

Mekanizma, üç adımda açıklanmıştır: hücre membranı bağlanması, yerleştirilmesi ve oligomerizasyon.

Membran bağı

Hemolizinlerin nötrofil integrinlere bağlanabildikleri ve eritrositlerde bu proteinlerin glikoproteinler, gangliosidler ve hücre membranının glikoforinleri gibi glikosile edilmiş bileşenlere bağlandığı gösterilmiştir.

Bazı yazarlar, hemolizinlerin bağlanması için zardaki reseptörlerin varlığının gerekli olmadığını öne sürmektedir. Her halükarda, proteinin hücresel yeniden yeme mekanizması henüz kesin olarak bilinmemektedir.

Staphylococcus hemolysin proteini tarafından oluşturulan transmembran gözenek (Kaynak: Biriktirme yazarları: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; görselleştirmenin yazarı: Kullanıcı: Astrojan Wikimedia Commons aracılığıyla)

Membranla etkileşim iki adımda gerçekleşir:

- İlk bağlanma (tersine çevrilebilir): hemolizin, zarın kalsiyum bağlayıcı alanlarına bağlandığında. Bu adım yüzeyde meydana gelir ve elektrostatik boşalmaya çok duyarlıdır.

- Tersinmez bağlantı: Amino asit alanlarını, zarın hidrofobik bileşikleri arasında fiziksel bağlar oluşturmak için hedef hücrelerin plazma zarının dış tabakasının lipid bileşenleri ile birleştirir.

Toksinin zara yerleştirilmesi

Α-Hemolizin, 177 ve 411 kalıntılarını birinci lipit tek tabakasına yerleştirir. Hücre dışı ortamda, hemolizin, içinde yapısal bir düzenleme indükleyen ve aktivasyonuna katkıda bulunan kalsiyum iyonları ile ilişkilidir.

Bu ekleme, hücre zarına geri dönüşü olmayan bağlanmayı pekiştirir. Düzenleme gerçekleştiğinde, hemolizin entegre bir protein haline gelir, çünkü deneysel olarak onu zardan çıkarmanın tek yolunun Triton X-100 gibi deterjanlar kullanmak olduğu gösterilmiştir.

oligomerization

Tüm hemolizin, hedef hücrelerin plazma zarına yerleştirildiğinde, onu oluşturan 7 alt birimin oligomerizasyonu gerçekleşir ve bu, bir protein gözeneğinin oluşumuyla sonuçlanır, çok dinamik, ancak zarın lipid bileşimine bağlıdır.

Oligomerizasyon işleminin, hücre zarının mikro bölgeleri veya lipit salları tarafından tercih edildiği gözlemlenmiştir. Bu bölgeler, proteinin bağlanmasını desteklemeyebilir, ancak aynı bölgeye yerleştirildikten sonra oligomerizasyonunu desteklerler.

Membrana ne kadar çok hemolizin bağlanırsa, o kadar fazla gözenek oluşur. Ayrıca hemolizinler birbirlerini (bitişik olanlar) oligomerize edebilir ve çok daha büyük kanallar oluşturabilir.

Referanslar

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL ve Goñi, FM (1996). Escherichia coli alfa-hemolizinin tersine çevrilebilir adsorpsiyonu ve geri dönüşümsüz olarak lipid çift tabakalarına eklenmesi. Biyofiziksel dergi, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Staphylococcus aureus iki bileşenli γ-hemolizinler, HlgA, HlgB ve HlgC, tüm bileşenleri içeren karışık gözenekler oluşturabilir. Kimyasal bilgi ve modelleme dergisi, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA ve Robinson, J. (1969). Saflaştırılmış Stafilokok β-Hemolizinin Özellikleri. Bakteriyoloji Dergisi, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H. ve Clewell, DB (1984). Streptococcus faecalis alt türü zimogenes hemolizini farelerde virülansa katkıda bulunur. Enfeksiyon ve Bağışıklık, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V. ve Maldonado, YA (Editörler). (1976). Fetüsün ve yenidoğan bebeğin bulaşıcı hastalıkları (Cilt 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antijenik streptokokkal hemolizin. Deneysel tıp dergisi, 55 (2), 267-280.