Conceitos principais
Neste artigo, você explorará a lisozima da proteína por meio de sua estrutura, classificação e função antibacteriana.
O que é uma lisozima?
A lisozima é uma enzima antibacteriana presente naturalmente em animais e humanos como um componente do sistema imunológico inato para lutar contra microorganismos. É um glicosídeo hidrolase Também conhecido como muramidase ou ácido n-acetilmurâmico hidrolase. Como o último nome indica, ele funciona por hidrolisando/quebrando as ligações glicosídicas entre os resíduos de ácido N-acetilmurâmico e N-acetilglucosamina no peptidoglicano das paredes celulares bacterianas. Esse hidrólise afeta a integridade da parede celular protetora das bactérias, causando assim sua lise e morte.
A lisozima foi descoberta por Alexander Fleming em 1922, o identificador da penicilina, quando ele acidentalmente reconheceu que uma gota de sua mucosa nasal causou a morte lítica de bactérias. Ele nomeou esse elemento antibacteriano de “lisozima”. Curiosamente, a lisozima foi a primeira enzima e a segunda proteína a ter sua estrutura elucidada através de técnicas de difração de raios-X.
Estrutura e função
Lisozima é uma pequena monomérico proteína com um peso molecular de 11-22 kDa. A ampla faixa em sua massa é atribuída aos diferentes tipos de lisozimas encontradas em várias espécies. Sua estrutura foi caracterizada pela primeira vez na década de 1960 por cristalografia de raios-X. A estrutura específica da lisozima lhe dá a função antibacteriana. Um tipo de lisozima, lisozima de frango, é feito de uma única cadeia polipeptídica de 129 Aminoácidos estabilizado por ligações de dissulfeto Entre seus oito resíduos de cisteína. Os resíduos N e C-terminais da enzima constituem lisina e leucina, respectivamente. As seis regiões helix, juntamente com as ligações de dissulfeto, confiam a essa proteína uma alta estabilidade térmica. O native de ligação existe entre os domínios α e β em uma fenda grande, onde os aminoácidos glutamato (Glu35) e aspartato (ASP52) constituem o website ativo. Esses aminoácidos são cruciais para a atividade catalítica da lisozima contra o substrato peptidoglicano.
Estrutura primária da lisozima mostrando aminoácidos em ligações azul e dissulfeto em vermelho (esquerda). Modelo 3D de lisozima de frango com Glu35 e ASP52 em seu native ativo (à direita).
Como mencionado anteriormente, a lisozima é um agente antibacteriano. Para isso, tem como alvo o principal constituinte das paredes celulares bacterianas, ou seja, peptidoglicano. Peptidoglicano é a polimérico Camada de açúcares e aminoácidos na parede celular ao redor da membrana plasmática. Compreende cadeias de polissacarídeos feitas de resíduos alternados de n-acetil glucosamina (NAG) e ácido n-acetil murâmico (NAM) ligados por vínculos β-1,4 glicosídicos. A cada nam, um pentapeptídeo (cadeia de cinco aminoácidos) é conectado para permitir a ligação cruzada entre as cadeias de polissacarídeos. Dessa forma, o peptidoglicano forma uma malha protetora, que contribui para a forma e a integridade da célula bacteriana.
Organização estrutural do peptidoglicano em uma parede celular bacteriana
Após a exposição a uma bactéria, a lisozima como parte da resposta imune entra em ação. O native ativo da lisozima liga o peptidoglicano do substrato (seu componente de polissacarídeo) em sua fenda. Lá, os aminoácidos Glu35 e Asp52, os elementos cruciais da estrutura e função do native ativo, iniciam o hidrolítico Atividade antibacteriana da lisozima. O mecanismo de reação envolve a transferência de um próton de Glu35 para o oxigênio da ligação glicosídica β-1,4 entre NAM e NAG. Isso cliva a ligação co -glicosídica, liberando o lado NAG da cadeia de polissacarídeos e formando o íon oxocarbênio do NAM. Este último interage com asp52 produzindo um intermediário de glicosil-enzima. Uma molécula de água fornece seu íon hidroxil ao íon oxocarbênio para liberar o lado nam da cadeia de polissacarídeos da enzima. Isso produz uma cadeia peptidoglicana hidrolisada/clivada e uma lisozima disponível gratuitamente, pronta para atacar outra ligação glicosídica.
Atividade hidrolítica dos resíduos do native ativo da lisozima nas ligações glicosídicas β-1,4 na cadeia de polissacarídeos de peptidoglicano (substrato)
Mecanismo de ação antibacteriana
As bactérias crescem principalmente em ambientes hipotônicos (menos concentração de soluto fora do que dentro da célula). Sob tais condições, a água se transfer dentro da célula bacteriana por um processo denominado osmose. O fluxo interno de água gera uma alta pressão osmótica interna, que pode estourar a célula. No entanto, a malha de peptidoglicano reticulada na parede celular de bactérias os protege da explosão/lise da célula. Isso permite que as bactérias sobrevivam e se reproduzem em tais ambientes.
Após a ação da lisozima, a degradação do peptidoglicano enfraquece a parede celular bacteriana. No caso de bactérias gram -positivas (um tipo de bactéria com uma camada espessa, mas única de peptidoglicano como parede celular), a hidrólise pela lisozima take away completamente sua parede celular, resultando em um protoplasto. Um protoplast é uma célula sem uma parede celular de proteção ao redor do membrana plasmática. Essa célula é osmoticamente sensível, que, quando colocada em uma solução hipotônica, experimenta um influxo descontrolado de água. O aumento da pressão osmótica dentro da célula causa sua lise e, finalmente, a morte da bactéria.
A atividade antibacteriana da lisozima é mais eficaz contra as paredes celulares bacterianas Gram positivas. Pelo contrário, as bactérias gram -negativas (outro tipo bacteriano com um peptidoglicano sanduícro entre duas membranas celulares) são menos afetadas pela ação da lisozima. Isso se deve à presença de lipopolissacarídeos na parede celular, o que, em certa medida, inibe a enzima de atacar seu peptidoglicano.
Mecanismo de atividade antibacteriana da lisozima por hidrólise (contra a parede celular Gram positiva)
Fontes e tipos
A lisozima é encontrada em lágrimas, saliva, muco, soro sanguíneo, leite humano e de vaca, branco de ovo de pássaros, bem como em invertebrados e plantas. Também está presente nos grânulos citoplasmáticos de macrófagos e neutrófilos polimorfonucleares (tipos de glóbulos brancos). Entre todas essas fontes, a lisozima é mais abundante em branco de ovo de galinha, constituindo 3,5% das proteínas totais do ovo. Apesar de sua natureza hidrolítica, essa enzima não é tóxica para humanos e animais, pois é específica apenas para o peptidoglicano, uma característica das paredes celulares bacterianas.
Com base na origem, características estruturais e funções, as lisozimas foram classificadas em três famílias principais. Estes incluem:
- Tipo C: Esta família se refere ao frango ou tipo convencional, incluindo as lisozimas humanas e de ovo de ovo de galinha. Entre os dois, a lisozima humana possui uma atividade antibacteriana três vezes maior que a lisozima de frango. As lisozimas do tipo C constituem uma única cadeia polipeptídica de ~ 14,3 kDa contendo fios alfa e beta, bem como ligações de dissulfeto. Seus resíduos de sítio ativo envolvidos na catálise da ligação glicosídica β-1,4 incluem Glu35 e ASP52.
- G-TYPE: As lisozimas nos brancos de ovo de ganso, bem como as encontradas em avestruz, cisne preto e algumas espécies de peixes, pertencem a esse tipo. Estes têm um peso molecular maior de ~ 21 kDa com uma dobragem diferente do polipeptídeo que o tipo C. As lisozimas do tipo G também clivam na mesma ligação β-1,4 glicosídica, mas usam Glu73 como o resíduo catalítico.
- I-TYPE: Esta família inclui as lisozimas de invertebrados, plantas e bacteriófagos. Estes variam em uma massa de ~ 11-15 kDa devido a variações em sua sequência de aminoácidos em diferentes invertebrados, bem como nas mesmas espécies (isoformas). Ao contrário das lisozimas do tipo C, sua estrutura não contém ligações de dissulfeto. Seus aminoácidos catalíticos variam por exemplo, resíduos de Glu e ASP. Curiosamente, as lisozimas do tipo I também possuem atividade da quitinase digerindo a quitina.
Quais são seus aplicativos?
O papel antibacteriano da lisozima e o grande número de suas fontes naturais disponíveis tornaram essa enzima um centro de interesse em diferentes aplicações. O ovo de galinha é a sua fonte mais rica e facilmente acessível, é amplamente explorada para usos práticos. A lisozima é empregada em medicina como um antibiótico alternativo para tratar e prevenir infecções bacterianas resistentes a antibióticos tradicionais. Durante a cicatrização de feridas, os curativos revestidos com lisozimas ajudam a prevenir a infecção na ferida. Ele também serve aplicações biomédicas, como na remoção de biofilmes acumulados nos implantes do corpo. Em ambientes de laboratório, a lisozima é útil para coletar as proteínas periplásmicas de bactérias, por exemplo, E. colipor lise. Além disso, muitas indústrias de alimentos e bebidas utilizam lisozimas como conservante de alimentos para aumentar a vida útil de seus produtos. Além disso, a lisozima também encontra suas aplicações no setor agrícola para proteção contra culturas.
