Lizozim: ključni encim prirojene imunosti, ki razkraja bakterije

Lizozim: naravni antibakterijski encim prirojene imunosti — delovanje, prisotnost v slini, solzah in mleku ter pomen za zaščito pred bakterijami in okužbami.

Lizocimi so del prirojenega imunskega sistema. To so encimi, ki so v izločkih sluzi, kot je slina. Zaščitijo pred okužbami tako, da razkosajo bakterije, viruse in glive, ki okužijo živali.

Ime "lizocim" je leta 1922 skoval Alexander Fleming (1881-1955), odkritelj penicilina. Fleming je antibakterijsko delovanje lizocima prvič opazil, ko je bakterijske kulture obdelal z nosno sluzjo bolnika s prehladom.

Lizocim je v številnih izločkih, kot so solze, slina, mleko in sluz. Prisoten je tudi v citoplazemskih granulah makrofagov in granulocitnih nevtrofilcev.

Encim deluje tako, da napada polimere v celičnih stenah bakterij, zlasti grampozitivnih bakterij, kot sta Bacillus in Streptococcus.

Lizocim je bila druga beljakovinska struktura in prva encimska struktura, rešena z metodami rentgenske difrakcije. Bil je prvi encim, ki je bil v celoti sekvenciran in vsebuje vseh dvajset običajnih aminokislin. To je bil tudi prvi encim, za katerega je bil predlagan podroben in specifičen mehanizem delovanja. To delo je privedlo do razlage, kako encimi s svojimi fizikalnimi strukturami pospešujejo kemijske reakcije.

Kaj je lizozim in katere oblike poznamo?

Lizozim (pogosto imenovan tudi lizocim) je majhen, stabilen encim, ki cepi peptidoglikan — osnovni sestavni del celične stene bakterij. Najbolj preučena oblika je hen egg white lysozyme (lizozim C), ki vsebuje približno 129 aminokislin. Obstajajo različne vrste lizozimov (npr. c‑tip, g‑tip, i‑tip), ki se pojavljajo pri različnih vrstah živali in rastlin ter imajo nekoliko različne lastnosti.

Kako deluje?

Lizozim katalizira hidrolizo beta‑1,4 glikozidne vezi med enotami N‑acetilmuraminske kisline (NAM) in N‑acetilglukozamina (NAG) v peptidoglikanu. S tem oslabi in razgradi celično steno bakterij. Ker imajo grampozitivne bakterije debelo, izpostavljeno plasti peptidoglikana, so splošno bolj občutljive na lizozim kot gramnegativne, pri katerih zunanjo plast ščiti lipopolisaharidni zunanji membranski sloj.

Pri hen egg white lizozimu sta v katalizi še posebej pomembni dve aminokislinski ostanki (pogosto navajani kot Glu35 in Asp52), ki pomagata pri prekinjanju vezi in stabilizaciji vmesnih produktov reakcije.

Kje ga najdemo v človeškem telesu in zakaj je pomemben?

• Prisoten je v zunanjih izločkih: solze, slina, nosna sluz, sluz dihalnih poti ter v materinem mleku — to pomaga preprečevati vdor mikrobov na vstopnih točkah.
• V celicah imunskega sistema: v makrofagih in nevtrofilcih, kjer prispeva k uničevanju fagocitiranih bakterij.
• Deluje kot ena od prvih linij obrambe pri okužbah in pomaga vzdrževati mikrobiološko ravnovesje na sluznicah in koži.

Klinična in praktična uporaba

• V živilski industriji: lizozim iz jajčnega beljaka se uporablja kot naravni konzervans in sredstvo za preprečevanje kvarjenja v nekaterih sirih in drugih živilih, saj zavira rast določenih bakterij.
• V medicini in laboratorijih: lizozim se uporablja v raziskavah, pri pripravi vzorcev in v nekaterih formulacijah za nego ran ali oči.
• Diagnostika: povišane koncentracije lizozima v serumu ali urinu so lahko povezane z nekaterimi vnetnimi ali hematološkimi stanji (npr. določene oblike levkemije ali vnetja), zato se včasih uporablja kot del laboratorijskih preiskav.

Odpornost bakterij in omejitve delovanja

Bakterije so razvile različne strategije za zaščito pred lizozimom, npr. spremembe v peptidoglikanu, dodatne zaščitne plasti (zunanji membrani pri gramnegativnih) ali produkcijo encimskih inhibitorjev. Nekatere bakterije tvorijo biofilme, ki dodatno zmanjšajo učinkovitost lizozima. Prav zato lizozim sam pogosto ni zadosten za izkoreninjenje vseh okužb, a je pomemben kot del večstopenjskega imunskega odgovora.

Zgodovinski pomen in vloga v biokemiji

Odkritje lizozima in njegova poglobljena strukturna analiza sta imela velik vpliv na razumevanje delovanja encimov. Ker je bila rentgenska struktura lizozima ena prvih, so raziskave pokazale, kako tri­dimenzijska oblika beljakovine omogoča katalizo specifičnih kemičnih reakcij. Lizozim je tako postal modelni encim za študij katalize, stabilnosti proteinov in evolucije obrambnih proteinov.

Zaključek

Lizozim je majhen, a izjemno pomemben del prirojene imunosti: prisoten je na mestih, kjer se stikamo z mikrobi, in pomaga omejevati njihovo razmnoževanje z direktnim razgrajevanjem njihove celične stene. Njegova preučitev je prispevala k razumevanju encimskih mehanizmov in našla praktične aplikacije v industriji in medicini, čeprav ima tudi omejitve zaradi evolucijskih prilagoditev bakterij.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je lizocim?

V: Kdo je skoval izraz "lizocim"?

V: Kje najdemo lizocim?

V: Kako deluje lizocim?

V: Katera je bila prva beljakovinska struktura, rešena z rentgensko difrakcijo?

V: Ali je bil to tudi prvi encim, pri katerem je bilo določeno njegovo zaporedje?

V: Do česa je pripeljalo to delo?

Išči po črki