Lüsosüümid

Lüsosüüm ehk muramidaas ehk N-atsetüülmuramiidglükaanhüdrolaas on bakterite rakuseina lüüsiv ensüüm. Lüsosüüme leidub peaaegu kõigis kõrgemates eluslooduse taksonites (nt lindudes, imetajates, taimedes, putukates) ja mõnedes viirustes (täpsemalt bakteriofaagides) ning selle bioloogiline funktsioon on organismi kaitse bakteriaalsete nakkuste eest. Inimesel esineb lüsosüümi rinnapiimas, põrnas, kopsus, neerudes, valgetes verelibledes, süljes ja pisarates ning selle sünteesi kodeerib 12. kromosoomis paiknev geen LYZ. Lüsosüümi kasutatakse toidu- ja ravimitööstuses.

Lüsosüümi kristallid vaadatuna Nikon SMZ800 mikroskoobist läbi lineaarselt polariseeriva filtri. Polariseeriv filter annab lihtsa võimaluse eristada valgu kristalli soolakristallist, kuna valgu kristall on valguse suhtes enamikul juhtudel anisotroopne, soolakristallid tihti mitte

Avastamine

Kuigi kana munavalges olevat lüsosüümi kirjeldas esimesena Pjotr Laštšenko aastal 1909, peetakse selle avastajaks Alexander Flemingut, kes täheldas 1921. aastal, et nasaalne lima pärsib kultiveeritud bakterite kasvu. Täpsema uurimise järel ilmnes, et seda põhjustab limas sisalduv valk, millel on baktereid lagundav toime. Sellest tulenevalt nimetas Fleming avastatud valgu lüsosüümiks (inglise keeles lyse – purustama, lüüsima). Hiljem tõestas Fleming lüsosüümide olemasolu ka muudes inimese sekreetides, näiteks pisarates ja süljes. Lüsosüümi avastamine ergutas Flemingut jätkama antibakteriaalsete ühendite uurimisega, tänu millele avastas ta 1928. aastal penitsilliini. 1920. aastatel leiti, et lüsosüümi esineb kana munavalges. Munavalge sisaldab lüsosüümi rohkem kui teised sekreedid ning seetõttu on sellest eraldatud lüsosüümi enim uuritud 1930. aastatel kirjeldati lüsosüüme ka paljude teiste liikide kudedes ja sekreetides.

1965. aastal kirjeldasid C. C. F. Blake et al. lüsosüümi struktuuri, kasutades röntgendifraktsiooni meetodit. Alates 1970. aastatest on lüsosüüme kasutatud säilitusainena. 1960. ja 1970. aastatel uuriti lüsosüümi kui potentsiaalset antibiootikumi.

1990. aastatel kirjeldati lüsosüümi transkriptsiooni regulatsiooni ning saadi täiendavat informatsiooni ensüümi struktuuri kohta.

Omadused ja struktuur

Lüsosüüm on väike ensüüm, mis koosneb sõltuvalt liigist üldjuhul 130–150 aminohappejäägist. Inimese lüsosüüm koosneb näiteks 129 ja kana oma 128 aminohappejäägist. Lüsosüümi molekulmass varieerub: loomadel ja bakteriofaagidel on see 14–15 kDa, taimedel 24 kDa. Lüsosüüm on stabiilne ensüüm, mis on vastupidav äärmuslikes keskkonnatingimustes. On näidatud, et munavalge lüsosüüm on happelises keskkonnas stabiilne kuni 70 °C juures. Samas, inimese rinnapiimas olev lüsosüüm laguneb kõrgel temperatuuril kiiresti. Lüsosüümi isoelektriline punkt (pI) on 10,5–11 ning see on aktiivne laias (6,1–9,0) pH vahemikus. Füsioloogilistes tingimustes on lüsosüüm ümara kujuga ja selle pinnal on piklik lõhe (ensüümi aktiivtsenter), mis seondub bakteriraku peptidoglükaankihis olevate süsivesikutega ja hüdrolüüsib nendevahelisi sidemeid.

Loomadel leidub kolme tüüpi lüsosüüme: с-tüüp, g-tüüp ja i-tüüp.

Lüsosüümi struktuur

Mehhanism

Lüsosüümi bioloogiline funktsioon on bakteri rakuseina lagundamine. Bakterite rakusein koosneb suhkruahelatest ja aminohapetest koosnevast võrgustikust (peptidoglükaankiht) ning selle ülesanne on tagada bakteriraku struktuurne tugevus. Peptidoglükaankiht tagab bakterirakuraku vastupidavuse tsütoplasma osmootsele rõhule. Lüsosüüm lagundab bakteri rakuseina peptidoglükaane, hüdrolüüsides selle koostisosade N-atsetüülglükoosamiini ja N-atsetüülmuraamhappe vahelise β-(1,4)-glükosiidsideme. Selle tulemusel muutub bakterirakk kerakujuliseks (protoblast) ja lõhkeb, kuna osaliselt lagunenud rakukest ei pea tsütoplasma osmootsele rõhule vastu. Raku lõhkemisega kaasneb 3-0-α-karboksüetüül-D-glükoosamiini, diaminopimeliinhappe, glutamiinhappe, asparagiinhappe, glükoosamiini, alaniini, seriini ja lüsiini sekretsioon.

Lüsosüüm mõjutab eelkõige grampositiivseid baktereid, kuna nendes on peptidoglükaankiht kõige välimine rakustruktuur ja seega ensüümile kergemini ligipääsetav. Gramnegatiivsetes bakterites katab peptidoglükaankihti raku välismembraan, mistõttu ei puutu see lüsosüümiga otse kokku.

C-tüüpi lüsosüümidel esineb bakterite hävitamiseks ka teine mehhanism, mis põhineb pooride moodustamisel läbi bakteriraku välismembraani.

Bakteri hävimisel lüsosüümi toimel vabaneb selle sisu (sh peptidoglükaan) peremeesrakku ning selle tunnevad ära mustrit äratundvad retseptorid (inglise keeles pattern recognition receptor, PRR).

β-(1,4)-glükosiidi sideme hüdrolüüs peptidoglükaanis

Tähtsus ja kasutamine

Lüsosüümi bioloogiline tähtsus on organismi kaitsmine bakteriaalsete nakkuste eest. Seda toodetakse eelkõige organismi sellistes piirkondades, kus on bakterite kasvuks soodsad tingimused (nt suu, veri, silmad). Lüsosüümi kui potentsiaalset antibiootikumi uuriti intensiivselt 1960.–1970. aastatel, kuid tänapäeval seda bakteriaalsete nakkuste ravis ei rakendata, kuna suure molekulmassi tõttu ei pruugi lüsosüüm ligi pääseda kõigile koes olevatele haigustekitajatele.

Lüsosüümi kasutatakse säilitusainena imiku- ja vähetöödeldud toitudes, seedeelundite, akne ja lamatiste ravimisel ning pastöriseerimata õlle tootmisel. Lisaks kasutatakse lüsosüümi antiseptikuna.