Toksyna cholery (Cholera Toxin)
David S. Goodsell, tłum. Filip Gołębiowski | 2008-04-25
Bakterie nie powstrzymują pięści, kiedy walczą we własnej obronie. Niektóre z nich tworzą toksyny tak silne, że pojedyncza cząsteczka jest w stanie zabić całą komórkę. Jest to o wiele bardziej efektywne niż chemiczne trucizny, takie jak cyjanek czy arszenik. Chemiczne trucizny atakują ważne dla komórki cząsteczki, jedna po drugiej, tak że wiele, wiele cząsteczek cyjanku jest potrzebnych by uśmiercić komórkę. Bakteryjne toksyny wykorzystują dwie strategie, aby stać się o wiele bardziej zabójczymi.
Budowanie zabójczej toksyny
Pierwszym krokiem do zbudowania niezwykle zabójczej toksyny jest stworzenie mechanizmu celowniczego, który pozwala na dostarczenie toksyny do pechowej komórki. Toksyna cholery, pokazana na rysunku obok, z rekordu PDB 1xtc, ma pierścień pięciu identycznych łańcuchów białkowych, oznaczonych kolorem niebieskim, które wiążą się do węglowodorów na powierzchni komórek. Dzięki temu dostarczany jest toksyczny, oznaczony kolorem czerwonym, fragment cząsteczki do komórki, gdzie może zacząć siać spustoszenie.
Drugim krokiem jest wykorzystanie toksycznego enzymu, zamiast chemicznego związku. Enzymy są stworzone by przeprowadzać reakcję za reakcją, przeskakując od jednej cząsteczki do kolejnej, dokonując zmian chemicznych w wielu kopiach substratu. Tak więc jeden enzym może przereagować z całą komórką pełną cząsteczek. W ten sposób funkcjonuje toksyna cholery, kiedy już dostanie się do komórki. Jej toksyczny fragment skacze z molekuły na molekułę, deaktywując jedną po drugiej tak długo, aż cała komórka zostanie zabita.
Toksyna cholery *w akcji*
Katalityczna część toksyny wykonuje jedną funkcję: poszukuje białek G, zaangażowanych w przekaz sygnałów wewnątrzkomórkowych i przyczepia do nich cząsteczkę ADP (więcej informacji na temat białek G w oryginalnym Molecule of the Month, Marzec 2004). To przekształca białko G w nieustannie aktywną formę, przez co wysyła ono niekończące się sygnały. To wprowadza chaosu w komórce która, między innymi, zaczyna transportować na zewnątrz wodę i jony sodowe. Uchodząca woda zalewa jelito i prowadzi do zagrażającemu życiu odwodnienia.
Przerażające toksyny
Dwuczęściowa strategia działania wykorzystywana przez toksynę cholery jest efektywna tak bardzo, iż jest używana przez wiele różnych organizmów, które chcą się bronić. Kilka przykładów z bazy PDB jest tu pokazanych, z fragmentem celowniczym na niebiesko i toksycznym enzymem w kolorze czerwonym. Składają się na nie enterotoksyna z E. coli (rekord PDB 1ltb), która wygląda oraz działa jak toksyna cholery i jest przyczyną problemów jelitowych podczas podróży. Toksyna krztuśca (rekord PDB 1prt), jest tworzona przez bakterię która powoduje koklusz i także atakuje ścieżkę sygnałową
białka G.
Toksyna dyfterytu (rekord PDB 1mdt) jest syntetyzowana jako jeden łańcuch, a później jest cięta, tak by tworzyć dwuczęściową toksynę po uwolnieniu z komórki. Zatrzymuje syntezę białka w komórkach, atakując jeden z czynników elongacyjnych.
Rycyna (rekord PDB 2aai) jest potężną toksyną stworzoną przez krzew Rącznika pospolitego. Kiedy dostanie się do komórki, blokuje syntezę białka, bezpośrednio atakując rybosomy. Po więcej informacji o toksynach z perspektywy genomiki, zobacz stronę Protein of the Month at the European Bioinformatics Institute.
Odkrywanie struktury
Struktura 1ltt w bazie PDB prezentuje w jaki sposób enterotoksyna z E.coli odnajduje docelową komórkę w jelicie. Struktura zawiera pięć cząstek laktozy, pokazanych na dole rysunku w formie modelu sferowego, związanych do części kotwiczącej toksyny. Węglowodorowe łańcuchy na powierzchni komórki będą się wiązać w tych samych miejscach kiedy toksyna przyłącza się do niej. Możesz także zobaczyć jak toksyczna część jest aktywowana. Składa się z długiej, rozciągniętej części (kolor jasnoróżowy), która kotwiczy łańcuch w części celującej. Kiedy toksyna jest aktywowana, mała pętla łącząca te części musi się rozłączyć i wiązanie disiarczkowe musi zostać zerwane (w miejscu wskazanym przez gwiazdkę) by uwolnić toksyczną część (kolor ciemnoróżowy) do wnętrza komórki. W tej strukturze mała pętla jest nieuporządkowana, dlatego łańcuch wygląda jakby już był zerwany.
Ten obraz został stworzony programem RasMol. Możesz sam odkrywać te struktury klikając na kod i wybierając jedną z opcji w panelu *View Structure*.
Lista wpisów bazy PDB związanych z toksyną cholery wyznaczona przeszukiwaniem FASTA na dzień 25 września 2005 jest dostępna tutaj. Po więcej informacji na temat toksyny cholery kliknij tutaj.
Oryginalna podstrona w "Molecule of the Month", by David S. Goodsell: Cholera Toxin.
Dodatkowe informacje na toksyny cholery i innych bakteryjnych toksyn:
R.-G. Zhang, D. L. Scott, M. L. Westbrook, S. Nance, B. D. Spangler, G. G. Shipley and E. M. Westbrook. (1995) The Three-Dimensional Crystal Structure of Cholera Toxin. Journal of Molecular Biology 251, 563-573.
T. K. Sixma, S. E. Pronk, K. H. Kalk, B. A. M. vanZanten, A. M. Berghuis, W. G. J. Hol. (1992) Lactose Binding to Heat-Labile Enterotoxin Revealed by X-ray Crystallography. Nature 355, 561-564.