Лизоцим — фермент врождённого иммунитета¶
Лизоцим (muramidase, КФ 3.2.1.17) — фермент класса гидролаз, расщепляющий пептидогликан клеточной стенки бактерий, тем самым вызывая их лизис. Впервые открыт Александром Флемингом в 1922 году в слезах, носовой слизи и яичном белке. Лизоцим является важнейшим компонентом врождённого (неспецифического) иммунитета человека и животных, а также растений. В организме человека содержится в слюне, слезах, слизи носоглотки, молоке, крови, поте, грудном молоке, гранулах нейтрофилов и макрофагов.
¶Структура
Лизоцим относится к семейству гликозил-гидролаз. У человека ген LYZ расположен на 12-й хромосоме и кодирует белок из 130 аминокислот молекулярной массой около 14,3 кДа. Кристаллическая структура лизоцима куриного яйца была определена Дэвидом Чипмэн-Филлипсом в 1965 году и стала одной из первых решённых структур фермента. Активный центр содержит два ключевых остатка — глутамат 35 и аспарт 52, участвующие в катализе гидролиза β-1,4-гликозидной связи между N-ацетилмурамовой кислотой (NAM) и N-ацетилглюкозамином (NAG) пептидогликана. Вторичная структура представлена преимущественно альфа-спиралями (около 40 %) и бета-поворотами.
¶Механизм действия
Лизоцим катализирует гидролиз β-1,4-гликозидных связей между остатками N-ацетилмурамовой кислоты и N-ацетилглюкозамина в полисахаридной цепи пептидогликана — основного структурного компонента клеточной стенки грамположительных бактерий. Разрушение полисахаридного каркаса приводит к повышению осмотического давления внутри клетки и её лизису. Грамотрицательные бактерии устойчивее к действию лизоцима из-за наличия наружной мембраны, которая ограничивает доступ фермента к пептидогликану; однако при повреждении мембраны (например, под действием хелатирующих агентов или антител) они становятся чувствительными.
¶Распространённость в организме
Лизоцим присутствует практически во всех биологических жидкостях и тканях человека:
- Слюна и слёзы — концентрация достигает сотен микрограммов на миллилитр, обеспечивая защиту полости рта и глаз.
- Носоглоточная слизь — первый барьер против вдыхаемых патогенов.
- Грудное молоко — высокая концентрация лизоцима (до 700 мкг/мл вcolostrum) обеспечивает пассивный иммунитет новорождённых.
- Кровь — основной источник в сыворотке — нейтрофилы (фермент хранится в азурофильных гранулах), макрофаги, моноциты. Нормальная концентрация в сыворотке крови — 4–13 мкг/мл.
- Почки — лизоцим выводится с мочой, его уровень повышается при повреждении почечных канальцев.
¶Классификация
По химической природе лизоцимы делятся на:
- C-типа (классические, куриный белок, человеческий) — наиболее изученные.
- G-типа — встречаются у грибов и бактерий.
- I-type — обнаружены у беспозвоночных.
- P-type — лизоцимы растений (пшеница, кукуруза).
- Q-type — лизоцимы квиноа.
- T-type — бактериальные лизоцимы (фаговые).
¶Роль в иммунитете
Лизоцим выполняет несколько функций в системе врождённого иммунитета:
- Прямая антибактериальная активность — гидролиз пептидогликана.
- Иммуномодуляция — лизоцим способен модулировать выработку цитокинов, влияя на активацию нейтрофилов и моноцитов.
- Противовирусная активность — некоторые исследования показывают способность лизоцима инактивировать вирусы с липидной оболочкой (грипп, ВИЧ), хотя клиническое значение этого эффекта остаётся предметом дискуссий.
- Участие в апоптозе — лизоцим может индуцировать гибель опухолевых клеток in vitro.
¶Применение
¶Медицина и фармацевтика
Лизоцим применяется в качестве противовоспалительного и антимикробного препарата. В России лизоцим (препарат «Лизоцим», «Мурамилаза») зарегистрирован для лечения воспалительных заболеваний горла, стоматитов, пародонтоза, а также в офтальмологии. Используется в составе леденцов и таблеток для рассасывания.
¶Пищевая промышленность
Лизоцим Е1105 выделен из куриного белка и используется как консервант в производстве сыров (особенно сыров с плесенью), виноделии и мясопереработке. В Европейском союзе разрешён к использованию в качестве пищевой добавки. В России использование лизоцима в пищевой промышленности регулируется техническими регламентами Таможенного союза.
¶Биотехнология
Лизоцим применяется в лабораторной практике для разрушения клеточных стенок бактерий при выделении ДНК и белков, а также в составе ферментных коктейлей для получения протопластов.
¶Лизоцим у других организмов
Лизоцим обнаружен у большинства позвоночных, беспозвоночных (моллюски, насекомые), растений (бактерицидные белки семян) и даже бактерий (защита от бактериофагов). У пчёл лизоцим входит в состав мёда, что объясняет его бактерицидные свойства. У растений лизоцим играет роль в защите от фитопатогенов.
¶История
Александр Флеминг в 1922 году описал бактерицидное вещество из слез и носовой слизи, назвав его «лизоцим» (от греч. lysis — разрушение и zyme — фермент). В 1928 году Флеминг показал, что лизоцим действует на бактерии Micrococcus lysodeikticus. В 1965 году структура лизоцима была решена рентгеноструктурным анализом, что сделало его одним из модельных объектов энзимологии. Открытие лизоцима предшествовало открытию пенициллина Флемингом в 1928 году.
¶Источники
- Флеминг А. «On a remarkable bacteriolytic element found in tissues and secretions» // Proc. R. Soc. Lond. B, 1922.
- Chipman D.M., Sharon N. «Mechanism of lysozyme action» // Science, 1969.
- Calvo R., et al. «Lysozyme: a model protein for structural and functional studies» // Biochimie, 2015.
- «Лизоцим: биохимия и физиология» / под ред. В. Т. Маргулис. — М.: Наука, 2000.
- ВОЗ/ФАО. «Evaluation of certain food additives» — доклады Комитета экспертов по пищевым добавкам.