Dômyselná ochrana baktérií v smrtiacom prostredí žalúdka  
Naši nepozvaní hostia – patogénne baktérie. V snahe čo najpohodlnejšej reprodukcie „vynašli“ spôsob, ako aj v žalúdku využívať substrát a nebyť pritom rušené – ničené žalúdočnou kyselinou. Ochranu pred ňou im poskytuje nepatrný proteín.

 

James Bardwell, profesor molekulárne, bunkovej a vývojovej biológie Michiganskej univerzity

Súčasťou žalúdočnej sliznice sú roztrúsené špeciálne (parietálne) bunky, ktoré denne vyprodukujú veľké množstvo (2,5-3 l) žalúdočnej kyseliny. Je to extrémne  kyslý roztok, s veľmi nízkym pH v rozmedzí 1 až 3. Chemická analýza preukázala hlavne kyselinu chlorovodíkovú (HCl) a koncentrovaný roztok chloridu draselného (KCl) a chloridu sodného (NaCl). Je dôležitou esenciou pri procese trávenia bielkovín, tým, že transformuje tráviaci enzým pepsinogén na jeho aktívnu formu pepsín. Zároveň pôsobí ako protibakteriálna bariéra – zneškodňuje mikroorganizmy priživujúce sa na našej skonzumovanej potrave.  

 

 
Vajíckové proteiny stratili pôvodnú štruktúru pôsobením zvýšenej teploty. Navzájom sa zhlukli do tuhej hmoty, denaturovali do formy chutného volského oka.

Ako vlastne silná kyselina baktérie zabíja? Extrémna kyslosť ničí bielkoviny v živých bunkách - deštruuje štruktúru ich priestorového usporiadania a spôsobuje ich zrážanie (denaturácia proteínov – vysvetlenie v závere článku). Bunka s nefunkčnými proteínmi nie je schopná ďalšej existencie. Analogický proces dobre poznáme z kuchyne pri tepelnej úprave vajíčka. Pôvodne zvinutá štruktúra vajíčkových proteínov sa pri vysokej teplote rozvinie a jednotlivé bielkoviny sa spájajú do zhlukov, čím nielen vytvárajú tuhú hmotu, ale navždy strácajú svoju funkčnosť. Taký istý osud čaká bielkoviny aj vo veľmi kyslom, či veľmi zásaditom prostredí - napríklad v žalúdku v prítomnosti žalúdočných štiav. Takže aj všetky organizmy, ktoré skonzumujeme v našom tráviacom trakte hynú. Až na tie, ktoré si v procese fylogenézy vytvorili vhodný ochranný mechanizmus:

Baktériám, ktoré spolu so stravou skonzumujeme, sa ich periplazmatický priestor (viď. obrázok) veľmi rýchlo okysľuje. Následkom je znehodnotenie a zhlukovanie periplazmatických proteínov. Avšak patogénne baktérie, ku ktorým patria napríklad aj enterobaktérie E. coli, či Shigella, sa dokážu pôsobeniu žalúdočnej kyseliny ubrániť. Molekulovým štítom je malá periplazmatická bielkovina nazvaná HdeA, chrániaca ostatné periplazmatické proteíny pred deštrukciou. Samozrejme, že podobne ako iné bielkoviny, aj tento drobec podlieha zmenám v prítomnosti kyseliny a čiastočne rozvinuje svoju kompaktnú priestorovú štruktúru. Prechádza pritom z dimérovej na monomérnu formu, čo – na rozdiel od ostatných bielkovín – prebúdza jeho aktivitu. Predtým navzájom previazané časti reťazca aminokyselín sa uvoľnia a pripájajú sa k reťazcom ostatných bielkovín, ktoré sa pôsobením kyseliny tiež rozvinuli. Takto sa vlastne HdeA včleňuje do štruktúry iných, nízkym pH ohrozených kolegýň a chráni ich pred denaturáciou – bráni im sa zhlukovať a  tak navždy stratiť funkčnosť. Takže hoci kyslé prostredie žalúdočných štiav bežne proteíny ničí, HdeA „prebúdza“ do ochrannej aktivity.

 

Zvětšit obrázek
Periplazmatický priestor je u gramnegativných bakterií (napríklad u E.coli) priestor medzi vnútornou cytoplazmatickou membránou a vonkajšou membránou.

Proteín HdeA je jedným z najmenších známych molekulových ochrancov (unifikovaná atómová hmotnostná konštanta = 9,7kDa). V neutrálnom prostredí, pri pH = 7, keď jeho štruktúra je zvinutá (pozri vysvetlenie pod článkom), je neaktívny. Baktéria si ho však vytvára v dostatočnom množstve aj v takých pohodových podmienkach, pretože zaktivovanie už hotového proteínu HdeA trvá len zlomky sekundy. Práve táto okamžitá reakcia je pre baktériu životne dôležitá. Je totiž nepomerne rýchlejšia, než by si bunka mala začať ochranný proteín vytvárať pomocou prepisu z génového programu až v prípade vonkajšej zmeny prostredia. HdeA nie je jediným ochrancom svojho druhu, ale zaujíma svoje miesto v širokej skupine na stres reagujúcich proteínov (stress-sensing proteins), ktoré sa aktivujú, ak vonkajšie podmienky sú pre organizmus nepriaznivé. 


"Rovnako ako plastové obaly zabraňujú cukríkom sa vlhkom zlepiť dohromady, HdeA zabraňuje bielkovinám s rozvoľnenou vnútornou štruktúrou sa spájať a vytvárať zhluky", hovorí James Bardwell, profesor molekulárne, bunkovej a vývojovej biológie Michiganskej univerzity a vedecký pracovník Lekárskeho ústavu Howarda Hughesa, šéf autorského tímu odborného článku Structural plasticity of an acid-activated chaperone allows promiscuous substrate binding, uverejneného 23. marca v Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

   

3D terciálna makromolekulová štruktúra proteínu HdeA. 

Ilustrácia: University of Michigan

Pod vplyvom vysokej teploty, ionizujúceho žiarenia,
či pôsobenia silných kyselín a zásad dochádza
k denaturácii bielkovín – k zmene priestorového
usporiadania jej peptidových reťazcov. Bielkovina
stráca svoju biologickú funkciu v organizme.
(eapbiofield.wikispaces.com)

 

Bielkoviny (proteíny) si bunka vytvára tak, že za sebou spája aminokyseliny do dlhých reťazcov presne podľa programu „zapísanom“ v príslušnom géne. Takýto reťazec aminokyselín sa rýchlo začne rôzne ohýbať a zvinovať sa do kompaktného výsledného tvaru, nazývaného odborne terciálna štruktúra, či konformácia – definitívna priestorová štruktúra. Toto zvinutie nie je samozrejme náhodné, regulujú ho príťažlivé a odpudivé sily medzi kladnými a zápornými elektrickými nábojmi atómov v molekulách. Keď sa navzájom opačné náboje k sebe priblížia na maximálnu mieru, molekula bielkoviny je v stave najnižšej potenciálnej energie. Vysoká teplota, extrémne nízke, či vysoké pH, ionizujúce žiarenie, koncentrované roztoky anorganických solí, či organické rozpúšťadlá však takto usporiadanú priestorovú štruktúru narúšajú. Bielkovinu tým znefunkčnia.


Zdroj: University of Michigan/news/

Datum: 30.03.2009 00:40
Tisk článku


Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace