Lysozymer: struktur, verkan och betydelse i det medfödda immunförsvaret

Lysozymer: djupgående guide till struktur, verkan och roll i det medfödda immunförsvaret — hur dessa antibakteriella enzymer i saliv, tårar och sekret skyddar oss.

Lysozymer är en viktig del av det medfödda immunförsvaret. De är enzymer som förekommer rikligt i kroppens ytliga barriärer och i sekret som saliv, tårar, mjölk och slem. Genom att bryta ner komponenter i mikroorganismers cellväggar bidrar lysozymer till att skydda mot infektioner orsakade av bakterier, men de har även påverkan på vissa virus och svampar, antingen direkt eller genom att förstärka andra delar av immunförsvaret.

Namnet lysozym myntades 1922 av Alexander Fleming (1881–1955), mest känd för upptäckten av penicillin. Fleming upptäckte lysozymets antibakteriella effekt när han behandlade bakteriekulturer med nässlem från en förkyld patient, vilket bidrog till insikten att kroppen själv har kemiska försvarsmekanismer i sina separationer.

Struktur och typiska egenskaper

Lysozymer i den så kallade c-typen (såsom äggvite- och människans lysozym) är små proteiner, vanligtvis omkring 129 aminosyror (ca 14 kDa). Dessa lysozymer är stabiliserade av disulfidbryggor och har en tydligt veckad tredimensionell struktur. Historiskt är lysozym särskilt betydelsefullt inom proteinstrukturforskning: det var en av de första proteinerna vars struktur kunde bestämmas med röntgendiffraktion och det var det första enzym som fullständigt sekvenserades och som innehöll alla tjugo vanliga aminosyror. På grund av sin storlek och tydliga funktion har lysozym också blivit ett viktigt modellprotein för att förstå hur enzymer påskyndar kemiska reaktioner genom sin struktur.

Verkningsmekanism

Lysozym katalyserar hydrolys av glycosidbindningar i peptidoglykanen, den huvudsakliga komponenten i bakteriens cellvägg. Mer precist klyver lysozym beta-1,4-bindningen mellan N-acetylmuraminsyra och N-acetylglukosamin i peptidoglykanets sockerpolymerer. Därigenom försvagas cellväggen, vilket kan leda till bakteriens lys (sprängning) vid osmotiskt tryck. Enzymernas aktiva centrum är väl studerat; klassiska katalytiska rester (t.ex. Glu35 och Asp52 i äggvite-lysozym) deltar i protonöverföring och stabilisering av övergångstillståndet.

Lysozym är särskilt effektivt mot grampositiva bakterier eftersom deras peptidoglykan ligger exponerad och lätt tillgänglig för enzymet. Exempel på känsliga släkten är Bacillus och Streptococcus. Gramnegativa bakterier har ofta ett yttre membran som skyddar det underliggande peptidoglykanlagret, vilket gör dem mindre känsliga för lysozym om inte detta yttre skikt först störs.

Var i kroppen och i cellerna

Förutom att finnas fritt i olika kroppsvätskor återfinns lysozym i celler som del av den intracellulära försvarsmekanismen. Enzymet finns i cytoplasmatiska granuler hos fagocyter såsom makrofager och granulocytneutrofiler, där det bidrar till nedbrytning av uppslukade bakterier i fagosomer och lysosomer.

Betydelse för immunförsvaret och fysiologi

Som en komponent i det medfödda immunförsvaret utgör lysozym en snabb, icke-specifik första försvarslinje mot mikroorganismer vid ytor och slemhinnor. I bröstmjölk bidrar lysozym till nyfödda barns skydd mot tarm- och luftvägsinfektioner. I samband med sår och inflammation kan både mängd och aktivitet av lysozym påverka läkningsprocessen genom antimikrobiell aktivitet och samspel med andra immunologiska faktorer.

Klinisk och praktisk användning

Lysozym används inom forskning som ett mycket välkarakteriserat modellezym. Inom livsmedelsindustrin används lysozym, framställd från äggvita, som konserveringsmedel för att hämma tillväxt av vissa grampositiva bakterier i produkter som ost. I kliniska sammanhang kan lysozymnivåer i serum eller sekret mätas som en indikator på vissa inflammatoriska eller myeloida tillstånd, och enzymet ingår i studier om värdförsvar och läkemedelsutveckling.

Bakteriers motstrategier

Många bakterier har utvecklat mekanismer för att minska sin känslighet för lysozym. Exempel är modifiering av peptidoglykanen (t.ex. O-acetylering), uttryck av specifika lysozyminhibitorer, bildande av biofilm och, för gramnegativa arter, ett yttre membran som hindrar enzymets tillträde. Sådana anpassningar kan påverka hur effektivt lysozym fungerar i olika miljöer och har betydelse för infektionsförlopp och behandling.

Sammanfattning: Lysozymer är små, välstuderade enzymer som spelar en central roll i kroppens omedelbara försvar mot mikroorganismer. Deras förmåga att klyva peptidoglykan gör dem särskilt verksamma mot grampositiva bakterier, och deras utbredda förekomst i sekret och fagocyter gör dem till en viktig del av det medfödda immunförsvaret. Samtidigt driver samspelet mellan värdens lysozym och mikroorganismer utveckling av olika bakteriella försvarsmekanismer, vilket är en aktiv forskningsfråga med kliniska och industriella tillämpningar.

Frågor och svar

F: Vad är lysozym?

F: Vem myntade termen "lysozym"?

F: Var finns lysozym?

F: Hur fungerar lysozym?

F: Vilken var den första proteinstrukturen som löstes med hjälp av röntgendiffraktion?

F: Var det också det första enzymet som sekvenserades?

F: Vart ledde det här arbetet?

Sök med bokstav