Lüsosüüm: mis see on, toimemehhanism ja roll immuunsüsteemis

Lüsosüümid on osa kaasasündinud immuunsüsteemist. Need on ensüümid, mis esinevad limasekretsioonides, näiteks süljes, ning kaitsevad nakkuste eest tükeldades loomi nakatavaid baktereid, viirusi ja seeni. Lüsosüüm on seega üks organismi kiiremaid ja universaalsemaid esmase kaitse vahendeid, mis töötab enne spetsiifilist immuunvastust.

Nimetuse "lüsosüüm" lõi 1922. aastal penitsilliini avastanud Alexander Fleming (1881-1955). Fleming täheldas esimest korda lüsosüümi antibakteriaalset toimet, kui ta käsitles bakterikultuure külmetushaigete patsientide nina lima abil. See avastus aitas selgitada, miks paljud limasekretsioonid ja pisarad hoiavad mikroobide arvu madalana.

Mida lüsosüüm täpsemalt teeb ja kuidas ta töötab

Toimemehhanism: lüsosüüm lõhustab bakterite rakuseintes leiduvat peptidoglükaani (mureiin) struktuuri. Keemiliselt lõikab ta β(1→4)-glükosiidsidemeid N‑atsetüülmuramiinhappe (NAM) ja N‑atsetüülglükosamiini (NAG) vahel, mis nõrgestab ja lõpuks lõhub rakuseina, põhjustades bakteriraku lüüsimist.

Parim teadaolev mudel pärineb kanamuna valgest pärit lüsosüümist (hen egg‑white lysozyme): selle aktiivses keskmes osalevad oluliselt aminohapped Glu35 ja Asp52, mis toimivad vastavalt happe‑ ja aluse rollis ning stabiliseerivad üleminekuolekut, mis viib sideme lõhkumiseni. See on näide ensüümist, mis kiirendab keemilist reaktsiooni, pakkudes sobivat keemilist keskkonda ja orientatsiooni reagendile.

Kus lüsosüümi leidub ja miks see on eriti tõhus Gram‑positiivsete bakterite vastu

Lüsosüümi esineb paljudes kehaeritistes, näiteks pisarates, süljes, piimas ja limas. Samuti leitakse seda fagotsüütide rakkudes, näiteks makrofaagide ja granulotsüütide neutrofiilide tsütoplasmagranulites, kust see vabastatakse mikroobide fagotsüteerimisel.

Gram‑positiivsete bakterite»» eelis: Gram‑positiivsetel bakteritel on paks peptidoglükaankest, mis on lüsosüümile kergesti ligipääsetav, seega tekitab see neile tugeva tundlikkuse. Gram‑negatiivsetel bakteritel takistab lüsosüümi toimet väliskesta (outer membrane) olemasolu, mistõttu need on üldiselt vähem tundlikud; nende vastu saab lüsosüümi toimet suurendada koos ainega, mis kahjustab väliskesta (näiteks EDTA).

Roll immuunsüsteemis ja täiendavad funktsioonid

• Esmane kaitse — lüsosüüm toimib kiirelt välise kaitsejoonena, vähendades mikroobide koormust limaskestadel ja nahapindadel.
• Töösünergia — lüsosüüm toimib koos teiste piimhappe, laktoferriini, antikehade ja komplemendisüsteemiga, tugevdades mikroobivastast vasteid.
• Fagotsütoosi abistamine — fagotsüüdid kasutavad lüsosüümi, et hävitada fagotsüteeritud mikroobe lüsosoomides.
• Immunomodulatsioon — lisaks otsesele mikroobide lüsile võib lüsosüüm mõjutada põletikureaktsioone ja kudede paranemist.

Struktuur ja teaduslik tähtsus

Lüsosüüm oli üks esimeseid valke, mille struktuuri ja omadusi põhjalikult uuriti: see oli teine teadaolev valgu struktuur ja esimene ensüümi struktuur, mis lahendati röntgendifraktsioonimeetoditega. See oli esimene täielikult sekveneeritud ensüüm, mis sisaldab kõiki kakskümmend tavalist aminohapet. Tänu lihtsale ja hästi korraldatud struktuurile on lüsosüüm olnud tähtis mudelvalk molekulaarbioloogias ja ensümoloogia algusaastatel. Sellest saadud teadmised aitasid selgitada, kuidas ensüümid kiirendavad keemilisi reaktsioone oma kolmemõõtmelise aktiivkeskuse abil.

Kliiniline ja tööstuslik kasutus, resistentsus ja diagnostika

Lüsosüümi kasutatakse mitmel viisil:

• toiduainetetööstuses loodusliku säilitusainena (eriti piimatoodetes ja juustus),
• kosmeetikas ja krooniliste haavade hoolduses antibakteriaalse komponendina,
• laboris kui mudelensüüm ja biokeemiliste uuringute reagent.

Mõned mikroorganismid on välja arendanud kaitsemehhanisme: peptidoglükaani modifikatsioon (nt O‑atseetüleerimine), lüsosüümi inhibiitorid (näiteks Ivy‑tüüpi valgud) või barjäärid, mis takistavad ligipääsu, vähendavad lüsosüümi efektiivsust.

Diagnoosilises meditsiinis võib seerumi lüsosüümi tase mõnikord olla tõusnud granulomatoossete haiguste (nt sarkoidoos) ja teatud leukeemiate puhul, kuid selle tõlgendamisel tuleb arvestada konteksti ja muid laboriparameetreid.

Lühike kokkuvõte

Lüsosüüm on väike, laialt levinud ensüüm, mis mängib olulist rolli kaasasündinud immuunsüsteemis, kaitstes keha algtasandi infektsioonide eest. Tema lihtne ja hästi mõistetav struktuur ning selge toimemehhanism on teinud lüsosüümist ühe põhilise mudeliensüümi biokeemias ja molekulaarbioloogias.

Küsimused ja vastused

K: Mis on lüürika?

K: Kes on lütsosüümi mõiste välja mõelnud?

K: Kus võib lüsosüümi leiduda?

K: Kuidas lüsosüüm toimib?

K: Milline oli esimene röntgendifraktsioonimeetodil lahendatud valgu struktuur?

K: Kas see oli ka esimene ensüüm, mille järjestus määrati?

K: Milleks see töö viis?

Otsing