Lysozym

Lysozym (EC 3.2.1.17) gehört zur Klasse der Glycosid-Hydrolasen, ist ein alkalisches Enzym, das Mukopolysaccharide in pathogenen Bakterien hydrolysiert. Der systematische Name dieser Enzymklasse ist Peptidoglycan N-Acetylmuramoylhydrolase. Weitere gebräuchliche Namen sind Muramidase, Globulin G, N-Acetylmuramid Glycanhydrolase und so weiter. Lysozym wurde erstmals 1922 identifiziert, als Alexander Fleming ein Enzym in menschlichen Tränen und Speichel fand, das die Zellwand von Bakterien auflösen kann. Aufgrund seiner Lysozym-Wirkung nannte er es Lysozym. Seitdem haben Menschen Lysozym in verschiedenen Geweben und Sekreten von Menschen und Tieren sowie in bestimmten Pflanzen und Mikroorganismen gefunden. Es ist auch möglich, Lysozym aus Pflanzen wie Feigen, Gerste und Kohl zu isolieren.

Klassifikation

Lysozym wird in zwei Hauptkategorien unterteilt, je nach den Mikroorganismen, auf die es wirkt, einschließlich Bakterienzellwand-Lysozym und Pilzzellwand-Lysozym. Pilzzellwand-Lysozyme umfassen Hefe-Zellwand-Lysozym und Schimmelpilz-Zellwand-Lysozym. Je nach ihren unterschiedlichen Quellen können sie in tierisches Lysozym, pflanzliches Lysozym und mikrobielles Lysozym unterteilt werden.

Struktur

Lysozym ist das am besten untersuchte Enzym. Das erste, das die 3D-Struktur auflöste, ist die Struktur des Lysozyms aus Hühnereiweiß, die 1965 berichtet wurde. Es ist ein Protein mit einer einzelnen Peptidkette, das aus 129 Aminosäureresten besteht, und 4 Paare von Cystein im Molekül bilden 4 S-S-Bindungen. Das Lysozym-Molekül ist elliptisch und hat eine Größe von 4,5 nm×3,0 nm×3,0 nm. Das Molekül enthält 25% α-Helix und einige β-Faltblatt-Strukturen. Studien haben gezeigt, dass die Oberfläche des Lysozym-Moleküls einen Spalt hat, der das Polysaccharid-Substrat aufnimmt und die aktive Stelle des Lysozyms ist. Das Innere des Lysozyms ist fast unpolar, und hydrophobe Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle in der gefalteten Konformation des Lysozyms.

Abbildung 1. Struktur des Lysozyms aus Hühnereiweiß. (Held J. 2014)

Physikochemische Eigenschaften

Lysozym ist ein basisches Protein mit einem isoelektrischen Punkt von 10,7~11,0. Seine chemischen Eigenschaften sind stabil und seine thermische Stabilität ist hoch. Die optimale Temperatur für seine Aktivität liegt bei 45~50 °C. Wenn der pH-Wert zwischen 1,2 und 11,3 liegt, bleibt die Struktur nahezu unverändert. In einer sauren Umgebung hat Lysozym eine hohe thermische Stabilität. Bei pH 4~7 kann die ursprüngliche Enzymaktivität bei 100 °C für 1 Minute aufrechterhalten werden; bei pH 3 kann es 45 Minuten bei 100 °C behandelt werden. Das Lysozym aus Hühnereiweiß hat ein Molekulargewicht von 14000. Der isoelektrische Punkt liegt bei 11,1, und die optimale bakterienhemmende Temperatur beträgt 50 °C. Der optimale pH-Wert dieses Enzyms liegt bei 7. Die ursprüngliche Enzymaktivität bleibt erhalten, aber das Enzym ist in einer alkalischen Umgebung weniger thermisch stabil. Unter trockenen Bedingungen kann Lysozym lange bei Raumtemperatur gelagert werden. Sein reines Produkt ist weiß oder gelblich oder gelbe Kristalle oder amorphes Pulver, geruchlos, süß, wasserlöslich, leicht durch Alkalien zerstört, unlöslich in Aceton und Ether, usw.

Katalytischer Mechanismus

Das Substrat von Lysozym ist die Peptidoglycan-Zellwand von grampositiven Bakterien, die die Zellwand zerstört, indem sie die β(1→4)-Glycosidbindung zwischen abwechselnden Einheiten von N-Acetylmuraminsäure und N-Acetylglucosamin schneidet. Die aktiven Stellen des Lysozyms aus Hühnereiweiß sind Asp52 und Glu35. Das terminale Proton von Glu35 wird auf das Sauerstoffatom der Glycosidbindung zwischen zwei benachbarten Zuckerrückständen übertragen, wodurch die Glycosidbindung geschnitten und ein Carbeniumion erzeugt wird. Die positive Ladung des Carbeniumions wird durch die negative Ladung von Asp52 stabilisiert, bis ein Hydroxidion an das positive Kohlenstoffatom gebunden ist, und dann wird Glu35 reprotoniert.

Anwendung

Lysozym wird heute in der Lebensmittel- und Medizinindustrie weit verbreitet eingesetzt. Als nicht-toxisches, nebenwirkungsfreies Protein kann Lysozym als natürliches Lebensmittelkonservierungsmittel verwendet werden. Es wird häufig zur Konservierung von Meeresfrüchten, Fleischprodukten, Kuchen, Sake, Kochwein und Getränken eingesetzt. Es kann auch Milchpulver zugesetzt werden, um Kuhmilch zu emulgieren, um das Überleben von Verderb mikroorganismen im Darm zu hemmen. Als unspezifischer Immunfaktor, der in normalen menschlichen Körperflüssigkeiten und -geweben vorkommt, hat es antibakterielle, antivirale und antitumorale Wirkungen, die als natürliche antimikrobielle Materialien verwendet werden können. Darüber hinaus hat Lysozym die Funktion, die Struktur der bakteriellen Zellwand zu zerstören, und wird verwendet, um mit G+-Bakterien umzugehen und Protoplasten zu gewinnen. Daher ist Lysozym ein essentielles Enzym für die Zellfusion in der Gentechnik und Zelltechnik.

Referenzen