Паралық нейротоксинді пептид: Пуля танасының уысының құрамы мен әсері
Poneratoxin
Понэратоксин – құмырсқа уының нейротоксинді пептиді. Жүйке жүйесін парализге түсіріп, натрий каналдарының жұмысын бұзады. Биологиялық инсектицид ретінде зерттеледі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Парализдеуші нейротоксикалық пептид
Paralyzing neurotoxic peptide
Понаратоксин – Paraponera clavata оқ құмыршасының өндіретін парализдеуші нейротоксикалық пептид. Ол кернеуге сезімтал натрий каналдарының инактивациялануын болдырмайды, соның салдарынан орталық нерв жүйесіндегі синаптық берілісті тоқтатады. Атап айтқанда, понаратоксин қаңқа бұлшық еттеріндегі кернеуге сезімтал натрий каналдарына әсер етеді, бұл параличке алып келеді, ал ноцицептивті талшықтарда – ауырсынуға. Сонымен қатар, оның биологиялық инсектицидтерде қолданылу мүмкіндігі зерттелуде.
Poneratoxin is a paralyzing neurotoxic peptide made by the bullet ant Paraponera clavata. It prevents inactivation of voltage gated sodium channels and therefore blocks synaptic transmission in the central nervous system. Specifically, poneratoxin acts on voltage gated sodium channels in skeletal muscle fibers, causing paralysis, and nociceptive fibers, causing pain. It is additionally being studied for its uses in biological insecticides.
Әрекет ету механизмі
Жалпы алғанда, пунератоксин омыртқалылар мен омыртқасыздардағы кернеуге сезімтал натрий арналарының қалыпты жұмысын бұзады. Ол қайталама оқуды және әрекет потенциалының ұзаруын тудырады, әсіресе жәндіктердің орталық нерв жүйесінде. Пунератоксин құмырсқа уытының резервуарындағы қышқыл ортаға байланысты белсенді емес күйде сақталады, бірақ көп қадамды процесс арқылы белсендірілгенде улыға айналады. Пунератоксиннің жасуша мембранасына байланысуы (кернеуге сезімтал натрий арнасына әсер ету үшін) және құмырсқа уыты резервуарындағы қышқыл ортадан нысаналық жердегі сілтілі ортаға өтуі пунератоксиннің белсендірілуіне әкелетін конформациялық өзгеріске түсуіне себеп болады. Әдетте, нейротоксин рецепторының 3-сайты орналасқан арнаның аймағы сыртқа қарай қозғалыс конформациялық өзгерісіне ұшырап, инактивацияға алып келеді. 3-сайттағы нейротоксиндер осы конформациялық өзгерісті сол жердегі қышқыл және гидрофобты аминқышқылдарымен өзара әрекеттесу арқылы болдырмайды деп саналады. Пунератоксин тегіс бұлшықеттерге баяу әсер ететін агонист ретінде қарастырылады.
Overall, poneratoxin disrupts normal function of voltage gated sodium channels in both vertebrates and invertebrates. It causes repetitive firing and prolongation of action potentials, particularly in the central nervous system of insects. Poneratoxin is in an inactive state when stored in the ant venom reservoir due to the reservoir's acidic conditions, but it becomes toxic when activated via a multistep process. The combination of poneratoxin binding to a cell membrane (in order to act upon a voltage gated sodium channel) and the movement from acidic conditions in the ant venom reservoir to basic conditions at the target site leads to poneratoxin undergoing a conformational change that activates it. Normally, the region of the channel where neurotoxin receptor site 3 is undergoes a conformational change of an outward movement to lead to inactivation. Receptor site 3 neurotoxins are proposed to prevent this conformational change via interaction with acidic and hydrophobic amino acid residues at that site. Poneratoxin is considered as a slow acting agonist for smooth muscles.
Құрылымы
Понератоксин пептиді Paraponera clavata-ның у резервуарында белсенді емес 25 қалдық пептидінде (аминоқышқылдар тізбегі FLPLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) сақталады. Екінші құрылымы спиральді бұрылыс мотивімен сипатталады: бета бұрылыспен байланысқан екі альфа спираль. Екі альфа спираль N ұшындағы 3–9 қалдықтар және C ұшындағы 17–24 қалдықтар арқылы қалыптасады, ал олар 11–16 қалдықтардағы бета бұрылысымен байланысқан. Үш өлшемді тұрғысынан қарағанда, бұл құрылым екі спиральдың бір-бірімен әлсіз ковалентті емес өзара әрекеттесетін V пішінін құрайды. Бұдан әрі, пептид құрылымы липидтік екі қабатты ортаға енгізілген кезде ретсіз орамадан құрылымды спиральді бұрылысқа өзгереді, бұл мотив мембранамен өзара әрекеттесу үшін маңызды екенін көрсетеді. Атап айтқанда, оң зарядталған аргинин және полярлы емес аланин қалдықтарының екеуі де понератоксиннің тиімділігі үшін қажетті екені көрсетілді. Оқ құмырсқасының шағуынан туындаған ауырсыну көп сағатқа, тіпті 24 сағатқа дейін созылуы мүмкін. Ауырсынудың күштілігі де, шағудың ұзақтығы да понератоксиннің әсерінен туындайды. Ауырсынудан басқа, оқ құмырсқаларының (сондай-ақ Paraponera және Dinoponera туыстарындағы басқа құмырсқалардың) шағуының симптомдары: қызба, суық тер, лоқсығу, құсу, лимфаденопатия және жүрек аритмиясы. Токсикалық сынақтар көрсеткендей, генетикалық түрлендірілген вирустар арқылы S. frugiperda личинкаларына жіберілген понератоксиннің LT50 көрсеткіші инъекциядан кейін 131 сағаттан кейін тіркелді. Понератоксиннің 105 пфу дозасы S. frugiperda личинкаларын өлтіруге жеткілікті болды, ал 10 нг дозасы оларды парализге түсіруге қабілетті. Осы тәжірибелерге сүйене отырып, ғалымдар понератоксиннің басқа жәндіктерге нейротоксикалық әсеріне байланысты биологиялық инсектицид ретінде жақсы кандидат бола алады деп санайды, бұл оны жұқтырған жәндіктерді қозғалмайтын немесе өлтіретін етеді. Понератоксинді экспрессиялейтін бакуловирусты жасау арқылы рекомбинантты вирус жасау ұсынылған.
The poneratoxin peptide is stored in an inactive 25 residue peptide (amino acid sequence FLPLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) in the venom reservoir of Paraponera clavata. The secondary structure is characterized by a helix turn helix motif: two alpha helices connected by a beta turn. The two alpha helices are formed by residues 3–9 at the N terminus, and residues 17–24 at the C terminus, and they are connected by the beta turn at residues 11–16. From a three dimensional perspective, this structure forms a preferential V shape with the two helices undergoing loose non covalent interactions with each other. Furthermore, the structure of the peptide shifts from a random coil to the structured helix turn helix when introduced to a lipid bilayer environment, which indicates that this motif is important for interacting with the membrane. Specifically, the positively charged arginine and the non polar alanine residues were both shown to be essential for poneratoxin potency. The pain from bullet ant stings can last for many hours, even up to 24 hours. Both the immense pain and the duration of the sting are due to the effects of poneratoxin. In addition to the notorious pain, symptoms of stings from bullet ants (as well as stings from other ants of the genus Paraponera as well as the genus Dinoponera) include fever, cold sweats, nausea, vomiting, lymphadenopathy and cardiac arrhythmias. Toxicity assays have found that the LT50 of poneratoxin, delivered via injections of genetically engineered viruses, to S. frugiperda larvae, was at 131 hours post injection. A dose of 105 pfu of poneratoxin was sufficient to kill the S. frugiperda larvae, and a dose of 10 ng could paralyze them. Based on these experiments, scientists believe poneratoxin can make a good candidate as a bio insecticide because of its neurotoxicity to other insects, making it capable of immobilizing or even killing insects infected with it. The making of a recombinant virus by engineering a baculovirus that expresses poneratoxin has been proposed.