Лизоцим: фермент и его антибактериальные свойства¶

Лизоцим — фермент класса гидролаз (мурамидаза, КФ 3.2.1.17), катализирующий гидролитическое расщепление β-1,4-гликозидных связей между N-ацетилмурамовой кислотой и N-ацетилглюкозамином в составе пептидогликана — основного компонента клеточной стенки бактерий. Благодаря этому лизоцим разрушает оболочку чувствительных микроорганизмов, что обусловливает его антибактериальные свойства. Впервые обнаружен Александром Флемингом в 1922 году в носовой слизи человека; термин образован от греческих слов «lysis» (растворение) и «enzyme» (фермент).

¶Химическая природа и механизм действия

Лизоцим — небольшой глобулярный белок. Классический представитель — лизоцим куриного яичного белка, состоящий из 129 аминокислотных остатков с молекулярной массой около 14,3 кДа. Его пространственная структура была расшифрована в 1965 году, став первой среди ферментов, для которых установлена трёхмерная конфигурация.

Молекула имеет щель в активном центре, где размещаются остатки Glu35 и Asp52. Механизм катализа включает:

• связывание шестичленного фрагмента пептидогликана в активном центре;
• искажение (напряжение) гликозидной связи при связывании субстрата;
• кислотно-основной катализ: остаток глутаминовой кислоты выступает донором протона, аспарагиновая кислота стабилизирует промежуточное состояние;
• разрыв связи и разрушение полимерной сетки клеточной стенки.

В результате нарушается осмотическая устойчивость бактерии: вода поступает внутрь, клетка набухает и лизируется.

¶Антибактериальные свойства

Действие лизоцима направлено прежде всего на грамположительные бактерии, у которых пептидогликан доступен для фермента. Грамотрицательные микроорганизмы более устойчивы, поскольку их клеточная стенка прикрыта наружной мембраной; она становится уязвимой при повреждении мембраны (например, комплементом или ЭДТА).

Спектр активности:

Помимо прямого лизиса, лизоцим проявляет косвенное антибактериальное действие: продукты расщепления пептидогликана стимулируют иммунный ответ, а сам фермент может активировать автолизины бактерий.

¶Распространение в природе

Лизоцим широко представлен в живых организмах:

• Секреты человека и животных — слёзы, слюна, носовая слизь, грудное молоко, сыворотка крови.
• Ткани и органы — селезёнка, почки, печень, лейкоциты (особенно макрофаги и нейтрофилы).
• Яичный белок — один из самых богатых источников фермента.
• Бактериофаги — «фаговый лизоцим» обеспечивает выход вирусных частиц из клетки-хозяина.
• Растения и бактерии — собственные варианты фермента.

В организме человека лизоцим — компонент врождённого иммунитета: он создаёт химический барьер на поверхностях, контактирующих с внешней средой.

¶Применение

• Медицина и диагностика. Определение активности лизоцима в крови и моче используют как маркер активности нейтрофилов и макрофагов, в частности при лейкозах и нарушениях иммунитета.
• Фармакология. Препараты лизоцима применяют местно при инфекциях полости рта, глотки, кожи и глаз, часто в комбинации с антибиотиками.
• Пищевая промышленность. Лизоцим (пищевая добавка E1105) добавляют в сыры и вина для подавления роста нежелательных бактерий.
• Биотехнология. Фермент используют для получения протопластов и в генной инженерии.

¶Ограничения

Эффективность лизоцима как самостоятельного антибактериального средства ограничена: он малоактивен против грамотрицательных возбудителей и не заменяет антибиотики. Возможны аллергические реакции при применении препаратов. Активность фермента зависит от pH и ионной силы среды.