Как действа змийската отрова?

Може би сте виждали онова прословуто клипче, в което хора изливат малко количество прясно извлечена змийска отрова в чашка с кръв. Кръвта за секунди се превръща в съсирек, който изключително много прилича на желе. Вероятно сте се питали какво има в течността, което я прави толкова опасна?

Всъщност съществува интересен дебат относно опасността на змийските отрови – дали са безусловно опасни? Дали, ако попадне върху кожата или я погълнем, ще настъпи неблагоприятен изход от ситуацията? Най-вероятно няма да се случи нищо фатално, ако отровата не попадне в отворена рана (това не означава, че трябва да пробвате). Причината е, че основният  компонент на змийските отрови са протеини и пептиди (по-малки протеини), а част от тях сами по себе си са безопасни – имат спомагателна функция. Протеините са лабилни към условията на околната среда и действат основно в течна среда (кръвоносна система) и върху меките тъкани. Поради тази причина змиите имат нужда от инструмент за въвеждане на отровата в уязвимите области на тялото  (кухи зъби) или да я изпръскват към незащитени тъкани (очи).

Трябва да се спомене един много интересен факт – ензимите в отровата много приличат на храносмилателните ензими от храносмилателната система. Или с други думи може да се окаже, че змиите инжектират видоизменени храносмилателни сокове. Освен това в кръвния серум на змиите са открити множество фактори, които инхибират хемолитичните компоненти и невротоксини, които инжектират. Това означава, че змиите имат естествена защита към своята отрова, а серумът им може да се използва, като източник на противоотрова (Източник 1).

Един от основните ензими е фосфолипаза А2 , който е представител на суперсемейството на липолитичните ензими – тези, които разграждан липиди до мастни киселини, алкохоли, фосфат и други вещества. Фосфолипаза А2 (PLA2) катализира хидролизата (рязането, разграждането) на глицерофосфолипи до формирането на мастни киселини (арахидонова киселина най-често) и лизофосфолипиди. Липидите и фосфолипидите са основен градивен елемент (заедно с известно количество протеини) на клетъчните мембрани. Еритроцитите (червените кръвни клетки) представляват огромни “балони” изградени от фосфолипиди, което означава, че PLA2 може самостоятелно или с помощ от протеази да разгради еритроцитите в кръвта. Резултатът може да бъде наблюдаван пряко в споменатото клипче, защото в следствие на хидролизната реакция и унищожаването на кръвните клетки се увеличава вискозитета на течността – образува се “желе”. Фосфолипазите са основен компонент от комплекса на невротоксините в отровата. Интересното е, че има данни, че може да се инхибират от витамин Е и атропин.

Друг важен протеин се нарична серин протеаза . Тя специфично прекъсва ковалентната, пептидна връзка между аминокиселините в протеините. Това води до разграждането на всеки протеин в досег до този ензим. Тази протеаза произхожда от храносмилателни ензими. Ензимът може да контролира процесите на коагулация на кръвта, може да разгражда фибрина – важен фактор при кръвосъсирването, влияе върху възпалителните процеси и имунната система. Този ензим може да хидролизира плазминогена до плазмин, което води до бързо разграждане на съществуващи съсиреци.

Ацетилхолинестераза – този ензим е един от основните нввротоксини. Ацетилхолинът е първият химичен агент, който осъществява „комуникационна връзка“ между две клетки (чрез съответния ацетилхолинов рецептор). След предаването на сигнала ендогенната ацетилхолинестераза разгражда ацетилхолина до холин и ацетат. Допълнителното количество на ацетилхолинестераза от змийската отрова може да предотврати пренасянето на сигнали и междуклетъчната комуникация.

L-аминокиселинна оксидаза . Toзи ензим разгражда L-аминокиселините – тези, които изграждат протеините в тялото ни. Или по-научно обяснено – ензимът осъществява окислително деаминиране на L-аминокиселини, което води до образуването на алфа-кетокиселини. При някои змии концентрацията на този ензим може да е толкова висока, че да съставлява до 30% от протеиновото съдържимо. Множество проучвания сочат, че този ензим има силно токсично действие, но не е ясен точния механизъм. Някои посочват, че ензимът стимулира апоптозата (програмирана клетъчна смърт – кара клетките на отровения индивид да се самоубиват буквално), което вероятно се дължи на освобождаване на водороден пероксид, в резултат на реакцията. Ензимът разгражда важни аминокиселини, което води до намаляване на тяхната концентрация, което от своя страна може да доведе отново до апоптоза.

Металопротеинази . Тези ензими отново могат да разграждат протеини, както и сериновите протеази. Металопротеиназите могат да съставляват до 30% от протеиновото съдържание в отровата и именно на тях се дължи основната заслуга за хемолитичното и хеморагично действие – унищожаване на кръвни клетки и тъкани. Благодарение на този ензим ухапаният започва да кърви неконтролируемо от множество места. Инхибира се коагулацията, което не позволява на кръвта да се съсирва, а съответно и кръвотечението да спре.

Неензимни протеини. Тези протеини са малки пептиди, най-често единични и подпомагат токсичното действие на ензимите в отровата, а често и подсилват специфично ензимната активност. Самите те нямат токсично или ензимно действие. Кротоксинът например се грижи токсичната Фосфолипаза А2 да се свърже специфично към точния субстрат, което като цяло увеличава ефективността на отровата. Виперотоксин F също засилва токсичното действие, но намалява ензимната активност. Випотоксинът от своя страна играе ролята на консервант, който запазва активния невротоксин по-дълго време в жизнено състояние, но отново намалява наличната ензимна активност. Или  с други думи неензимните протеини допринасят значително за фармакологичната ефективност на съответните ензими/токсини.

Съдържанието на змийските отрови всъщност е много по-богато Проучване, което използва модерни техники за протеомен анализ показва, че в отровата на кралската кобра има цели 131 протеина (2).

Но ензимите не са опасни. Те са от огромно значение за промишлеността, защото ефективно катализират различни реакции с индустриално значение, но без да се използват токсични вещества – зелена индустрия. Освен това са изключително лесни за отстраняване и деактивиране. Опасни са само и единствено, когато попаднат в неподходящо място. Ако си инжектирате протеаза от растителен източник (от ананас например) резултатът вероятно би бил фатален.

1)     Kochva, Elazar, et al. “Venom Toxins: Plausible Evolution from Digestive Enzymes.” American Zoologist, vol. 23, no. 2, 1983, pp. 427–430. JSTOR, www.jstor.org/stable/3882903.

2)     Rafael D. Melani, Owen S. Skinner, Luca Fornelli, Gilberto B. Domont, Philip D. Compton, and Neil L. Kelleher Mapping proteoforms and protein complexes from king cobra venom using both denaturing and native top-down proteomics Mol Cell Proteomics mcp.M115.056523. First Published on May 13, 2016, doi:10.1074/mcp.M115.056523

3)     Tse Siang Kang1 , Dessislava Georgieva2 , Nikolay Genov3 , Ma´rio T. Murakami4 , Mau Sinha5 , Ramasamy P. Kumar5 , Punit Kaur5 , Sanjit Kumar5 , Sharmistha Dey5 , Sujata Sharma5 , Alice Vrielink6 , Christian Betzel2 , Soichi Takeda7 , Raghuvir K. Arni8 , Tej P. Singh5 and R. Manjunatha Kini9 – Enzymatic toxins from snake venom: structural characterization and mechanism of catalysis

Хареса ли ти тази статия? Може да подкрепиш biologist чрез Patreon!