Лактопероксидаза - Lactoperoxidase
Лактопероксидаза - это фермент пероксидаза, секретируемый молочными, слюнными и другими слизистыми железами, включая легкие, бронхи и нос, который действует как естественная и первая линия защиты от антибактериальных и противовирусных агентов. Лактопероксидазный является членом гем пероксидазы семейства ферментов. В организме человека, лактопероксидаза кодируется ПОЛ гена .
Лактопероксидазные катализирует окисление нескольких неорганических и органических субстратов с помощью перекиси водорода . Эти субстраты включают бромид и йодид, поэтому лактопероксидазу можно отнести к категории галопероксидазы . Другой важный субстрат - тиоцианат . Окисленные продукты, образующиеся под действием этого фермента, обладают сильной и неспецифической бактерицидной и противовирусной активностью, включая уничтожение вируса гриппа. Лактопероксидаза вместе со своими неорганическими ионными субстратами, перекисью водорода и окисленными продуктами известна как система лактопероксидазы . Следовательно, ПОЛ считается очень важной защитой от инвазивных бактерий и вирусных агентов, таких как грипп и вирус SARS-CoV-2, при наличии достаточного количества йода.
Система лактопероксидазы играет важную роль в системе врожденного иммунитета , убивая бактерии в молоке и слизистых оболочках ( слизистых оболочках преимущественно энтодермального происхождения, покрытых эпителием, которые участвуют в абсорбции и секреции), следовательно, усиление системы лактопероксидазы может иметь терапевтическое применение. Кроме того, добавление или увеличение лактопероксидазной системы имеет потенциальные применения в борьбе с бактериями в пищевых продуктах и потребительских товарах для здоровья. Система лактопероксидазы не атакует ДНК и не обладает мутагенными свойствами. Однако при определенных условиях система лактопероксидазы может способствовать окислительному стрессу. Кроме того, лактопероксидаза может способствовать возникновению рака груди благодаря своей способности окислять эстрогенные гормоны с образованием промежуточных свободных радикалов .
Состав
Структура лактопероксидазы состоит в основном из альфа-спиралей и двух коротких антипараллельных бета-цепей . Лактопероксидаза принадлежит к семейству гемопероксидаз ферментов млекопитающих, которое также включает миелопероксидазу (MPO), эозинофильную пероксидазу (EPO), тироидную пероксидазу (TPO) и простагландин-H-синтазу (PGHS). Гем кофактор связан вблизи центра белка.
Функция
Лактопероксидаза катализирует окисление пероксида водорода (H 2 O 2 ) нескольких молекул акцептора:
- восстановленный акцептор + H 2 O 2 → окисленный акцептор + H 2 O
Конкретные примеры включают:
- тиоцианат (SCN - ) → гипотиоцианит (OSCN - )
- бромид (Br - ) → гипобромит (BrO - )
- йодид (I - ) → гипойодит (IO - )
Источником перекиси водорода (H 2 O 2 ) обычно является реакция глюкозы с кислородом в присутствии фермента глюкозооксидазы ( EC 1.1.3.4 ), которая также происходит в слюне . Глюкоза, в свою очередь, может образовываться из крахмала в присутствии фермента слюны амилоглюкозидазы ( EC 3.2.1.3 ).
Эти относительно короткоживущие окисленные промежуточные продукты обладают сильным бактерицидным действием, следовательно, лактопероксидаза является частью системы противомикробной защиты в тканях, которые экспрессируют лактопероксидазу. Система лактопероксидазы эффективна в уничтожении ряда аэробных и некоторых анаэробных микроорганизмов. Исследование (1984): «Действие смесей лактопероксидаза-тиоцианат-перекись водорода на бактерии зависит от экспериментальных условий. Если бактерии культивируются после воздействия лактопероксидазы-тиоцианата-перекиси водорода на питательный агар в аэробных условиях, они могут не расти. , тогда как они легко растут на кровяном агаре в анаэробных условиях ». По своей антимикробной способности лактопероксидаза, по-видимому, действует синергетически с лактоферрином и лизоцимом .
Приложения
Лактопероксидаза - эффективное противомикробное и противовирусное средство. Следовательно, применение лактопероксидазы находят в консервировании продуктов питания, косметики и офтальмологических растворов. Кроме того, лактопероксидаза нашла применение при лечении зубов и ран. Наконец, лактопероксидаза может найти применение в качестве противоопухолевых и противовирусных агентов. Лактопероксидаза использовалась с радиоактивным йодом для избирательной маркировки поверхностей мембран.
Молочные продукты
Лактопероксидаза является эффективным противомикробным средством и используется в качестве антибактериального средства для уменьшения бактериальной микрофлоры в молоке и молочных продуктах. Активация лактопероксидазной системы добавлением перекиси водорода и тиоцианата увеличивает срок хранения охлажденного сырого молока. Он достаточно термостойкий и используется как индикатор чрезмерной пастеризации молока.
Забота о полости рта
Утверждается, что система лактопероксидазы подходит для лечения гингивита и парадентоза . Лактопероксидаза использовалась в зубной пасте или ополаскивателе для рта для уменьшения количества бактерий в полости рта и, следовательно, кислоты, вырабатываемой этими бактериями.
Косметические средства
Комбинация лактопероксидазы, глюкозы, глюкозооксидазы (GOD), йодида и тиоцианата считается эффективной для консервирования косметики.
Рак
Было обнаружено, что конъюгаты антител глюкозооксидазы и лактопероксидазы эффективны в уничтожении опухолевых клеток in vitro. Кроме того, макрофаги, подвергшиеся воздействию лактопероксидазы, стимулируются к уничтожению раковых клеток.
Клиническое значение
Врожденная иммунная система
Антибактериальная и противовирусная активность лактопероксидазы играет важную роль в системе иммунной защиты млекопитающих; Система лактопероксидазы считается первой линией защиты от переносимых по воздуху бактерий и вирусных агентов. Важно отметить, что лактопероксидаза также проникает в легкие, бронхи и носовую слизь.
Гипотиоцианит является одним из реакционноспособных промежуточных продуктов, продуцируемых действием лактопероксидазы в отношении тиоцианата и перекиси водорода, продуцируемых двойными белками оксидазы 2 , также известными как Duox2. Секреция тиоцианата у пациентов с муковисцидозом снижается, что приводит к снижению выработки противомикробного гипотиоцианита и, следовательно, способствует увеличению риска инфекции дыхательных путей.
Вирусные инфекции
Генерируемая пероксидазой гипойодистая кислота (HOI), гипойодит и гипотиоцианит - все они разрушают вирус простого герпеса и вирус иммунодефицита человека . И гипотиоцианит, и продукты, содержащие ионы гипойодата, являются очень сильнодействующими и, что важно, неспецифическими противовирусными окислителями, которые смертельны для вируса гриппа даже в малых концентрациях. Противовирусная активность лактопероксидазы усиливается с увеличением концентрации йодид-иона. Этот фермент показал свою эффективность против очень опасного и стойкого вируса РНК (полиовируса) и долгоживущего ДНК-вируса (вакцина).
Бактериальные инфекции
Было показано, что дуокс2-лактопероксидаза обеспечивает защиту от многих десятков бактерий и микоплазм, включая разновидности клинически важных стафилококков и многих типов стрептококков . Система лактопероксидазы эффективно ингибирует обычную Helicobacter pylori в буфере; однако в цельной слюне человека он, по-видимому, оказывает более слабое действие против этого микроба. Было показано, что лактопероксидаза в присутствии тиоцианида может катализировать бактерицидные и цитотоксические эффекты перекиси водорода в определенных условиях, когда перекись водорода присутствует в избытке тиоцианида. Комбинация лактопероксидазы, перекиси водорода и тиоцианида намного более эффективна, чем одна перекись водорода, для подавления метаболизма и роста бактерий.
Рак молочной железы
Окисление эстрадиола лактопероксидазой - возможный источник окислительного стресса при раке груди . Способность лактопероксидазы распространять цепную реакцию, приводящую к потреблению кислорода и накоплению внутриклеточного перекиси водорода, может объяснить вызванные гидроксильным радикалом повреждения оснований ДНК, недавно обнаруженные в ткани рака груди у женщин. Лактопероксидаза может участвовать в канцерогенезе груди из-за своей способности взаимодействовать с эстрогенными гормонами и окислять их посредством двух стадий одноэлектронной реакции. Лактопероксидаза реагирует с фенольным A-кольцом эстрогенов с образованием реактивных свободных радикалов . Кроме того, лактопероксидаза может активировать канцерогенные ароматические и гетероциклические амины и увеличивать уровни связывания активированных продуктов с ДНК, что предполагает потенциальную роль катализированной лактопероксидазой активации канцерогенов в возникновении рака груди.
Забота о полости рта
В течение последних десятилетий было опубликовано несколько клинических исследований, описывающих клиническую эффективность системы лактопероксидазы в различных продуктах для ухода за полостью рта (зубные пасты, полоскания для рта). После косвенного показа посредством измерения экспериментальных параметров гингивита и кариеса , что полоскания для рта, содержащие амилоглюкозидазу (γ- амилазу ) и глюкозооксидазу, активируют лактопероксидазную систему, защитный механизм ферментов в продуктах для ухода за полостью рта был частично выяснен. Ферменты, такие как лизоцим , лактопероксидаза и глюкозооксидаза, переносятся из зубных паст в пленку . Эти ферменты, входящие в состав пленки, обладают высокой каталитической активностью. Кроме того, в составе зубных паст система лактопероксидазы оказывает благотворное влияние на предотвращение кариеса в раннем детстве за счет уменьшения количества колоний, образованных кариесогенной микрофлорой, при одновременном увеличении концентрации тиоцианата. У пациентов с ксеростомией зубные пасты с лактопероксидазной системой, по-видимому, превосходят фторсодержащие зубные пасты в отношении образования налета и гингивита. Для дальнейшего изучения защитных механизмов необходимы дополнительные исследования.
Применение лактопероксидазы не ограничивается кариесом, гингивитом и пародонтитом . Комбинация лизоцима и лактопероксидазы может применяться для поддержки лечения синдрома жжения во рту ( глоссодиния ). В сочетании с лактоферрином лактопероксидаза борется с неприятным запахом изо рта ; В сочетании с лактоферрином и лизоцимом лактопероксидаза помогает улучшить симптомы ксеростомии. Кроме того, гели с лактопероксидазой помогают облегчить симптомы рака полости рта, когда выработка слюны нарушена из-за облучения. В этом случае также благоприятно сказывается бактериальная флора полости рта .
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Галиясевич С., Саед GM, Diamond MP, Abu-Soud HM (сентябрь 2004 г.). «Высокая константа скорости диссоциации комплекса железа с диокси, связанная с каталазоподобной активностью лактопероксидазы» . Журнал биологической химии . 279 (38): 39465–70. DOI : 10.1074 / jbc.M406003200 . PMID 15258136 . S2CID 30280587 .
- Экстранд Б (1994). «Лактопероксидаза и лактоферрин». В Beuchat LR, Dillon VM, Board RG (ред.). Природные противомикробные системы и консервирование пищевых продуктов . Oxon: CAB International. ISBN 978-0-85198-878-8.
- Куссендрагер К.Д., ван Хойдонк А.С. (ноябрь 2000 г.). «Лактопероксидаза: физико-химические свойства, возникновение, механизм действия и применение» . Британский журнал питания . 84 (Приложение 1): S19-25. DOI : 10.1017 / S0007114500002208 . PMID 11242442 .
- Томас Э.Л., Пера К.А., Смит К.В., Чван А.К. (февраль 1983 г.). «Ингибирование Streptococcus mutans противомикробной системой лактопероксидазы» . Инфекция и иммунитет . 39 (2): 767–78. DOI : 10.1128 / IAI.39.2.767-778.1983 . PMC 348016 . PMID 6832819 .
- Корхонен Х., Мериляйнен В., Антила М., Кувалайнен К. (1980). «[Противомикробные факторы в молоке и устойчивость к инфекциям у младенцев]». Duodecim; Laaketieteellinen Aikakauskirja (на финском языке). 96 (3): 184–99. PMID 7192622 .
- Орам Дж. Д., Рейтер Б. (август 1966 г.). «Ингибирование стрептококков лактопероксидазой, тиоцианатом и перекисью водорода. Влияние ингибиторной системы на чувствительные и устойчивые штаммы стрептококков группы N» . Биохимический журнал . 100 (2): 373–81. DOI : 10.1042 / bj1000373 . PMC 1265145 . PMID 4290983 .
- Орам Дж. Д., Рейтер Б. (август 1966 г.). «Ингибирование стрептококков лактопероксидазой, тиоцианатом и перекисью водорода. Окисление тиоцианата и природа ингибирующего соединения» . Биохимический журнал . 100 (2): 382–8. DOI : 10.1042 / bj1000382 . PMC 1265146 . PMID 5338806 .
- Ханнуксела С., Теновуо Дж., Роджер В., Ленандер-Лумикари М., Экстранд Дж. (1994). «Фторид подавляет антимикробные пероксидазные системы в цельной слюне человека». Исследование кариеса . 28 (6): 429–34. DOI : 10.1159 / 000262016 . PMID 7850846 .
- Ауне TM, Томас Э.Л. (март 1978 г.). «Окисление белковых сульфгидрилов продуктами окисления тиоцианат-иона, катализируемого пероксидазой». Биохимия . 17 (6): 1005–10. DOI : 10.1021 / bi00599a010 . PMID 204336 .
- Экстранд Б., Муллан В.М., Уотерхаус А (июнь 1985 г.). «Ингибирование антибактериальной системы лактопероксидаза-тиоцианат-перекись водорода термически обработанным молоком». Журнал защиты пищевых продуктов . 48 (6): 494–498. DOI : 10.4315 / 0362-028X-48.6.494 . PMID 30943594 .
- Reiter B, Härnulv G (сентябрь 1984 г.). «Антибактериальная система лактопероксидазы: естественное происхождение, биологические функции и практическое применение». Журнал защиты пищевых продуктов . 47 (9): 724–732. DOI : 10.4315 / 0362-028X-47.9.724 . PMID 30934451 .
внешние ссылки
- Лактопероксидаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
