E1105

Lysozym C (Gallus gallus)
Kalottenmodell des Lysozyms aus dem Haushuhn nach PDB 2LYZ
Vorhandene Strukturdaten: siehe UniProt
Größe	129 Aminosäuren
Struktur	Monomer
Bezeichner
Gen-Name(n)	LYZ
Externe IDs	UniProt: P00698 CAS-Nummer: 9001-63-2
Arzneistoffangaben
ATC-Code	D06BB07 J05AX02
Enzymklassifikation
EC, Kategorie	3.2.1.17  Glykosidase
Reaktionsart	Hydrolyse bestimmter (1→4)-β-Bindungen
Substrat	Peptidoglycan, Chitodextrin
Produkte	Spaltprodukte
Vorkommen
Homologie-Familie	Lactalbumin/Lysozym
Übergeordnetes Taxon	Bilateria, Pilze, Bakterien, Phagen

Bändermodell des Lysozyms.

Einkristall des Lysozyms.

Lysozyme (auch Muramidasen) werden diejenigen Enzyme genannt, die die in Zellwänden von Prokaryoten vorkommenden Polysaccharide namens Peptidoglycan und Chitodextrin spalten können. Lysozyme werden von Tieren, Phagen und manchen Bakterien gebildet. Die Eigenschaften der Lysozyme werden in diesem Artikel anhand des Hühner-Lysozyms erläutert. Betreffs des menschlichen Enzyms siehe Human-Lysozym.

Tier-Lysozyme werden in Lysozym C (chicken) und G (goose) eingeteilt. Da es gegen Bakterien wirkt, indem es deren Zellwand abbaut, ist es bei Tieren und Pilzen wichtig für die Abwehr bakterieller Infektionen. Phagen benutzen das Enzym, um in Bakterien einzudringen und sich zu vermehren. Bakterien wehren damit Konkurrenten ab (Bakteriocin). Huhn-Lysozym stellt für Menschen ein Allergen dar.

Geschichte

Die molekulare Struktur des Lysozyms aus Hühnereiweiß konnte schon 1965 von David Phillips durch Kristallstrukturanalyse aufgeklärt werden. Diesem gelang auch die Aufklärung des Reaktionsmechanismus der Spaltung der β-1,4-glykosidischen Bindung.^[1][2]

Eigenschaften

Hühnereiweiß-Lysozym besteht aus 129 Aminosäuren, mit einer molaren Masse von 14.388 Dalton. Der isoelektrische Punkt liegt bei pI 9–11. Lysozym weist eine globuläre Struktur auf, die aus fünf α-Helices und fünf β-Faltblättern aufgebaut ist und vier Disulfidbrücken besitzt.

Lysozym spaltet die β-1,4-glycosidische Bindung zwischen N-Acetyl-D-muraminsäure und 2-Acetylamino-2-desoxy-D-glucose (= N-Acetyl-D-glucosamin) in den Zuckerketten des Peptidoglucangerüsts der Bakterienzellwand. Zur Abtötung von gramnegativen Bakterien muss EDTA zur Permeabilisierung der Außenmembran hinzugegeben werden. Diese Funktion wird als „Schere“ bezeichnet. Lysozym greift sehr langsam auch Chitin an.

Lactone haben aufgrund struktureller Ähnlichkeit mit dem Enzymsubstrat eine starke kompetitive Hemmwirkung auf Lysozym.

Gewinnung

Die Herstellung erfolgt in der Regel aus dem Eiklar von Hühnereiern; es heißt daher auch HEW-Lysozym (engl. hen-egg-white = Hühnereiweiß). Auch die Verwendung gentechnisch veränderter Organismen ist möglich.

Verwendung

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Lysozym ist in manchen Halsschmerztabletten enthalten. Allerdings fehlt hier ein echter Wirknachweis.

Bei Lebensmitteln wird es z. B. in Konzentrationen von bis zu 50 g/hl in der Weinbereitung verwendet, um den biologischen Säureabbau (bakterieller Abbau von Äpfelsäure in Milchsäure) zu kontrollieren. Weiterhin kommt es auch in der Käsezubereitung oder als Konservierungsstoff in Lebensmitteln zum Einsatz. In der EU ist es als Lebensmittelzusatzstoff der Nummer E 1105 ausschließlich für gereiften Käse zugelassen (quantum satis).

Reaktionsmechanismus

Dieser wird nach seinem Erkenner, s.o., auch Phillips-Mechanismus genannt. Das Lysozym besitzt an Stelle 52 einen deprotonierten Asparaginsäurerest, Aspartat. An Stelle 35 liegt aufgrund der überwiegend hydrophoben angrenzenden Aminosäuren ein protonierter Glutaminsäurerest. Durch die Tertiärstruktur des Lysozyms bilden diese beiden Aminosäurereste das aktive Zentrum aus. Die Bindungsspaltung erfolgt über ein enzymatisch gebundenes Intermediat. Zunächst überträgt die Glutaminsäure 35 ihr Proton auf das Sauerstoffatom der glykosidischen Bindung. Dies erhält hierdurch einen positiven Ladungsschwerpunkt, der durch Resonanzstabilisierung zum C1-Atom der N-Acetylmuraminsäure übertragen wird. Es wird eine ionische Bindung zum negativ geladenen Aspartat 52 ausgebildet. Nun kommt es zum Umklappen der Sesselkonformation des enzymatisch gebundenen Substrates. Hierdurch wird die Bindung letztlich gespalten. Das jetzt vorliegende Glutamat 35 entzieht Wasser basenkatalytisch ein Proton, wobei sich das entstehende Hydroxidion an das C1-Atom der N-Acetylmuraminsäure anlagert. Dadurch ist dessen positiver Ladungsschwerpunkt aufgehoben und die Bindung an das Enzym nicht mehr stabil. Lysozym spaltet immer nur Disaccharide vom Peptidoglycan ab, da es nur jede zweite Bindungsstelle angreifen kann.

Klassifikation

Die Lysozyme bilden die Familien 22 bis 25 in der Klassifikation der Glykosidasen nach Henrissat.^[3]

Vorkommen

• im Eiklar von Vögeln
• in der Milch
• in Nieren von Wiederkäuern^[4]

Einzelnachweise

1. ↑ Blake, C.C. et al. (1965): Structure of hen egg-white lysozyme. A three-dimensional Fourier synthesis at 2 Ångström resolution. In: Nature. Bd. 206, S. 757-761. PMID 5891407 doi:10.1038/206757a0
2. ↑ Johnson LN, Phillips DC: Structure of some crystalline lysozyme-inhibitor complexes determined by X-ray analysis at 6 Ångström resolution. In: Nature. 206, Nr. 986, May 1965, S. 761–3. doi:10.1038/206761a0. PMID 5840126
3. ↑ Bernard Henrissat: Glycosyl hydrolase families: classification and list of entries
4. ↑ Ito Y, Yamada H, Nakamura M, Yoshikawa A, Ueda T, Imoto T: The primary structures and properties of non-stomach lysozymes of sheep and cow, and implication for functional divergence of lysozyme. In: Eur. J. Biochem.. 213, Nr. 2, April 1993, S. 649–58. PMID 8477739

Weblinks

• Strukturmodell von Lysozym aus Hühnereiweiß