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Hydrophobe membraninteragierende bakterielle Biotoxine

Cholera-Toxin

Das Cholera-Toxin wird von Vibrio cholerae produziert und ist der Erreger der Cholera, einer schweren sekretorischen Diarrhoe. Häufigster Ansteckungsweg ist die Verseuchung von Trinkwasser und Lebensmitteln wie Gemüse, Fisch und Meeresfrüchten mit den Erregern. Das Cholera-Toxin veranlasst die Zellen der Darmschleimhaut zur Ausscheidung riesiger Flüssigkeitsmengen. Es kommt zu dem charakteristischen geruchlosen, reiswasserartig aussehenden Durchfall sowie zu Erbrechen. In schweren Fällen führt dieser zu massiven Flüssigkeitsverlusten sowie Mineralstoffeinbußen des Körpers. Der extreme Flüssigkeitsverlust bringt den Patienten in akute Lebensgefahr, da einige lebenswichtige Organsysteme wie die Niere und das Herzkreislaufsystem innerhalb von Stunden versagen können. Ein Gewichtsverlust von zehn bis 15 Prozent des Körpergewichts durch Dehydratation ist ebenso lebensgefährlich wie eine Toxinvergiftung, wobei das Gift der Vibrionen selbst innerhalb von Stunden zum Tode führen kann.

Struktur des Toxins

Das Cholera-Toxin hat eine molekulare Masse von 85 kDa und besteht aus 755 Aminosäuren, die sich in fünf identische B-Untereinheiten und eine A-Untereinheit aufteilen. Die fünf B-Untereinheiten bilden ein Pentagon mit einem Loch in der Mitte, das durch fünf amphipathische α-Helices ausgekleidet und stabilisert wird. Die durch das Loch gebildete Pore ist ca. 30 Å lang und 16 Å (N-terminales Ende) bis 11 Å (C-terminales Ende) weit. Die B-Untereinheit ist der rezeptorbindende Teil des Toxins. Die A-Untereinheit besteht dagegen aus zwei Teilen. Die A2-Untereinheit weist eine lange α-Helix auf, an die die A1-Untereinheit über eine einzige Disulfid-Brücke gebunden ist. Nach Eindringen in die Zelle wird A1 abgespalten und stellt dann den enzymatisch aktiven Teil des Toxins dar.

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Abb.1
Cholera-Toxin, B-Untereinheit

3D-Struktur der B-Untereinheit des Cholera-Toxins mit fünf gebundenen GM1-Resten (PDB-Code: 3CHB).

Bindung an die Zelle

Das Cholera-Toxin bindet an die Pentasaccharidkette des Gangliosids GM1 auf der äußeren Oberfläche der Plasmamembran der Zellen, die das Darmlumen auskleiden. Fünf GM1-Moleküle binden dabei an fünf identische Bindungsstellen an dem B-Pentamer. Die Struktur von GM1 ist Gal(β 1-3)GalNAc(β 1-4)(NeuAc(α 2-3))Gal(β 1-4)Glc(β 1-1)-Ceramid; seine Funktion ist noch weitgehend unklar, es scheint aber an Signalübertragungsketten beteiligt zu sein.

Abb.2
Gangliosid GM1
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