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Hydrophobe membraninteragierende bakterielle Biotoxine

Membraninteragierende bakterielle Toxine mit hydrophober Sequenz

Zu dieser Gruppe gehören die porenbildenden Exotoxine Colicin A und Ia aus E. coli, das δ-Endotoxin von Bacillus thuringiensis, die Translationsdomäne des Diphtherie-Toxins aus Corynebacterium diphtheriae, das Exotoxin A von Pseudomonas aeruginosa und andere. Diese Toxine sind auf Sequenzebene sehr verschieden, haben aber ähnliche membraninteragierende Domänen. Aufgebaut sind sie aus Bündeln von 6-10 α-Helices, die in drei Schichten angeordnet sind. Die mittlere Schicht besteht immer aus ein bis zwei extrem hydrophoben Helices.

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Abb.1
Colicin A aus E. coli

(PDB-Code: 1CII)

Diese Struktur wird auch als inside-out-Membranprotein bezeichnet: Die hydrophoben Reste, die später für die Insertion in die Membran benötigt werden, sind zunächst nach innen gekehrt. Um in die Membran eindringen zu können, muss das Protein also einen ganz erheblichen Konformationswechsel vollziehen und die hydrophoben Helices nach außen bringen. Das Signal für den Konformationswechsel ist ein niedriger oder hoher pH-Wert, eine hohe Temperatur oder saure Lipide.

Um den Konformationswechsel energetisch so günstig wie möglich durchführen zu können, geht das Protein an der Zielmembran in eine molten globule-Konformation über. Dieser Zustand, in dem die Tertiärstruktur mehr oder weniger aufgelöst ist, ist um einiges flexibler als das native Protein und daher ideal geeignet, eine so dramatische Änderung der Struktur zu vollziehen. Die hydrophoben Helices inserieren in die Membran und bilden einen spannungsabhängigen Kanal, durch den entweder Ionen frei fließen können (die Zielzelle wird depolarisiert) oder, wie im Falle des Diphtherie-Toxins, eine Pore, durch die die enzymatisch aktive Untereinheit des Toxins in das Zellinnere gelangen kann.

Abb.2
Übergang eines löslichen Proteins in die molten-globule-Konformation
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