آنزیم لیزوزیم و نقش آن در بیولوژی مولکولی

آنزیم لیزوزیم (lysozyme) که با عناوین مورامیداز یا N-acetylmuramide glycanhydrolase نیز شناخته می شود، یک پروتئین کاتیونی 14 کیلو دالتونی می باشد و بخشی از سیستم ایمنی ذاتی را تشکیل می دهد. لیزوزیم به طور طبیعی در بافت های گیاهی و حیوانی  دیده می شود. لیزوزیم در ترشحات بدن از جمله اشک ، بزاق ، شیر انسان و مخاط به طور فراوان وجود دارد و در گرانول‌های سیتوپلاسمی ماکروفاژها و نوتروفیل‌های پلی‌مورفونوکلئر (PMNs)  نیز مشاهده می شود. مقادیر زیادی از لیزوزیم را می توان در سفیده تخم مرغ یافت ، که منبع اصلی منابع تجاری برای تولید و عرضه  لیزوزیم می باشد. لیزوزیم های نوع C از نظر توالی و ساختار با آلفا-لاکتالبومین ارتباط نزدیکی دارند. لیزوزیم سفیده تخم مرغ (chick-type  یا  C) اولین آنزیمی است که ساختار کریستالی 2 آنگستروم آن برطرف گردیده و به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است.

این تایپ از آنزیم ، از نظر حرارتی پایدار است و نقطه ذوب آن تا 72 درجه سانتیگراد در pH 5.0 می باشد. با این حال ، لیزوزیم موجود در شیر انسان ، به سرعت در این دما فعالیت خود را از دست می دهد. لیزوزیم سفیده تخم مرغ فعالیت خود را در محدوده وسیعی از (pH (6-9 حفظ می کند. از زمانی که lysozyme  توسط فلمینگ در سال 1922 کشف شد، این پروتئین به عنوان مدلی برای تحقیقات در مورد ساختار و عملکرد پروتئین در نظر گرفته شده و مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات گسترده بر روی تاخوردگی لیزوزیم نشان داده است که ، چگونه نواحی مختلف این پروتئین به صورت پویا با یکدیگر تعامل دارند.

آنزیم  لیزوزیم با هیدرولیز کردن پیوندهای گلیکوزیدی در پپتیدوگلیکان ( بخشی از دیواره سلولی باکتری ) منجر به مرگ سلول باکتری می شود و به عنوان یک عامل ضد میکروبی عمل می کند. هر چند که آنزیم لیزوزیم به اندازه آنزیم کیتیناز موثر نیست اما این آنزیم نیز قادر به شکستن پیوندهای گلیکوزیدی کیتین می باشد. در باکتری های گرم منفی ، لیپوپلی ساکارید با اتصال بسیار مطلوب با آنزیم لیزوزیم ، به عنوان یک مهارکننده غیر رقابتی عمل می کند. لیزوزیم بخشی از سیستم ایمنی ذاتی می باشد. کاهش سطح لیزوزیم با دیسپلازی برونکوپولمونری در نوزادان مرتبط است. خوکچه هایی که با شیرحاوی  لیزوزیم انسانی تغذیه می شوند می توانند سریعتر از بیماری اسهالی ناشی از باکتری E. coli بهبود یابند. غلظت لیزوزیم در شیر انسان 1600 تا 3000 برابر بیشتر از غلظت آن در شیر ​​دام است.  لیزوزیم یک شکل طبیعی محافظت در برابر پاتوژن های گرم مثبت مانند باسیلوس و استرپتوکوک می باشد ، هم چنین این آنزیم نقش مهمی در ایمونولوژی نوزادانی که از شیر مادر تغدیه می کنند ، دارد. پوست به دلیل خشکی و اسیدی بودن آن یک سد محافظتی به حساب می آید ، این در حالیست که غشاء ملتحمه چشم (غشای پوشاننده چشم ) دراثر ترشح آنزیم های لیزوزیم و دیفنسین ، محافظت می شود. از بین رفتن این موانع محافظتی باعث ایجاد ورم ملتحمه چشم می گردد.

در برخی از سرطان ها (به ویژه لوسمی میلومونوسیتی) تولید بیش از حد لیزوزیم توسط سلول های سرطانی می تواند منجر به سطوح سمی لیزوزیم در خون شود. سطوح بالای لیزوزیم خون می تواند منجر به نارسایی کلیه و کاهش پتاسیم خون گردد ، شرایطی که ممکن است با درمان بدخیمی اولیه بهبود یابند. از آن جایی که لیزوزیم سرم حساسیت بیشتری نسبت به آنزیم مبدل آنژیوتانسین سرم دارد ، به عنوان نشانگر فعالیت بیماری سارکوئیدوز استفاده می شود و برای پایش بیماری سارکوئیدوز در موارد اثبات شده در نظر گرفته می شود. بیش از یک دهه پیش، مشخص شد که جهش در ژن لیزوزیم انسانی می تواند منجر به تجمع مقادیر زیادی آمیلوئید در کبد ، کلیه و سایر مناطق دستگاه گوارش گردد.

لیزوزیم (lysozyme ) از طریق فعالیت های دوگانه خود به عنوان یک آنزیم لیتیک و یک پروتئین کاتیونی کوچک ، با لیز کردن پپتیدوگلیکان دیواره سلولی باکتری ها ، با ایجاد اختلال درغشای باکتری و با فعال کردن آنزیم های اتولیتیک در دیواره سلولی باکتری ، به باکتری ها آسیب می رساند یا آن ها را از بین می برد. آنزیم لیزوزیم یک هیدرولاز گلیکوزید می باشد که هیدرولیز پیوندهای  1,4 – بتا بین N- استیل مورامیک اسید و باقی مانده N- استیل- D- گلوکزامین در پپتیدوگلیکان را کاتالیز می کند. این هیدرولیز به نوبه خود یکپارچگی دیواره سلولی باکتری را به خطر می اندازد و باعث لیز باکتری می شود. لیزوزیم سفیده تخم مرغ برای لیز باکتری های گرم مثبت موثرتر از باکتری های گرم منفی می باشد ؛ اگرچه این آنزیم ، لیز باکتری های گرم منفی مانند سالمونلا و شیگلا را نیز تسهیل می کند. لیز باکتری  E. coli به ویژه با افزودن هر دو آنزیم  لیزوزیم و نوکلئازهایی مانند DNase I بهبود می یابد.

کاربرد این آنزیم در بیولوژی مولکولی ، شکستن دیواره سلولی باکتری به منظور بهبود کارایی استخراج پروتئین یا اسید نوکلئیک  می باشد. از این رو ، شرکت یکتا تجهیز آزما ، آنزیم لیزوزیم (lysozyme) را به صورت پودر لیوفیلیزه به بازار عرضه می دارد. جهت تهیه محلول استوک ،  مقدار 10mg از پودر لیوفیلیزه لیزوزیم  را در  1ml از Tris-HCl (10 mM) PH=8 حل می نماییم.