HEMOLISINA: CARACTERÍSTICAS, TIPOS, MECANISMOS DE AÇÃO - BIOLOGIA - 2025

A hemolisina é uma pequena proteína que causa poros na célula dos eritrócitos e algumas outras células do sangue próprias da membrana dos mamíferos. Geralmente é sintetizado e excretado por bactérias patogênicas.

Esta proteína é uma das toxinas microbianas mais comuns e a que foi mais bem estudada. Às vezes, pode causar anemia hemolítica, pois o número de canais pelos quais sai o interior da célula pode até causar lise celular.

Estrutura molecular de uma hemolisina (Fonte: Jawahar Swaminathan e equipe MSD do Instituto Europeu de Bioinformática via Wikimedia Commons)

Geralmente, a hemolisina é uma toxina típica das espécies de Streptococcus do trato intestinal. Sua função permite que as bactérias rompam a barreira epitelial do trato intestinal e, assim, se movam através da corrente sanguínea para colonizar outros tecidos.

A forma mais comum em que a hemolisina é encontrada na natureza é a α-hemolisina. Esta proteína é um dos fatores de virulência mais importantes da maioria das cepas de Escherichia coli e de alguns clostrídios.

A maioria das infecções do trato urinário é causada por cepas de Escherichia coli que produzem α-hemolisina com características hemolíticas.

A produção de hemolisina e bacteriocina em cepas bacterianas tem sido relacionada a um mecanismo de competição contra as outras espécies e a produção de ambas as toxinas parece depender dos mesmos determinantes genéticos no genoma da bactéria.

Caracteristicas

A hemolisina é composta por sete subunidades e o gene que a codifica possui sete promotores. Essas sete subunidades se inserem na membrana plasmática das células-alvo e, quando se unem, formam um canal iônico por onde escapam os metabólitos do interior da célula.

A hemolisina é uma citotoxina extracelular dependente do cálcio (Ca + 2) que atua na membrana plasmática das células da corrente sanguínea. Os poros que ele cria na membrana também são hidrofílicos e fazem com que a água entre no interior da célula, o que pode levar à lise.

As hemolisinas são produtos proteicos típicos de bactérias gram-negativas e todas compartilham duas características:

1- A presença de um peptídeo muito pequeno (nonapeptídeo) composto por repetições dos aminoácidos glicina e ácido aspártico. Os nonapeptídeos da hemolisina estão localizados próximo à porção C-terminal da estrutura primária da proteína.

2- Todas as hemolisinas são secretadas pela bactéria para o meio extracelular por meio de um transportador do tipo ABC (ATP-Binding Cassette).

A produção de hemolisina é geralmente detectada em cepas bacterianas através do crescimento em meio de ágar sangue. No teste, é observado um halo hemolítico, um produto da quebra de glóbulos vermelhos próximo às colônias bacterianas.

Tipos

Existem vários tipos diferentes de hemolisinas, estas são classificadas com uma letra grega no início do nome. As mais estudadas e comuns são as hemolisinas α, β e γ, todas produzidas pela cepa de Staphylococcus aureus.

Os tipos de hemolisina são classificados de acordo com a gama de células que atacam e de acordo com a estrutura primária da proteína.

α-hemolisina

Esta proteína é típica das cepas de Staphylococcus aureus e Escherichia coli; ataca neutrófilos, glóbulos vermelhos, linfócitos, macrófagos, fibroblastos adultos e embrionários. Ele interage com as cabeças polares dos lipídios da membrana plasmática dessas células para internalizar uma cauda hidrofóbica de cerca de 5 Ӑ dentro da membrana.

β-hemolisina

Produzida por Staphylococcus aureus em menor extensão que a α-hemolisina, a β-hemolisina ataca principalmente os glóbulos vermelhos e penetra na membrana exclusivamente através dos domínios ricos em esfingomielina da membrana celular.

γ-hemolisina

Também foi observado em Staphylococcus aureus. Foi classificada como proteína hemolítica e leucotoxina ao mesmo tempo, pois afeta células polimorfonucleares de humanos, monócitos, macrófagos e, raramente, até células vermelhas do sangue.

Este tipo de γ-hemolisina é um dos menos caracterizados, portanto, muito de seu mecanismo de ação é desconhecido e não foi investigado in vivo.

Mecanismos de ação

O mecanismo de ação que foi elucidado com relativa clareza é o da α-hemolisina. No entanto, como são todas proteínas hemolíticas, acredita-se que a maioria dos processos seja comum a todas as hemolisinas.

Os cientistas sugerem que para as bactérias secretarem hemolisina no meio ambiente, elas devem estar em um microambiente pobre em nutrientes, portanto, esse seria um mecanismo que acionaria a célula para destruir as células-alvo e obter seus nutrientes.

O mecanismo foi descrito em três etapas: ligação à membrana celular, inserção e oligomerização.

Ligação de membrana

Verificou-se que as hemolisinas são capazes de se ligar a integrinas de neutrófilos e, nos eritrócitos, essas proteínas demonstraram se ligar a componentes glicosilados, como glicoproteínas, gangliósidos e glicoforinas da membrana celular.

Alguns autores sugerem que a presença de receptores na membrana não é essencial para que ocorra a ligação das hemolisinas. Em qualquer caso, o mecanismo de re-alimentação celular da proteína ainda não é conhecido com precisão.

Poro transmembrana formado pela proteína Staphylococcus hemolisina (Fonte: Autores de deposição: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; autor de visualização: Usuário: Astrojan via Wikimedia Commons)

A interação com a membrana ocorre em duas etapas:

- Ligação inicial (reversível): quando a hemolisina se liga aos domínios de ligação do cálcio da membrana. Esta etapa ocorre na superfície e é muito suscetível à descarga eletrostática.

- Junção irreversível: une os domínios de aminoácidos com os componentes lipídicos da camada externa da membrana plasmática das células-alvo, a fim de formar ligações físicas entre os compostos hidrofóbicos da membrana.

Inserção de toxina na membrana

A Α-hemolisina insere os resíduos 177 e 411 na primeira monocamada de lipídeo. No meio extracelular, a hemolisina está associada aos íons cálcio, que induzem um arranjo estrutural no mesmo e contribuem para sua ativação.

Esta inserção consolida o apego irreversível à membrana celular. Uma vez ocorrido o arranjo, a hemolisina passa a ser uma proteína integral, pois, experimentalmente, foi demonstrado que a única forma de extraí-la da membrana é utilizando detergentes como o Triton X-100.

Oligomerização

Quando toda a hemolisina foi inserida na membrana plasmática das células-alvo, ocorre a oligomerização das 7 subunidades que a compõem, o que culmina na formação de um poro protéico, altamente dinâmico, mas dependente da composição lipídica da membrana.

Observou-se que o processo de oligomerização é favorecido pelos microdomínios ou jangadas lipídicas da membrana celular. Essas regiões podem não favorecer a ligação da proteína, mas favorecem a oligomerização da mesma uma vez inserida.

Quanto mais hemolisinas se ligam à membrana, mais poros se formam. Além disso, as hemolisinas podem oligomerizar umas às outras (adjacentes) e formar canais muito maiores.

Referências

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