Valinomysiini

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Valinomysiini
Valinomycin.svg
Valinomysiinin rakenne
Tunnisteet
CAS-numero 2001-95-8
Ominaisuudet
Kemiallinen kaava C54H90N6O18
Moolimassa 1111,34 g/mol
Sulamispiste 190 °C ( K)
Kiehumispiste °C ( K)
Liukoisuus metanoli, etanoli, etyyliasetaatti, petrolieetteri, diklorometaani

Valinomysiini on Streptomyces-suvun maaperäbakteerien tuottama antibiootti, joka on osoittautunut erittäin myrkylliseksi muun muassa nisäkässoluille.

Rakenne ja kemialliset ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valinomysiini on kemialliselta rakenteeltaan dodekadepsipeptidi. Molekyylirungon muodostaa kaksitoista aminohappo- ja esteriyksikköä, jotka ovat liittyneet toisiinsa rengasmaiseksi makrosykliksi. Valinomysiini on huoneenlämmössä kiinteä, valkoinen yhdiste. Rakenteen sisältämien isopropyyli- ja metyyliryhmien vuoksi valinomysiini liukenee erityisen hyvin poolittomiin liuottimiin. Lisäksi se liukenee muun muassa etanoliin, eetteriin, kloroformiin, etikkahappoon ja dimetyylisulfoksidiin.

Kompleksinmuodostus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Molekyylin runkorakenteessa on 12 karbonyyliryhmää, jotka voivat yhdessä sitoa kationeja. Valinomysiini muodostaa kompleksin erityisen herkästi kaliumkationin kanssa, muttei sido juurikaan natriumioneja. Muun muassa tämä ominaisuus tekee yhdisteestä merkittävän bioaktiivisen aineen. [1] Valinomysiini muodostaa komplekseja useiden mono- ja divalenttisten kationien kanssa. Vahva kompleksinmuodostus on todennettu muun muassa K+- ja Cs+-kationien kanssa, heikkoja sidoksia muodostuu esimerkiksi Li+-, Na+-, ja ammoniumionin kanssa.[2]

Käyttäytyminen erilaisissa liuotinympäristöissä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valinomysiinimolekyylillä on verrattain yksinkertainen rakenne, mutta kompleksoitumaton molekyyli saa liuotinympäristöstä riippuen lukuisia erilaisia konformaatioita. Relaksaatioaika eri konformaatioiden välillä on lyhyt, välillä 1-10 nanosekuntia. Ei-polaarisissa liuoksissa sekä kiteytyneessä muodossa alkalimetalli-ionikompleksi saa usein pallomaisen rakenteen. Vesiliuoksessa kaliumionikelaatti on erittäin epästabiili.[3] Tietokonesimulaatioiden mukaan kompleksin purkautumiseen kuluu aikaa vain 20-30 pikosekuntia.[4]

Poolittomassa ympäristössä valinomysiinimolekyyli laskostuu usein pallomaiseen muotoon. Pallon keskelle muodostuu hydrofiilinen onkalo, jonka vesihakuisuus johtuu karbonyyliryhmistä (12 kpl) ja eetterisidoksellisista happiatomeista (6 kpl). Molekyylin ulkopinta taas on erittäin hydrofobinen eli vettä hylkivä johtuen hydrofobisista sivuketjuista. Laskostuneen molekyylin hydrofiilinen osa voi sisältää esimerkiksi vesimolekyylejä, joiden määrä ratkaisee kompleksin muodon. Kompleksin muoto vaihtelee pallomaisesta ellipsimäiseen. Vesipitoisemmassa ympäristössä valinomysiini muodostaa tynnyrinmuotoisen dimeerin, jonka keskelle mahtuu vähintään 24 vesimolekyyliä. Dimeerit taas muodostavat biologisia membraaneja muistuttavan kerrostuman.[5]

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Koska valinomysiini reagoi erittäin herkästi kaliumionien kanssa, kemikaalia käytetään selektiivisissä ionidetektoreissa. Eräs sovelluskohde on veren kaliumpitoisuuden määritys, joka voidaan suorittaa detektorilla reaaliaikaisesti.[6]

Bioaktiivisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valinomysiini kykenee vahingoittamaan veren valkosoluja.

Kompleksoitumaton valinomysiinimolekyyli on erittäin pinta-aktiivinen aine, joka konsentroituu biologisten kalvojen rajapinnoille sekä ilman ja veden rajapinnoille. Tällöin molekyylin konformaatio vaihtelee puoliavoimesta renkaasta avoimeen rengasmuotoon.[4]

Molekyyli toimii ionoforina, joka kuljettaa alkalimetalli-ioneja biologisten kalvojen läpi. Prosessi alkaa kelatoitumisella metalli-ionin kanssa, minkä yhteydessä molekyylin muoto muuttuu puoliavoimesta renkaasta hydrofobiseksi palloksi, jonka sisässä sijaitsee metalli-ioni. Kompleksoitumisen jälkeen valinomysiinikompleksi uppoaa biologiseen kalvoon. Kompleksi ajautuu kalvon toiselle puolelle diffuuttisesti tai elektroforeettisesti. Jos kompleksi kohtaa kalvon toisella puolella vesipitoisen ympäristön, se avautuu ja luovuttaa metalli-ionin pois. Edellä kuvattu prosessi muuttaa voimakkaasti ionien konsentraatiogradientteja solukalvon molemmin puolin.[3]

Yhdiste on erittäin rasvaliukoinen, spesifinen mitokondriomyrkky sekä neurotoksiini. Se imeytyy passiivisesti solujen sytoplasmaa ympäröivän kelmun läpi mitokondrioihin. Tämän jälkeen se asettuu mitokondrion sisäkalvoon kuljettaen kaliumioneja sen läpi. Valinomysiini voi asettua myös solukalvolle, ja tällä tavoin altistaa solun ulkoiselle kaliumionipitoisuudelle.[7]

Valinomysiinin on havaittu tuhoavan ihmiselimistössä olevia luontaisia tappajasoluja sekä muita lymfosyyttejä.[8] Lisäksi valinomysiinin on havaittu aiheuttavan apoptoosia dendriittisoluissa ja silmälinssiepiteelissä. Toksiinin tiedetään vaikuttavan myös beta-adrenergisen hermotuksen toimintaan. Valinomysiinin solutoksisuutta on mitattu solutoksikologisin kokein, muun muassa sian siittiötesteillä.[9] Valinomysiini muistuttaa sekä rakenteeltaan että solutoksisilta ominaisuuksiltaan kereulidia.

Esiintyminen sisäympäristöissä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valinomysiinia tuottavat ainakin bakteerit Streptomyces fulvissimus, Streptomyces tsusimaensis ja Streptomyces griseus. Näistä S. griseus on tunnettu kosteusvauriorakenteissa elävä aktinobakteeri.[9]

Suomalaistutkimuksissalähde? valinomysiinintuottajia on löydetty muun muassa kosteusvaurioituneista kouluista ja päiväkodeista. Toksiinia tuottavia mikrobeja on eristetty sekä rakennusmateriaaleista, pinnoille laskeutuneesta huonepölystä että suoraan sisäilmasta. Arvellaan, että toksiinia saattaa kertyä sisätiloihin pitkäaikaisen kosteusvaurion seurauksena, jos valinomysiinin tuottajamikrobi on läsnä.[9]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Thompson M and Krull UJ (1982). "The electroanalytical response of the bilayer lipid membrane to valinomycin: membrane cholesterol content". Anal. Chim. Acta 141: 33–47. doi:10.1016/S0003-2670(01)95308-5. 
  2. Sille Ehala, Václav Kasicka, Emanuel Makrlík (2008). "Determination of stability constants of valinomycin complexes with ammonium and alkali metal ions by capillary affinity electrophoresis". Electrophoresis 29: 652–657. doi:10.1002/elps.200700583. 
  3. a b Valinomycin and Potassium Transport Viitattu 29.11.2009
  4. a b Antibiotic activity of valinomycin Molecular dynamics simulations involving the water/membrane interface Viitattu 29.11.2009
  5. Sructure of Valinomycin and its ComplexesViitattu 28.11.2009
  6. H.F. Osswald (1979). "On-line Continuous Potentiometric Measurement of Potassium Concentration in Whole Blood During Open-Heart Surgery". Clinical Chemistry 25/1: 39-43. 
  7. Myrkylliset mikrobit sisätiloissa; Mirja Salkinoja-Salonen; 1999
  8. Inhibition of Human NK Cell Function by Valinomycin, a Toxin from Streptomyces griseus in Indoor Air Viitattu 28.11.2009
  9. a b c The Mitochondrial Toxin Produced by Streptomyces griseus Strains Isolated from an Indoor Environment Is Valinomycin

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]