Choleratoxín je proteín produkovaný baktériou Vibrio cholerae, ktorá je extracelulárnym patogénom.

Choleratoxín je bielkovina s hmotnosťou 87 kDa. Skladá sa z podjednotiek, A a B. A podjednotka má enzymatickú aktivitu, B podjednotka sa viaže na receptor na cytoplazmatickej membráne. Pomer podjednotiek je AB₅. Päť B podjednotiek vytvára pentamérny kruh, ktorý obklopuje jednu A podjednotku, ktorá je umiestnená v strede kruhu. V intestinálnom trakte sú A podjednotky rozštiepené na A1 a A2 reťazce, pričom ale zostávajú kovalentne prepojené jednou disulfidovou väzbou, až kým nedosiahnu endoplazmatické retikulum.

Po väzbe na lipidový receptor (gangliozid GM1) dôjde k endocytóze komplexu choleratoxín-receptor, čím sa tento proteín ocitne v endocytotickej vezikule, ktorá splynie s endozómom, ktorý splynie s membránou Golgiho aparátu. Z lúmenu Golgiho aparátu sa choleratoxín dostane retrográdne do endoplazmatického retikula. Tam dochádza pomocou enzými PDI (protein disulfide isomerase) ku:

• redukcii disulfidovej väzby medzi A1 a A2 reťazcom (PDI ako oxidoreduktáza)
• uvoľnenie A1 reťazca z holotoxínu
• „rozbalenie“ do nezloženej konformácie (PDI ako chaperón)

V membráne ER sa nachádzajú proteín-translokačné kanály (napr. SEC61), ktoré umožnia presun reťazca A1 z lúmenu ER do cytoplazmy v nezbalenom stave. Po dosiahnutí cytozolu sa A1 reťazec poskladá na zabránenie okamžitej degradácii v proteazóme.

Podjednotka A cestuje k cytoplazmatickej membráne, kde enzymaticky pôsobí na α-podjednotku stimulačného G proteínu (G_S), ktorú kovalentne a ireverzibilne modifikuje ADP-ribozyláciou arginínového zvyšku α-podjednotky. Ide o prenos ADP-ribózovej časti z NAD⁺ za uvoľnenia nikotínamidu. ADP-ribozyláciou mechanizmom S_N1 vzniká N-glykozidová väzba.

Dôsledkom tejto kovalentnej modifikácie G-proteínu sa zablokuje GTPázová autokatalytická aktivita G proteínu a tak sa G-proteín nemôže vrátiť do neaktívneho stavu. Aktívny G-proteín potom aktivuje adenylátcyklázu, ktorá začne produkovať cAMP, ktorý alostericky aktivuje cAMP-dependentnú proteinkinázu A (PKA), ktorá fosforyluje CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), čo je chloridový transportér, ktorý pumpuje chloridové anióny z cytozolu do extracelulárneho priestoru po aktivácii kovalentnou modifikáciou – fosforyláciou, za ktorú je zodpovedná PKA. Na aktivitu CFTR je potrebná ešte väzba ATP na nukleotidovú podjednotku. Spolu so sodnými a draselnými katiónmi a chloridovými a hydrogenuhličitanovými aniónmi prechádza do lúmena čreva voda, čo spôsobí prudké ťažké hnačky vedúce v priebehu niekoľkých hodín k smrti.

Každý proteín v organizme má svoj polčas existencie, podobne aj G-proteíny a aj choleratoxín. Po eradikácii baktérie V. cholerae pôsobením antibiotík nedochádza k zaťažovaniu organizmu novými molekulami choleratoxínu. Po uplynutí určitého času dochádza k degradácii choleratoxínu, čo spôsobí, že G-proteíny prestanú byť ADP-ribozylované, postupom času sa degradujú aj takto poškodené G-proteíny a sú nahradené novosyntetizovanými G-proteínmi. Týmto mechanizmom sa človek vylieči z cholery.

Portál biológia Portál chémia