Bernhard
Peter
Bungarotoxine
- die Nervengifte des Krait (1)
Abb.: So ästhetisch kann ein tödliches Gift sein: 3D-Struktur von Kappa-1-Bungarotoxin mit Signalpeptid in kristalliner Form (Protein-Datenbank PDB: 1KBA), erzeugt mit Chimera. Die roten und blauen Teile sind die Seitenketten der beiden Hälften des Homodimers, das graue Band stellt das Rückgrat der Aminosäurenkette dar, die grauen Kugeln stehen für eingelagertes Wasser. Man achte auf die bilderbuchmäßig schön ausgeprägte Faltblattstruktur (gelbe Pfeile).
Wer ist
ein Krait?
Kraits sind
Giftschlangen Südostasiens aus der Familie der Elapiden
(Giftnattern). Sie gehört zur Gruppe der Proteroglyphen. Sie
haben feststehende gefurchte Giftzähne im Vordermaul, mit denen
sie die Beute packen und beim Zupacken Gift in diese injizieren.
Kraits sind nachtaktiv. Sie ernähren sich hauptsächlich von
anderen kleinen Schlangen, ab und zu auch von Eidechsen oder von
kleinen Wirbeltieren wie Mäusen und Vögeln. Eng verwandt sind
Kraits mit den Kobras.
Wo kommen
Kraits vor?
12 Arten werden
unterschieden, mehrere davon mit Unterarten. Der
Verbreitungsschwerpunkt ist das tropische und subtropische
Südostasien:
Wie
gefährlich sind Kraits?
Kraits sind tagsüber
defensiv und wenig angriffslustig, sie werden als friedlich und
beißunlustig beschrieben. Selbst bei Annähern und Reizen
verstecken sie eher ihren Kopf zwischen den Körperschlingen und
ziehen sich soweit wie möglich zurück. In der Nacht dagegen
sind Kraits sehr aktiv und beißen wesentlich leichter zu. Die
meisten Schlangenbisse ereignen sich daher nachts, wenn Kraits
auf der Jagd nach Kleintieren in menschliche Behausungen
eindringen und am Boden schlafende Personen beißen. Wo Kraits
vorkommen, gehören sie mit zu den größten Gefahren. In Indien
z. B. ist Bungarus caeruleus der gefährlichste Krait. Ca. ein
Drittel aller Giftschlangenunfälle in West-Bengalen werden
dieser Art zugeschrieben. Insgesamt sollen Bungarus caeruleus und
Bungarus ceylonicus für 17 % der tödlichen Schlangenbisse und
10 % der Giftschlangenbisse verantwortlich sein. In Thailand
gehen die meisten tödlichen Schlangenbisse auf das Konto von
Kobras, Bungarus candidus und Calloselasma rhodostoma. In dem
subtropischen Verbreitungsgebiet dieser Tiere ereignen sich
Bißunfälle in erster Linie während der Monsunmonate (zw. Juni
und September), das ist die Zeit, in der auch die Jungen aus den
Eiern schlüpfen – sie haben trotz ihrer geringen Größe
bereits einen voll entwickelten Giftapparat.
Folgende LD50-Werte (intravenös) finden sich in der Literatur:
Wie wirkt
das Gift von Kraits?
Im Vordergrund steht
die neurotoxische Wirkung: Die Gifte blockieren die Kommunikation
zwischen Gehirn und Muskeln. Sie greifen peripher an, nicht
zentral, denn sie würden die Blut-Hirn-Schranke nicht
überwinden können. Typische erste Anzeichen einer Vergiftung
sind ein starrer Blick wegen der Lähmung der Augenmuskulatur und
der Augenlider (schwere Oberlider), dann erstarrt die
Gesichtsmuskulatur, die Lähmungen erfaßt auch die Gliedmaßen
und schließlich die Atemmuskulatur, was schließlich zum Tod
durch Atemstillstand führt – bei vollem Bewußtsein.
Was kann
man als Erste Hilfe tun?
Generell gelten die
in einem anderen Kapitel über Schlangenbisse vorgestellten Regeln. Zusätzlich ist es
bei Bissen dieser Schlangen sinnvoll, das betroffene Glied mit
einer Bandage (Idealbinde, Kurzzugbinde) relativ stamm von der
betroffenen Stelle an zum Rumpf hin zu wickeln und zu fixieren,
um die Blutzirkulation einzuschränken. Dies ist kein Abbinden!
Alle anderen Regeln gelten uneingeschränkt.
Woraus
besteht Schlangengift eigentlich allgemein?
Schlangengift besteht
zu über 90% aus Proteinen, bezogen auf die wasserfreie Fraktion.
Die Proteine lassen sich einteilen in solche, die enzymatische
Eigenschaften haben, und solche, die Toxine darstellen. Enzyme im
Schlangengift machen aus diesem ein hochkonzentriertes
Verdauungssekret. Immerhin zerkleinert eine Schlange ihre Beute
nicht, sondern verdaut sie als Ganzes, die Injektion hochaktiver
Verdauungsenzyme löst die Beute von innen auf. Hämorrhagische
Auflösung des Gewebes nach Vipernbissen oder
Klapperschlangenbissen, Unterblutungen der Haut etc. sind die
Folge dieser enzymatischen Tätigkeit von Schlangengift. Die
andere Sorte, die Toxine, sind peptidische Gifte, die häufig
eine spezifische Wirkung an Zellmembranen haben, die
Erregungsleitung unterbrechen oder eine Lähmung herbeiführen.
Daneben gibt es noch Stoffe, die eine Zwischenstellung zwischen Toxin (Giftstoff) und Enzym einnehmen, die Phospholipasen A2 (s.u.).
Gerade bei den Kraits stehen die Toxine im Vordergrund der Giftwirkung, es handelt sich um eine hochkomplexe Mischung verschiedener Nervengifte. Bei den Nervengiften der Kraits handelt es sich ausschließlich um Protein-Gifte aus ca. 63-95 Aminosäuren. Es werden mehrere Gruppen unterschieden:
Alpha-Neurotoxine
Post-synaptisch
angreifendes Neurotoxin, das irreversibel an den nicotinischen
Acetylcholin-Rezeptor bindet und neuromusculäre Blockaden
erzeugt und zu Paralyse der Skelettmuskulatur führt. Das
verhindert die Öffnung von mit dem nicotinischen
Acetylcholin-Rezeptor assoziierten Ionenkanälen. Die Blockade
der motorischen Endplatten steht im Vordergrund. Bei Kraits
kommen zwei Isoformen der Alpha-Bungaotoxine vor. Das
Alpha-Bungarotoxin bindet so fest an den Acetylcholin-Rezeptor,
daß es im Labor zum Markieren dieser Kanäle benutzt wird.
Abb.: Alpha-Bungarotoxin, A-Kette (Protein-Datenbank SCOP 44424), erzeugt mit Chimera.
Kappa-Neurotoxine:
Neurotoxin, welches
ebenfalls an den postsynaptischen nicotinischen Rezeptor für
Acetylcholin bindet und diesen blockiert. Im Vergleich zu
Alpha-Toxinen binden Kappa-Toxine stärker an neuronale
Rezeptoren und weniger stark an Muskel-Rezeptoren.
Hauptangriffsbereich sind also die Nervenknoten (Ganglien), wo
die Signalweiterleitung unterbrochen wird. Bei Kraits kommen
mindestens 6 verschiedene Kappa-Neurotoxine vor.
Abb.: Kappa-1-Bungarotoxin, A-Kette (Protein-Datenbank SCOP 44431), erzeugt mit Chimera. Böse Zungen behaupten, ich hätte dieses Kapitel nur wegen der schönen Graphiken geschrieben....
Beta-Neurotoxine,
Phospholipasen A2:
Ebenfalls
Nervengifte, aber sie binden an eine präsynaptische Membran und
verhindern dort die Ausschüttung des Botenstoffes Acetylcholin,
der die Erregung weiterleiten soll. Auch so versiegt das Signal,
es kommt zu Lähmungen. Es sind neurotoxische Phospholipasen A2,
also eigentlich Enzyme, die Phospholipide hydrolysieren. Daher
hat diese Gruppe eine Sonderstellung: Es handelt sich sowohl um
Enzyme als auch um Gifte. Von den Phospholipasen A2 gibt es viele
verschiedene Sorten, u. a. solche, die die Muskulatur auflösen
wie beim Taipan, oder solche, die die neuromuskuläre
Kommunikation unterbrechen wie bei den Kraits.
Neben diesen wichtigen Gruppen gibt es in dem Gift der Kraits auch noch Gamma-Toxine, Cardiotoxine, die auf das Herz gehen, sowie viele weitere Nervengifte.
Sequenz
der Schlangengifte der Gattung Bungarus:
In der Zelle wird an
den Ribosomen ein längeres Protein synthetisiert, eine Vorstufe
des eigentlichen Giftes. Der Anfang der Gifte besteht aus 21
Aminosäuren gleicher oder äußerst ähnlicher Abfolge, die das
sogenannte Signalpeptid darstellen. Das Signalpeptid sorgt
dafür, daß das Gift durch die Membran des endoplasmatischen
Retikulums geschleust wird und dort weitertransportiert wird.
Nach dem Membrandurchtritt hat das Signalpeptid seine Funktion
erfüllt und wird abgespalten. Der Rest, also die Vorstufe
abzüglich der ersten 21 Aminosäuren, stellt das eigentliche
Gift dar, wie in der Abb. für drei verschiedene Gifte
illustriert:
Es gibt, wie oben beschrieben, mehrere Gruppen von Giften, die jeweils als Alpha-, Kappa- etc. Toxine zusammengefaßt werden. Es sind jeweils nur wenige Aminosäuren, die ausgetauscht sind. Folgende Abb. illustriert die strukturelle Ähnlichkeit insbesondere der Kappa-Toxine untereinander:
Eine detaillierte Beschreibung einzelner Bungarotoxine und anderer Neurotoxine aus Bungarus-Arten für chemisch Interessierte findet sich hier.
Literatur:
PDB-ID: 1KBA: Dewan,
J. C., Grant, G. A., Sacchettini, J. C.: Crystal structure of
kappa-bungarotoxin at 2.3-A resolution. Biochemistry 33 pp. 13147
(1994)
PDB-ID: 2ABX: Love, R. A., Stroud, R. M.: The crystal structure
of alpha-bungarotoxin at 2.5 A resolution: relation to solution
structure and binding to acetylcholine receptor. Protein Eng 1
pp. 37 (1986)
http://www.ii.uib.no/bio/i282/1997/snake-sequences.html
http://www.vs-c.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/8/bc/vlu/biotoxine/tiergifte.vlu/Page/vsc/de/ch/8/bc/biotoxine/schlangengift.vscml.html
http://www.gifte.de/Gifttiere/bungarus-arten.htm
http://www.ebi.ac.uk/interpro/potm/2004_6/Table.htm
http://www.ebi.uniprot.org/entry/P60615,
http://www.ebi.uniprot.org/entry/P60616,
http://www.ebi.uniprot.org/entry/P01398,
http://www.ebi.uniprot.org/entry/P15816,
http://www.ebi.uniprot.org/entry/P15817,
http://www.ebi.uniprot.org/entry/O12961,
http://www.ebi.uniprot.org/entry/O12962 und verwandte Seiten
Dieter Mebs, Gifttiere, WVG-Verlag.
Amino acid sequence of alpha-bungarotoxin from the venom of
Bungarus multicinctus: D. Mebs, et al.; BBRC 44, 711 (1971)
Elapid neurotoxins. Purification, characterization, and
immunochemical studies of alpha-bungarotoxin: D.G. Clark, et al.;
Biochemistry 11, 1663 (1972)
Purification, properties and amino acid sequence of
alpha-bungarotoxin from the venom of Bungarus multicinctus: D.
Mebs, et al.; Hoppe Seylers Z. Physiol. Chem. 353, 243 (1972)
http://www.kingsnake.com/toxinology/LD50/ld50iv.html
http://www.gifte.de/Gifttiere/ld50_intraperitoneal.htm
http://www.serpenti.it/velenosi/ld50.htm
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