intracelulárně působící toxiny

Mechanizmus působení těchto toxinů zahrnuje 3 fáze:

1. vazbu toxinu na specifické receptory na membráně vnímavých buněk, 
2. translokaci toxinu přes membránovou bariéru, 
3. interakci se substrátem v cytoplasmě.

Molekuly těchto toxinů tvoří polypeptidické řetězce, které mají 2 funkční části označované jako fragment A, který je enzymové aktivní, a fragment B, který se váže na buněčný receptor. Celá molekula je enzymové inaktivní (jde tedy o proenzym), ale je toxická po průniku do buňky. Fragment A je sám o sobě netoxický, nemůže proniknout do buňky. Po vazbě fragmentu B na receptor je molekula naštěpena a po redukci disulfudických vazeb se fragmenty rozdělí, fragment B zůstává vně buněčné membrány a fragment A pronikne do cytosolu.

Toxiny s transferázovou aktivitou

Katalyzují ADP-ribosylaci cílového proteinu v buňce, to znamená, že katalyzují přenos adenosindifosfát ribosy z nikotin adenosin dinukleotidu. Skupina toxinů s ADP ribosylační aktivitou tvoří 3 kategorie podle proteinu, který je v buňce modifikován.

1. Prvá skupina naváže ADP-ribosu na eukaryotický elongační faktor 2, což vede k zástavě proteosyntézy v buňce a k jejímu úhynu (difterický toxin, A toxin Pseudomonas aeruginosa).
2. Druhá kategorie kovalentně naváže ADP-ribosu na regulační složky adenylcyklázy, což vede ke zvýšené produkci cyklického AMP (cholerový toxin Vibrio cholerae, termolabilní enterotoxin Escherichia coli, toxin Bordetella pertussis); zvýšená koncentrace AMP působí sekreci chloridových iontů a vody a zábranu absorpce sodíkových iontů. Únik tekutiny tímto mechanizmem (průjem) je projevem cholery a infekce toxigenním kmenem Escherichia coli. Toxin Bordetella pertussis senzibilizuje pro histamin, způsobuje lymfocytózu a leukocytózu, aktivuje Langerhansovy ostrůvky. Zvýšenou produkci cGMP vyvolává kupř. termostabilní enterotoxin Escherichia toxin, má malou molekulovou hmotnost, není antigenní.
3. Do třetí kategorie se řadí produkt Clostridium botulinum typ C2 a C3 odlišný od botulotoxinu, transferázový toxin těchto typů C. botulinum nemá prokazatelný podíl na toxicitě. Do této kategorie patří také iota toxin Clostridium perfringens.

Z poznání stavby intracelulárních toxinů vyplynulo zjištění, že vnímavost buněk k jejich účinku je vázána na přítomnost receptoru na eukaryotické buňce, kam se fragment B váže. Tak se vysvětlila velmi rozdílná citlivost zvířecích druhů k účinku difterického toxinu (na buňkách myší je velmi málo receptorů, takže myš je asi 1000x méně vnímavá než morče). Absolutní nutnost spoluúčasti vazebného fragmentu vedla k tomu, že je možné užít tohoto fragmentu při aktivní imunizaci.

Botulotoxin a tetanospasmin

Zvláštní skupinu intracelulárně působících toxinů tvoří botulotoxin a tetanospasmin. Oba působí jako neurotoxiny. Botulotoxin se tvoří jako jediný polypeptidový řetězec o molekulové hmotnosti 150 000, štěpí se na těžký řetězec (mol. hm. 100 000) a lehký řetězec (mol. hm. 50 000). Vazebná část toxinu je vázána na těžký řetězec, aktivní na lehký. Farmakologické účinky má jen celá molekula. Toxin je obvykle požit jako preformovaný v potravině, je ze střeva vstřebáván do krevního oběhu a odtud se dostává na neuromuskulární ploténky. Tam se váže na motorickou část ploténky, kde vyvolává presynaptický blok uvolňování acetylcholinu. Tím vzniká ireverzibilní ochabnutí svalů, smrt je důsledkem paralýzy dýchacích svalů. Botulotoxiny jsou podle antigenicity označovány A-F, u člověka se uplatňuje zejména A, B a E.

Botulizmus může vzniknout také jako důsledek množení Clostridium botulinum v hostitelském organismu, a to buď v trávicím traktu především malých dětí, anebo při kontaminaci rány touto bakterií. Při množení klostridia se tvoří botulotoxin a je vstřebáván s důsledky uvedenými výše.

Patogeneza tetanu začíná jako lokální infekce anaerobním Clostridium tetani, které samo neproniká do tkání. Vytvořený tetanospasmin je vychytáván nervovými zakončeními a transportován retrográdně do šedé hmoty předních rohů míšních, kde proniká do buňky. Toxin blokuje uvolňování inhibičních neurotransmiterů, což vede ke křečím příčně pruhovaných svalů. Struktura tetanospasminu je obdobná struktuře botulotoxinu. Důležité je, že vazebný fragment se může z vazby uvolnit a volně putovat a zvyšovat aktivaci kardiovaskulárních sympatických mechanismů. Tak se vysvětluje náhlá smrt při tetanu.

V poslední době se ukazuje, že tyto neurotoxiny (tetanospasmin a botulotoxin typu B) jsou endopeptidázy závislé na zinku , které selektivně štěpí synaptobrevin, bílkovinu přítomnou v membráně synaptických vesikul, a tím ovlivňují uvolňování neurotransmiterů.