作为一种植物蛋白，「蓖麻毒素」为何具有高毒性，其毒性作用机理是怎样的？ 第1页

感觉蓖麻毒素又热了，作为业余毒理学爱好者，下面是之前整理的一些资料。

其他的回答里，蓖麻毒素的来源，蛋白结构等都说的很清楚了，这些各种百科上也能找到，就不多提。讲一下化学上的“毒性作用机理”就是蓖麻毒素的A链是怎样水解核糖糖苷的。

一般的毒理分析上会写^[1]：

蓖麻毒素是一种细胞毒。当毒素进入体内，A、B链分开。A链通过渗透经细胞膜进入细胞浆，主要使真核细胞的核糖体抑制失活，从而抑制蛋白质的合成。B链与细胞表面结合，通过内陷作用转入细胞内，它能促使A链进入胞浆。
蓖麻毒素具有强烈的细胞毒性，属于蛋白合成抑制剂或核糖体失活剂，这也是在构建免疫毒素时，应用到蓖麻毒素的主要原因。
合成的机理在20世纪70年代已经明确。首先，毒素依靠B链上的半乳糖结合位点与细胞表面含末端半乳糖残基的受体结合，促进整个毒素分子以内陷方式进入细胞，形成细胞内囊，毒素从细胞内囊中进入细胞质，随后蛋白链间二硫键被还原裂解，游离出A链。A链是一种蛋白酶，作用于真核细胞核糖体60S大亚单位的28S rRNA，水解A4324位点的腺嘌呤N-糖甙的甙键，使其脱去腺嘌呤，丧失抗RNA酶的抗性而被降解，不能与延长因子(EF-2)结合，从而干扰了核糖体，EF-2，鸟嘌呤三磷酸腺苷(GTP)复合体的形成，导致蛋白质合成的抑制，最终细胞死亡。

之后的生化过程都和“蛋白合成抑制剂或核糖体失活剂”这一点相关，下面是细胞生物学中的图释，蓖麻毒素干扰的就是其中的28S rRNA，就不赘述了^[2]。

这个毒素的结构非常巧妙，除了A链B链相互配合外，高效水解腺嘌呤N-糖甙也是它神奇的地方。下图就是A链的结构。Ribose：核糖；adenine：腺嘌呤。它的结构中的“裂缝”或者说“口袋”通过氢键等相互作用可以很好的和真核细胞核糖体60S大亚单位的28S rRNA结合。

毒性相关反应的核心是A链“裂缝”处的Glu177和Arg180通过质稳定水解反应中的过渡态的方式催化了水解过程。Glu：谷氨酸，有两个羧基，一个用来形成肽键，还有一个外露的羧基；Arg：精氨酸，有一个碱性很强的胍基，就是图上那个长得相尿素的有三个N的结构（一个黑球连三个白球），它对应的胍盐pKa大约12.5左右，而腺嘌呤pKa大约是9，也就是说胍基的碱性强于腺嘌呤。

在一般的生理环境中，一个有带负电一个带正电，很自然地就形成下图中左上角 和 这样的离子对，并通过氢键作用稳定“控制”着几个水分子在附近。

上面这个过程只是一个可能的机理，Arg和Glu的离子对就像两只手一样和腺嘌呤N-糖甙甙键两端的碱基/核糖部分相互作用。左边是待宰的糖苷，右边是A链上的两个蛋白侧链基团。

水解是异裂过程，所以一个偏向于带正电荷（核糖）一个偏向于带负电荷（腺嘌呤），Arg和Glu的离子对正好一正一负，和基团的距离也是非常合适，所以很好的“切开了”这个糖苷键。

其中A链上的Glu177中的羧酸根可以和由于嘌呤碱的离去生成的氧鎓离子形成离子对，因而稳定了由离去基团腺嘌呤离开所形成的带正电荷的中间体。

同时，离去基团腺嘌呤与Arg180 中的邻近胍基自发地形成离子对，这进一步稳定了上述离去基团离开时所形成的过渡态。

最后，离子对控制的水分子亲核加成完成最后一击。腺嘌呤N-糖甙甙键就这样被水解，核糖体被干扰，抑制蛋白的合成，导致细胞死亡。之后，Glu把质子转移给Arg的胍基，等待水解下一个腺嘌呤N-糖甙。

整个过程需要B链协助A链进入细胞，A链对核糖糖苷位置的精准识别，A链上的Glu和Arg恰到好处的电荷分布和距离控制，总之，这是自然界的鬼斧神工。

参考资料：

1. ^ https://baike.baidu.com/item/%E8%93%96%E9%BA%BB%E6%AF%92%E7%B4%A0/10011416?fr=aladdin
2. ^ https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/ricin#:~:text=Ricin%20is%20a%20heterodimer%20glycoprotein%20that%20is%20isolated,protein%20synthesis%20and%20causing%20cytotoxicity%20within%208%20h