A ricina é unha lectina (unha proteína unida a carbohidratos) e unha potente toxina producida polas sementes da planta do rícino, Ricinus communis. A dose letal media (LD50) da ricina en ratos é de arredor de 22 microgramos por quilo de masa corporal en inxección por vía intraperitoneal. A exposición oral á ricina é menos tóxica. Unha dose oral letal estimada en humanos é de aproximadamente 1 miligramo por quilo de masa corporal.
A ricina é unha toxoalbumina e foi descrita por primeira vez por Peter Hermann Stillmark, o fundador da lectinoloxía. A ricina é quimicamente similar á robina.
Bioquímica A ricina clasifícase como unha proteína inactivadora do ribosoma (RIP) de tipo 2. Mentres que as RIPs de tipo 1 están compostas por unha soa cadea proteica que posúe actividade catalítica, as RIPs de tipo 2, tamén coñecidas como holotoxinas, están compostas por dúas cadeas proteicas diferentes que forman un complexo heterodímero. As RIPs de tipo 2 constan dunha cadea A que é funcionalmente equivalente a unha RIP de tipo 1, ligada covalentemente por unha soa ponte disulfuro a unha cadea B que é cataliticamente inactiva pero serve como mediadora do transporte do complexo das proteínas A-B desde a superficie celular, por medio de carrexadores de vesículas, ao lume do retículo endoplasmático (RE). Tanto as RIPs de tipo 1 coma as de tipo 2 son funcionalmente activas contra os ribosomas in vitro; porén, só as de tipo 2 mostran citotoxicidade debido ás propiedades similares á lectina da cadea B. Para que mostre a súa función inactivadora do ribosoma, a ponte disulfuro da ricina debe ser cortada redutoramente.
Biosíntese A ricina sintetízase no endosperma das sementes do rícino. A proteína precursora da ricina ten unha lonxitude de 576 residuos de aminoácidos e contén un péptido sinal (residuos 1–35), a cadea A da ricina (36–302), un péptido enlazador (303–314), e a cadea B da ricina B (315–576). A secuencia sinal N-terminal serve para entregar o prepropolipéptido ao retículo endoplasmático e unha vez feito, o péptido sinal é cortado. Dentro do lume do retículo endoplasmático o propolipéptido glicosílase e unha proteína disulfuro isomerase cataliza a formación da ponte disulfuro entre as cisteínas 294 e 318. O propolipéptido glicosílase aínda máis no aparato de Golgi e transpórtase aos corpos de almacenamento de proteínas. O propolipéptido é cortado dentro dos corpos proteicos por unha endopeptidase para producir a proteína ricina madura, que está composta por unha cadea A de 267 residuos e unha cadea B de 262 residuos que están unidas covalentemente por unha soa ponte disulfuro.
Estrutura En canto á estrutura, a ricina lembra moito á abrina-a, un isómero da abrina. A estrutura cuaternaria da ricina é un heterodímero glicosilado globular de aproximadamente 60–65 kDa. As cadeas A e B da toxina ricina teñen pesos moleculares similares, de aproximadamente 32 kDa e 34 kDa, respectivamente.miniatura|Comparación das estruturas similares da abrina-a (vermella) e a ricina (azul)|alt=|esquerda A cadea A da toxina ricina (RTA) é unha N-glicósido hidrolase composta de 267 aminoácidos. Ten tres dominios estruturais con aproximadamente o 50 % do polipéptido disposto formando hélices alfa e follas beta. Os tres dominios forman unha fenda pronunciada que é o sitio activo da RTA. A cadea B da toxina ricina (RTB) é unha lectina composta por 262 aminoácidos que pode unirse aos residuos de galactosa terminais na superficie celular. A RTB forma unha estrutura bilobada similar a unhas pesas que carece de hélices alfa ou follas beta, na cal cada lobo contén tres subdominios. Polo menos un destes tres subdominios en cada lobo homólogo posúe un peto de unión a azucres que dá á RTB o seu carácter funcional. Aínda que outras plantas conteñen as cadeas proteicas que se encontran na ricina, ambas as proteínas deben estar presentes para produciren efectos tóxicos. Por exemplo, as plantas que conteñen só a cadea A da proteína, como o orxo, non son tóxicas porque a cadea A, sen estar unida á cadea B, non pode entrar na célula e causar dano aos ribosomas.
Entrada no citoplasma A cadea B da ricina únese a carbohidratos complexos da superficie de células eucariotas que conteñen ou ben residuos terminais de N-acetilgalactosamina ou ben de galactosa con enlace beta-1,4. Ademais, os glicanos tipo manosa da ricina son capaces de unirse a células que expresan receptores da manosa. A RTB únese á superficie celular na orde de 106–108 moléculas de ricina por superficie celular.
A profusa unión da ricina ás membranas da superficie celular permite a internalización con todos os tipos de invaxinacións da membrana. A holotoxina pode ser captada por pozos cubertos de clatrina, así como polas vías independentes da clatrina como as caveolas e a macropinocitose. As vesículas intracelulares transbordan a ricina aos endosomas que son enviados ao aparato de Golgi. A acidificación activa dos endosomas pénsase que ten pouco efecto sobre as propiedades funcionais da ricina. Como a ricina é estable nun amplo intervalo de pH, a degradación en endosomas ou lisosomas ofrece pouca ou ningunha protección contra a ricina. Pénsase que as moléculas de ricina seguen un transporte retrógrado por medio dos endosomas temperáns, a rede trans-Golgi e o Golgi para entrar no lume do retículo endoplasmático (RE).
Para que a ricina funcione citotoxicamente, a RTA debe ser separada redutoramente da RTB para que se libere un bloque estérico do sitio activo da RTA. Este proceso é catalizado pola proteína PDI (proteína disulfuro isomerase) que reside no lume do retículo endoplasmático. Despois, a RTA libre no lume do RE desprégase parcialmente e entérrase en parte na membrana do RE, onde se pensa que imita unha proteína asociada á membrana incorrectamente pregada. Propúxose que as chaperonas do RE GRP94, EDEM e BiP actúan antes da "dislocación" da RTA do lume do RE ao citosol dun xeito no que usan compoñentes da vía de degradación de proteínas asociadas ao RE (ERAD). A ERAD normalmente retira as proteínas do RE que teñen un mal pregamento levándoas ao citosol para que sexan destruídas alí polos proteosomas citosólicos. A dislocación da RTA require complexos da ubiquitina ligase E3 integrais da membrana do RE, pero a RTA evita a ubiquitinación que adoita ocorrer con substratos da ERAD porque ten un baixo contido en residuos de lisina, os cales son os sitios de unión usuais da ubiquitina. Deste xeito, a RTA evita o destino habitual das proteínas dislocadas (destrución que se realiza unindo as proteínas ubiquitiniladas aos proteosomas citosólicos). No citosol da célula de mamíferos, a RTA sofre despois unha triaxe polas chaperonas moleculares citosólicas Hsc70 e Hsp90 e as súas co-chaperonas, así como por unha subunidade (RPT5) do propio proteosoma, o que ten como resultado o seu pregamento a unha conformación catalítica, o cal despurina os ribosomas, parando así a síntese de proteínas.
Inactivación do ribosoma A RTA ten unha actividade de ARNr N-glicosilase que é responsable do corte dun enlace glicosídico dentro do ARNr grande da subunidade de 60S do ribosoma eucariota. A RTA hidroliza de forma específica e irreversible o enlace N-glicosídico do residuo de adenina na posición 4324 (A4324) dentro do ARNr de 28S, pero deixa os enlaces fosfodiéster do ARN intactos. A ricina ataca a A4324 que está contida nunha secuencia altamente conservada de 12 nucleótidos que se encontra universalmente nos ribosoma eucariotas. A secuencia, que é 5'-AGUACGAGAGGA-3', denominada bucle sarcina-ricina, é importante para a unión dos factores de elongación durante a síntese proteica. O evento de despurinación inactiva completamente con rapidez o ribosoma, o que ten como resultado a toxicidade pola inhibición da síntese de proteínas. Unha soa molécula de RTA no citosol pode despurinizar aproximadamente 1500 ribosomas por minuto.
Reacción de despurinación Dentro do sitio activo da RTA, existen varios residuos de aminoácidos invariantes implicados na despurinación do ARN ribosómico. Aínda que o mecanismo exacto do evento é descoñecido, os residuos de aminoácidos clave identificados inclúen as tirosinas nas posicións 80 e 123, o ácido glutámico na posición 177, e a arxinina na posición 180. En particular, a Arg180 e a Glu177 están implicadas no mecanismo catalítico, e non na unión ao substrato, con estudos de cinética encimática que implican mutantes para a RTA. O modelo proposto por Mozingo e Robertus, baseado en estruturas de raios X, é a seguinte: O substrato do bucle sarcina-ricina únese ao sitio activo da RTA coa adenina que vai ser atacada empillada coa Tyr80 e Tyr123. A Arg180 está situada de modo que poida protonar o N-3 da adenina e romper o enlace entre o N-9 do anel de adenina e o C-1' da ribosa. A rotura do enlace orixina un ión oxicarbonio na ribosa, estabilizado pola Glu177. A protonación do N-3 da adenina pola Arg180 permite a desprotonación dunha molécula de auga próxima. O hidroxilo resultante ataca o ión carbonio da ribosa. A despurinación da adenina resulta nunha ribosa neutra no esqueleto fosfodiéster intacto do ARN.
Toxicidade miniatura|Sementes de rícino. miniatura|Sementes de rícino nos Xardíns Botánicos Reais, Kew Economic Botany Collection A ricina é moi tóxica se se inhala, inxecta ou inxire. Pode ser tamén tóxica se o seu po toma contacto cos ollos ou se absorbe pola pel lesionada. Actúa como unha toxina ao inhibir a síntese de proteínas. A ricina é resistente, pero non inmune á dixestión por peptidases. Ao inxerila, a patoloxía da ricina está fundamentalmente restrinxida ao tracto gastrointestinal, onde pode causar lesións na mucosa. Co tratamento axeitado, a maioría dos pacientes experimentan unha satisfactoria recuperación.
Síntomas
Como os síntomas son causados pola incapacidade de producir proteínas, poden tardar en aparecer de horas a días, dependendo da ruta de exposición e da dose. Cando se inxire, os síntomas gastrointestinais poden manifestarse en seis horas; estes síntomas non sempre son aparentes. En dous a cinco días de exposición á ricina, aparecen os seus efectos sobre o sistema nervioso central, glándulas adrenais, riles e fígado.
A inxestión da ricina causa dor, inflamación e hemorraxia nas membranas mucosas do sistema gastrointestinal. Os síntomas gastrointestinais progresan rapidamente a náuseas graves, vómitos, diarrea e dificultade ao tragar (disfaxia). A hemorraxia causa a aparición de sangue nas feces (melena) e vómito con sangue (hematémese). A diminución do volume sanguíneo (hipovolemia) causado pola perda de fluído gastrointestinal pode levar á insuficiencia de órganos como o páncreas, riles, fígado, e tracto gastrointestinal e progresa a un choque. O choque e a insuficiencia orgánica maniféstanse con desorientación, estupor, debilidade, somnolencia, sede excesiva (polidipsia), baixa produción de urina (oliguria), e sangue na urina (hematuria). As vítimas poden morrer de choque circulatorio ou insuficiencia de órganos; a morte adoita producirse entre 3 e 5 días despois da inxestión oral.
Os síntomas da inhalación da ricina son diferentes dos causados pola súa inxestión. Os síntomas iniciais inclúen a tose e a febre. Pode causar un edema pulmonar mortal ou insuficiencia respiratoria.
Cando ocorre unha exposición por inhalación ou na pel, a ricina pode causar unha reacción alérxica. Isto está indicado polo inchazo (edema) dos ollos e beizos; asma; irritación bronquial; gorxa seca e dolorosa; conxestión; arroibamento da pel (eritema); vinchas na pel (vesicación); respirar con dificultade; ollos chorosos e con proído; opresión no peito; e irritación da pel.
Tratamento