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Wie Schlangengift funktioniert

Schlangengift ist die giftige, typischerweise gelbe Flüssigkeit, die in den modifizierten Speicheldrüsen giftiger Schlangen gespeichert ist. Es gibt Hunderte giftiger Schlangenarten, die sich auf das Gift verlassen, das sie produzieren, um ihre Beute zu schwächen und zu immobilisieren. Venom besteht aus einer Kombination von Proteinen, Enzymen und anderen molekularen Substanzen. Diese giftigen Substanzen zerstören Zellen, stören Nervenimpulse oder beides. Schlangen setzen ihr Gift vorsichtig ein und injizieren Mengen, die ausreichen, um Beute zu deaktivieren oder sich gegen Raubtiere zu verteidigen. Schlangengift wirkt durch den Abbau von Zellen und Geweben, was zu Lähmungen, inneren Blutungen und zum Tod des Opfers des Schlangenbisses führen kann. Damit das Gift wirksam wird, muss es in das Gewebe injiziert werden oder in den Blutkreislauf gelangen. Während Schlangengift giftig und tödlich ist, verwenden Forscher auch Schlangengiftkomponenten, um Medikamente zur Behandlung menschlicher Krankheiten zu entwickeln.

 

Was ist in Snake Venom?

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Schlangengift ist das flüssige Sekret aus den modifizierten Speicheldrüsen giftiger Schlangen. Schlangen sind auf Gift angewiesen, um Beute zu deaktivieren und den Verdauungsprozess zu unterstützen.

Der Hauptbestandteil des Schlangengiftes ist Protein. Diese toxischen Proteine ​​sind die Ursache für die meisten schädlichen Wirkungen von Schlangengift. Es enthält auch Enzyme. die dazu beitragen, chemische Reaktionen zu beschleunigen, die chemische Bindungen zwischen großen Molekülen aufbrechen. Diese Enzyme unterstützen den Abbau von Kohlenhydraten. Proteinen, Phospholipiden und Nukleotiden in der Beute. Toxische Enzyme senken auch den Blutdruck, zerstören rote Blutkörperchen und hemmen die Muskelkontrolle.

Eine zusätzliche Komponente des Schlangengiftes ist das Polypeptidtoxin. Polypeptide sind Ketten von Aminosäuren, die aus 50 oder weniger Aminosäuren bestehen. Polypeptidtoxine stören die Zellfunktionen und führen zum Zelltod. Einige toxische Bestandteile des Schlangengiftes kommen in allen giftigen Schlangenarten vor, während andere Bestandteile nur in bestimmten Arten vorkommen.

 

Drei Haupttypen von Schlangengift: Cytotoxine, Neurotoxine und Hämotoxine

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Obwohl Schlangengifte aus einer komplexen Sammlung von Toxinen, Enzymen und ungiftigen Substanzen bestehen, wurden sie historisch in drei Haupttypen eingeteilt: Zytotoxine, Neurotoxine und Hämotoxine. Andere Arten von Schlangentoxinen betreffen bestimmte Zelltypen und umfassen Cardiotoxin, Myotoxine und Nephrotoxine.

Zytotoxine sind giftige Substanzen, die Körperzellen zerstören. Zytotoxine führen zum Tod der meisten oder aller Zellen in einem Gewebe oder Organ, einem Zustand, der als  Nekrose bekannt ist . Bei einigen Geweben kann es zu einer verflüssigenden Nekrose kommen, bei der das Gewebe teilweise oder vollständig verflüssigt ist. Zytotoxine helfen, die Beute teilweise zu verdauen, bevor sie überhaupt gegessen wird. Zytotoxine sind normalerweise spezifisch für den Zelltyp, auf den sie sich auswirken. Kardiotoxine sind Zytotoxine, die Herzzellen schädigen. Myotoxine zielen auf Muskelzellen ab und lösen sie auf. Nephrotoxine zerstören Nierenzellen. Viele giftige Schlangenarten haben eine Kombination von Zytotoxinen und einige können auch Neurotoxine oder Hämotoxine produzieren. Zytotoxine zerstören Zellen, indem sie die Zellmembran beschädigen und die Zelllyse induzieren. Sie können auch dazu führen, dass Zellen einen programmierten Zelltod oder Apoptose erleiden  . Der größte Teil der beobachtbaren Gewebeschäden, die durch Zytotoxine verursacht werden, tritt an der Stelle des Bisses auf.

Neurotoxine sind chemische Substanzen, die für das Nervensystem giftig sind. Neurotoxine wirken, indem sie chemische Signale (Neurotransmitter) stören, die zwischen Neuronen gesendet werden. Sie können die Neurotransmitterproduktion verringern oder die Empfangsstellen für Neurotransmitter blockieren. Andere Schlangenneurotoxine blockieren spannungsgesteuerte Kalziumkanäle und spannungsgesteuerte Kaliumkanäle. Diese Kanäle sind wichtig für die Übertragung von Signalen entlang von Neuronen. Neurotoxine verursachen Muskelparalyse, die auch zu Atembeschwerden und zum Tod führen kann. Schlangen der Familie Elapidae produzieren typischerweise neurotoxisches Gift. Diese Schlangen haben kleine, aufrechte Reißzähne und umfassen Kobras, Mambas,  Seeschlangen. Todesaddierer und Korallenschlangen .

Beispiele für Schlangenneurotoxine umfassen:

  • Calciseptin : Dieses Neurotoxin stört die Nervenimpulsübertragung, indem es spannungsgesteuerte Calciumkanäle blockiert. Schwarze Mambas  verwenden diese Art von Gift.
  • Cobrotoxin , das von Kobras produziert wird , blockiert nikotinische Acetylcholinrezeptoren, was zu einer Lähmung führt.
  • Calcicludin : Wie Calciseptin blockiert dieses Neurotoxin spannungsgesteuerte Calciumkanäle, die die Nervensignale stören. Es ist in der  Eastern Green Mamba gefunden.
  • Fasciculin-I , das auch in der  Eastern Gree
    n Mamba vorkommt
    , hemmt die Acetylcholinesterase-Funktion, was zu unkontrollierbaren Muskelbewegungen, Krämpfen und Atemlähmungen führt.
  • Calliotoxin , produziert von Blue Coral Snakes , zielt auf Natriumkanäle ab und verhindert deren Schließung, was zu einer Lähmung des gesamten Körpers führt.

Hämotoxine sind Blutgifte, die zytotoxische Wirkungen haben und auch normale Blutgerinnungsprozesse stören. Diese Substanzen bewirken, dass rote Blutkörperchen aufplatzen, die Blutgerinnungsfaktoren stören und Gewebetod und Organschäden verursachen. Die Zerstörung der roten Blutkörperchen und die Unfähigkeit des Blutes, zu gerinnen, verursachen schwere innere Blutungen. Die Ansammlung von toten roten Blutkörperchen kann auch die ordnungsgemäße Nierenfunktion stören. Während einige Hämotoxine die Blutgerinnung hemmen, verursachen andere, dass Blutplättchen und andere Blutzellen zusammenklumpen. Die resultierenden Blutgerinnsel blockieren die Durchblutung der Blutgefäße und können zu Herzversagen führen. Schlangen der Familie  Viperidae. einschließlich Vipern und Grubenottern, produzieren Hämotoxine.

 

Schlangengift-Abgabe- und Injektionssystem

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Die meisten Giftschlangen injizieren mit ihren Zähnen Gift in ihre Beute. Reißzähne sind sehr effektiv bei der Abgabe von Gift, da sie das Gewebe durchbohren und das Gift in die Wunde fließen lassen. Einige Schlangen können auch Gift als Abwehrmechanismus ausspucken oder ausstoßen. Giftinjektionssysteme enthalten vier Hauptkomponenten: Giftdrüsen, Muskeln, Kanäle und Zähne.

  • Giftdrüsen : Diese spezialisierten Drüsen befinden sich im Kopf und dienen als Produktions- und Lagerorte für Gift.
  • Muskeln: Muskeln im Kopf der Schlange in der Nähe der Giftdrüsen helfen dabei, Gift aus den Drüsen zu drücken.
  • Kanäle: Kanäle bieten einen Weg für den Transport von Gift von den Drüsen zu den Reißzähnen.
  • Reißzähne: Diese Strukturen sind modifizierte Zähne mit Kanälen, die eine Giftinjektion ermöglichen.

Schlangen der Familie Viperidae haben ein sehr entwickeltes Injektionssystem. Gift wird kontinuierlich in Giftdrüsen produziert und gelagert. Bevor Vipern ihre Beute beißen, richten sie ihre Vorderzähne auf. Nach dem Biss drücken Muskeln um die Drüsen einen Teil des Giftes durch die Kanäle und in die geschlossenen Fangkanäle. Die Menge des injizierten Giftes wird von der Schlange reguliert und hängt von der Größe der Beute ab. Typischerweise geben Vipern ihre Beute frei, nachdem das Gift injiziert wurde. Die Schlange wartet darauf, dass das Gift wirkt und die Beute bewegungsunfähig macht, bevor sie das Tier verzehrt.

Schlangen der Familie Elapidae (z. B. Kobras, Mambas und Addierer) haben ein ähnliches Giftabgabe- und Injektionssystem wie Vipern. Im Gegensatz zu Vipern haben Elapiden keine beweglichen Vorderzähne. Der Todesaddierer ist die Ausnahme bei Elapiden. Die meisten Elapiden haben kurze, kleine Reißzähne, die fixiert sind und aufrecht bleiben. Nach dem Beißen ihrer Beute behalten die Elapiden normalerweise ihren Griff und kauen, um ein optimales Eindringen des Giftes sicherzustellen.

Giftschlangen der Familie Colubridae haben an jedem Fangzahn einen einzigen offenen Kanal, der als Durchgang für Gift dient. Giftige Colubriden haben typischerweise feste hintere Reißzähne und kauen ihre Beute, während sie Gift injizieren. Colubrid-Gift hat tendenziell weniger schädliche Auswirkungen auf den Menschen als das Gift von Elapiden oder Vipern. Das Gift der Boomslang- und Zweigschlange hat jedoch zum Tod des Menschen geführt.

 

Kann Schlangengift Schlangen schädigen?

Thailändische Nationalparks / Flickr / CC BY-SA 2.0

Da einige Schlangen Gift verwenden, um ihre Beute zu töten, warum wird die Schlange nicht geschädigt, wenn sie das vergiftete Tier frisst? Giftschlangen werden durch das Gift, mit dem ihre Beute getötet wird, nicht geschädigt, da der Hauptbestandteil des Schlangengiftes Protein ist. Toxine auf Proteinbasis müssen in das Körpergewebe oder den Blutkreislauf injiziert oder absorbiert werden, um wirksam zu sein. Das Verschlucken oder Schlucken von Schlangengift ist nicht schädlich, da die auf Proteinen basierenden Toxine durch Magensäuren und Verdauungsenzyme in ihre Grundbestandteile zerlegt werden. Dies neutralisiert die Proteintoxine und zerlegt sie in Aminosäuren. Wenn die Toxine jedoch in den Blutkreislauf gelangen, können die Ergebnisse tödlich sein.

Giftschlangen haben viele Sicherheitsvorkehrungen, die ihnen helfen, immun gegen ihr eigenes Gift zu bleiben oder weniger anfällig dafür zu sein. Schlangengiftdrüsen sind so positioniert und strukturiert, dass das Gift nicht in den Körper der Schlange zurückfließen kann. Giftschlangen haben auch Antikörper oder Gegengifte gegen ihre eigenen Toxine, um sie vor Exposition zu schützen, beispielsweise wenn sie von einer anderen Schlange derselben Art gebissen wurden.

Forscher haben auch entdeckt, dass Kobras Acetylcholinrezeptoren an ihren Muskeln modifiziert haben, die verhindern, dass ihre eigenen Neurotoxine an diese Rezeptoren binden. Ohne diese modifizierten Rezeptoren könnte das Schlangenneurotoxin an die Rezeptoren binden, was zu Lähmungen und zum Tod führt. Die modifizierten Acetylcholinrezeptoren sind der Schlüssel dafür, warum Kobras gegen Kobra-Gift immun sind. Während giftige Schlangen möglicherweise nicht für ihr eigenes Gift anfällig sind, sind sie anfällig für das Gift anderer giftiger Schlangen.

 

Schlangengift und Medizin

OIST / Flickr / CC BY-SA 2.0

Neben der Entwicklung von Gegengiften hat die Untersuchung von Schlangengiften und ihrer biologischen Wirkung zunehmend an Bedeutung gewonnen, um neue Wege zur Bekämpfung menschlicher Krankheiten zu finden. Einige dieser Krankheiten umfassen Schlaganfall, Alzheimer, Krebs und Herzerkrankungen. Da Schlangentoxine auf bestimmte Zellen abzielen, untersuchen die Forscher die Methoden, mit denen diese Toxine Medikamente entwickeln, die auf bestimmte Zellen abzielen können. Die Analyse von Schlangengiftkomponenten hat zur Entwicklung stärkerer Schmerzmittel sowie wirksamerer Blutverdünner beigetragen.

Forscher haben die gerinnungshemmenden Eigenschaften von Hämotoxinen genutzt , um Medikamente zur Behandlung von Bluthochdruck, Bluterkrankungen und Herzinfarkt zu entwickeln. Neurotoxine wurden bei der Entwicklung von Arzneimitteln zur Behandlung von Gehirnkrankheiten und Schlaganfällen verwendet.

Das erste von der FDA entwickelte und zugelassene Medikament auf Giftbasis war Captopril, das von der brasilianischen Viper stammt und zur Behandlung von Bluthochdruck eingesetzt wird. Andere aus Gift gewonnene Medikamente sind Eptifibatid (Klapperschlange) und Tirofiban (afrikanische Säge-Viper) zur Behandlung von Herzinfarkt und Brustschmerzen.

 

Quellen

  • Adigun, Rotimi. „Nekrose, Zelle (verflüssigend, koagulativ, caseös, fett, fibrinoid und gangränös).“ StatPearls [Internet] ., US National Library of Medicine, 22. Mai 2017, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK430935/.
  • Takacs, Zoltan. „Wissenschaftler entdeckt, warum Cobra Venom andere Cobras nicht töten kann.“ National Geographic , National Geographic Society, 20. Februar 2004, news.nationalgeographic.com/news/2004/02/0220_040220_TVcobra.html.
  • Utkin, Yuri N. „Tiergiftstudien: Aktuelle Vorteile und zukünftige Entwicklungen.“ World Journal of Biological Chemistry  6.2 (2015): 28–33. doi: 10.4331 / wjbc.v6.i2.28.
  • Vitt, Laurie J. und Janalee P. Caldwell. „Nahrungssuche Ökologie und Ernährung.“ Herpetology , 2009, S. 271–296., Doi: 10.1016 / b978-0-12-374346-6.00010-9.

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