结构生物化学/细菌蛋白
细菌蛋白是已知的最强的人类毒素，可分为两大类：脂多糖（革兰氏阴性细菌）和蛋白，它们从细菌细胞中释放出来。内毒素是细菌的结构成分，是与细胞相关的物质，位于细胞包膜中，可以从生长的细菌或裂解的细胞中释放出来，这是有效宿主防御机制或抗生素的结果。细胞外可扩散毒素被称为外毒素，通常在细菌指数生长过程中分泌。外毒素通常是多肽，作用于远离细菌入侵或生长原始部位的组织部位。特定毒素（如肉毒杆菌毒素）的活性部位取决于损伤部位。肠毒素、神经毒素、白细胞毒素和溶血素是描述定义明确的蛋白质毒素靶标部位的术语。尽管受影响的组织和靶部位可能已知，但毒素导致死亡的确切机制尚不清楚，并且存在争议。
肉毒杆菌神经毒素 (BoNTs) 是由厌氧菌肉毒梭菌产生的细菌蛋白家族，也是肉毒中毒的病原体，被认为是已知毒性最强的蛋白。肉毒中毒是人类和动物的一种严重且危及生命的疾病。BoNT 蛋白酶通过切割其胞质 SNARE 底物来使突触囊泡外排失效。存在七种不同的 BoNT 同种型（A-G），它们在氨基酸序列上表现出很强的相似性。人类肉毒中毒是由 BoNT 血清型 A、B、E 和 F 引起的。有趣的是，A 型被用于各种美容和医疗程序，更广为人知的是肉毒杆菌毒素。
BoNTs 通过多步机制发挥其神经毒性作用：结合、内化、膜易位、细胞内运输和蛋白水解降解。活化的成熟毒素由三个部分组成：N 末端轻链 (~50 kDa)、包含轻链的重链 (100 kDa) (HN) 和受体结合域 (HC)。HC 通过蛋白质受体（取决于同种型为 SV2 或 Syt）和神经节苷脂决定细胞特异性。HN 是一个螺旋束，在跨内体（由跨膜质子梯度驱动）引导轻链。然后，BoNTs 通过受体介导的内吞作用进入细胞，诱导构象变化，轻链 (LCs) 切割突触囊泡对接融合复合物中已知的独特组分，即 SNARE。结果，SNARE 的切割使囊泡融合和突触传递失效，导致肉毒中毒特有的严重瘫痪。
破伤风毒素是一种非常强的由破伤风梭菌营养细胞在缺乏氧气（厌氧）的条件下产生的神经毒素。当细菌成熟时，它会形成其特征性的末端芽孢，这也使它们在抵抗热量和大多数防腐剂方面具有优势。该毒素会导致破伤风，这是一种致命性疾病，会导致不利的肌肉痉挛，可能导致呼吸衰竭甚至死亡。该毒素的 LD50 已测量为约 1 ng/kg，使其成为世界上仅次于肉毒杆菌神经毒素的第二致命毒素。
该毒素的作用机制是，它首先通过人体的血管和淋巴系统传播，破坏神经肌肉接头和中枢神经系统。破伤风毒素通过降解突触蛋白来阻断抑制性γ-氨基丁酸 (GABA) 和甘氨酸的释放。这会导致感觉刺激调节运动反射失败，从而导致即使是最小的动作电位也会使肌肉去极化。这种持续的去极化导致拮抗肌和协同肌同时收缩，这种全身性收缩会导致称为破伤风痉挛的症状。
白喉毒素是一种由白喉棒状杆菌引起细菌外毒素。这种毒素以单一多肽链形式存在，分子量约为 60,000 道尔顿。在细胞外，毒素以其非活性形式产生，后来在硫醇存在的情况下被胰蛋白酶（一种蛋白水解酶）激活。硫醇在此激活过程中充当还原剂。该毒素由两部分组成：A 片段和 B 片段。A 片段负责毒素的催化活性，直到它到达靶细胞才被掩盖。毒素的疏水部分，名为 B 片段，负责与靶细胞表面上的细胞膜受体相互作用。
白喉毒素可以通过直接进入或受体介导的内吞作用进入靶细胞。在直接进入中，毒素与靶细胞表面受体结合。这种结合诱导在细胞膜上形成一个孔，允许毒素的催化链进入靶细胞的细胞质。在受体介导的内吞作用过程中，毒素被放置在囊泡中，囊泡中的 pH 值下降，使 A 片段和 B 片段都展开。然后，两个链的疏水区域进入囊泡膜。接下来，A 链的还原和蛋白水解切割被释放到细胞质中，在那里它恢复酶构象。
白喉毒素利用 NAD 作为底物，催化 ADP 核糖基化，其中 NAD 的 ADP 核糖部分与延伸因子-2 (EF-2) 结合。这一过程使蛋白合成失活（在动物细胞中），导致细胞死亡。
白喉棒状杆菌由两个亚基组成。A 亚基包含一个 NH3+ 基团，负责抑制 EF-2 期间的酶活性。这种抑制干扰蛋白合成，导致细胞死亡。B 亚基包含一个羧酸和一个铰链环，允许调节域的运动。B 亚基使毒素能够与靶宿主细胞的膜结合。该亚基拥有一个称为 T（易位）域的区域，该区域插入靶细胞的膜中，从而确保将 A 片段（毒素的催化成分）释放到宿主细胞的细胞质中。
1. Todar, Kenneth. "细菌蛋白毒素。" 细菌学在线教科书。威斯康星大学，2011 年。网络。2011 年 11 月 15 日。.
2. Montal, Mauricio. “肉毒杆菌神经毒素：蛋白质设计的奇迹。”生物化学年度评论，第 79 卷：591-617，2010 年
3. http://textbookofbacteriology.net/proteintoxins.html
4. M.J. Bennett 和 David Eisenberg，“单体白喉毒素在 2.3 Å 分辨率下的精修结构”：www.doe-mbi.ucla.edu