O veleno de serpe ou de cobra (cobra en galego sinónimo de serpe en xeral, non só da especie asiática que tomou o nome do galego-portugués) é saliva altamente modificada. O veleno é parte dun conxunto: o aparello, que se compón de glándulas de veleno que o sintetizan, e un sistema de inxección, que consta de cairos modificados que permiten a penetración do veleno nunha presa ou nun depredador ou ameaza. As glándulas que segregan as zootoxinas son unha modificación da glándula salivar parótide doutros vertebrados, e usualmente atópanse a cada lado da cabeza, debaixo e detrás do ollo, encapsulado nunha envoltura muscular. As glándulas teñen grandes alvéolos nos cales se almacena o veleno sintetizado antes de transmitilo por un conduto á base de cabeiros tubulares ou canalizadas, a través dos cales se expulsa. Os velenos de cobra conteñen máis de 20 compostos diferentes, na súa maioría proteínas e polipéptidos. O veleno de serpe ten dúas funcións principais: primeiro, a inmobilización da presa e en segundo lugar a dixestión da mesma. Componse dunha mestura complexa de proteínas, encimas e varias outras substancias. As proteínas son responsábeis para os efectos tóxicos e letais do veleno e a súa función de inmobilizar a presas. As encimas teñen un papel importante na dixestión da presa, e varias outras substancias son responsábeis de efectos biolóxicos importantes, pero non letais.
Uso farmacolóxico thumb|Representacións do caxato de Asclepio Algunhas das proteínas no veleno das serpes teñen efectos moi particulares sobre as diversas funcións biolóxicas, incluíndo a coagulación sanguínea, regulación da presión sanguínea, transmisión do impulso nervioso ou muscular, e convertéronse en ferramentas farmacolóxicas ou de diagnóstico médico e mesmo en medicamentos útiles.
Tradicionalmente coñecíanse algúns destes efectos e diversos símbolos desde o caxato de Asclepio aos logotipos das farmacias inclúen representacións de cobras.
Química En 1843, Charles Lucien Bonaparte, sobriño de Napoleón Bonaparte, foi o primeiro en establecer a natureza proteica do veleno de serpes. As proteínas constitúen o 90-95% do peso seco do veleno e son responsábeis de case todos os seus efectos biolóxicos. Entre os centos, mesmo miles de proteínas que se atopan no veleno de cobra, hai toxinas, neurotoxinas en particular, así como proteínas non-tóxicas (que tamén teñen propiedades farmacolóxicas), e moitas encimas, especialmente as encimas hidrolíticas.
As encimas (peso molecular 13-150 kDa) forman 80-90% dos velenos de vipéridos e 25-70% dos velenos de elápidos: hidrolases dixestivas, L-aminoácido oxidase, fosfolipases, prol-coagulantes parecidas a trombina, do mesmo xeito que proteases de serina parecidas a calicreína e metaloproteinas (hemorraginos), que afectan o endotelio vascular. Toxinas polipeptídicas (peso molecular 5-10 kDa) son citotoxinas, cardiotoxinas, e neurotoxinas postsinápticas (por exemplo, α-Bungarotoxina e α-Cobratoxina), que se unen aos receptores de acetilcolina nas unións neuromusculares. Entre os compostos de baixo peso molecular (até 1,5 kDa) inclúese metais, péptidos, lípidos, hidratos de carbono, nucleósidos, aminas, e oligopéptidos, que inhiben a encima conversora de anxiotensina (ACE) e potencian a bradicinina (BPP). A variación inter- e intra-especie na composición química do veleno é xeográfica e ontoxénica. As fosfodiesterases interferen co sistema cardíaco da presa, sobre todounhabaixar a presión arterial. A fosfolipase A2 causa hemólisis por lise das membranas celulares fosfolípidos das células vermellas do sangue. Aminoácido oxidase e protease utilízanse unha dixestión. Aminoácido oxidase tamén activa algunhas outras encimas e é responsábel da cor amarela do veleno dalgunhas especies. A hialuronidase aumenta a permeabilidade do tecido a acelerar a absorción doutras encimas nos tecidos. Algúns velenos de serpe conteñen fascículos, como o da mamba (Dendroaspis), que inhiben a colinesterase para que a presa perda o control muscular. +Principais encimas do veleno de serpeTipoNomeOrixeOxidorreductaseslactato deshidroxenaseElapidaeL-aminoácido oxidaseTodas as especiesCatalaseTodas as especiesTransferasesAlanina aminotransferaseHidrolasesFosfolipase A2Todas as especiesLisofosfolipase*Elapidae, ViperidaeAcetilcolinesteraseElapidaeFosfatase alcalinaBothrops atroxFosfatase ácidaDeinagkistrodon acutus5'-NucleotidaseTodas as especiesFosfodiesteraseTodas as especiesDesoxirribonucleaseTodas as especiesRibonuclease 1Todas as especiesAdenosín trifosfatoTodas as especiesAmilaseTodas as especiesHialuronidaseTodas as especiesNAD-nucleotidaseTodas as especiesQuininoxenaseViperidaeActivador Factor-XViperidae, CrotalinaeHeparinaseCrotalinaeα-FibrinoxenaseViperidae, Crotalinaeß-FibrinoxenaseViperidae, Crotalinaeα-ß-FibrinoxenaseBitis gabonicaEncima fibrinolíticaCrotalinaeActivador da protrombinaCrotalinaeColaxenaseViperidaeElastaseViperidaeLiasesGlicosamina de amonio liase As toxinas presentes na secreción das serpes varían enormemente nas súas funcións. As dúas clasificacións máis importantes son as neurotoxinas (na súa maioría atópanse en elápidos) e as hemotoxinas (na súa maioría atópanse en vipéridos). Con todo, hai excepcións: o veleno de cobra cuspidora cebra (Naja nigricollis) componse principalmente de hemotoxinas, mentres que o veleno do cascabel do Mohave (Crotalus scutulatus) é principalmente neurotóxico; e hai moitos outros tipos de toxinas diferentes que poden estar presentes no veleno tanto dos elápidos como dos vipéridos. α-neurotoxinasα-Bungarotoxina, α-toxina, erabutoxina, cobratoxinaß-neurotoxinasNotexina, amoditoxina, ß-Bungarotoxina, crotoxina, taipoxina κ-Toxinasκ-ToxinaDendrotoxinasDendrotoxina, toxinas I e KCardiotoxinase-Toxina, cardiotoxina, citotoxinaMiotoxinasMiotoxina-a, crotaminaSarafotoxinasSarafotoxinas a, b, e cHemorráginosFosfolipase A2, mucrotoxina A, toxinas hemorráxicas a, b, c..., HT1, HT2
Toxinas
Neurotoxinas
Inicio dun novo impulso nervioso normal:
A) Un intercambio de ións (átomos cargados) pola membrana da célula do nervio envía unha corrente despolarizante cara ao final da célula nerviosa (célula terminal).
B) Cando a corrente despolarizante chega ao final da célula nerviosa, o neurotransmisor acetilcolina (ACh), que se mantén en vesículas, libérase no espazo entre os dous nervios (sinapse) e móvese a través da sinapse cara aos receptores postsinápticos.
C) Se ACh se mantén no receptor, o nervio mantense estimulado, o que produce contraccións musculares incontrolábeis. Esta condición chámase tetania. unha encima chamada acetilcolinesterase destrúe a ACh para evitar que se produce tetania.
Fasciculinas:
As fasciculinas son toxinas que atacan ás neuronas colinérxicas (as que utilizan acetilcolina como transmisor) mediante a destrución da acetilcolinesterase (ACh). Por tanto ACh non pode descomporse e permanece no receptor. Isto causa tetania, o que pode conducir á morte. As toxinas foron chamadas fasciculinas, xa que despois de ser inxectadas en ratos, causaron fasciculacións graves, xeneralizadas e de longa duración (5-7 h).
Exemplo de serpes: atópanse principalmente no veleno de Mambas e algunhas especies de cascabel
Dendrotoxinas:
Dendrotoxinas inhiben as neurotransmisións bloqueando o intercambio de ións + e - a través da membrana neuronal, as que conducen a ningún impulso nervioso. Así, paralizan os nervios.
Exemplo de cobras: Mambas
α-neurotoxinas:
α-neurotoxinas forman un longo grupo de toxinas, con máis de 100 neurotoxinas postsinápticas identificadas e secuenciadas α-neurotoxinas tamén atacan ás neuronas colinérxicas. Imitan a forma da molécula de acetilcolina e, por tanto, encaixan nos receptores → bloquean o fluxo de acetilcolina (ACh) → sensación de entumecemento e parálise.
Exemplos de serpes: cobra real (coñecida como hannahtoxina que contén α-neurotoxinas), Serpe mariña (coñecida como erabutoxina), Bungarus multicinctus (coñecida como α-Bungarotoxina), Cobras (coñecida como cobratoxina).
Citotoxinas 300x300px|Membrana funcional.
Fosfolipases:
A fosfolipase é unha encima que converte a molécula de fosfolípido nun lisofosfolípido (xabón) ==> a nova molécula atrae e une graxas e rompe as membranas das células.
Exemplo de serpe: Habu xaponés
300x300px|Membrana destruída.
Cardiotoxinas:
Cardiotoxinas son compoñentes que son especificamente tóxicos para o corazón. Únense a sitios específicos na superficie das células musculares e causan despolarización, é dicir, a toxina impide a contracción muscular. O efecto destas toxinas é que o corazón latexa de forma irregular ou deixa de latexar, causando a morte.
Exemplo de serpes: cobra real, Mambas, e algúns membros do xénero Naja
Hemotoxinas:
As hemotoxinas producen hemólisis ou destrución dos glóbulos vermellos do sangue (eritrocitos).
Exemplo de serpes: a maioría dos viperídos e os membros do xénero Naja
Citotoxina de serpe
Evolución Anteriormente críase que a presenza de encimas no veleno de serpes era unha adaptación para axudar á dixestión. Con todo, estudos do crótalo diamante occidental, unha cobra con veleno altamente proteolítico, mostran que o veleno non inflúe o tempo requirido para que o alimento pase polo intestino. Necesítanse estudos adicionais para determinar as presións selectivas que resultan na evolución do veleno e dos mecanismos de entrega de veleno.
Nun estudo realizado por Bryan Fry, investigador do Australian Venom Research Unit da escola de medicamento da Universidade de Melbourne en Australia, analizouse a orixe e a evolución do veleno das serpes, incluíndo unha análise filoxenética das secuencias de aminoácidos presentes nas toxinas e as proteínas relacionadas. As toxinas das serpes resultaron de eventos de recrutamento de xenes dentro das familias proteicas: acetilcolinesterase, ADAM (desintegrina/metaloprotease), AVIT, complemento C3, crotasina, defensina, cisteína, endotelina, entre outros. Estes eventos de recrutamento nas toxinas ocorreron polo menos unhas 24 veces na evolución do veleno nas serpes. Dous destas derivacións tóxicas parecen ser máis ben o resultado de modificacións en proteínas salivares, que eventos xénicos de recrutamento. Por último este estudo demostrou que os tipos de toxinas nas cales a proteína ancestral forma unha extensiva retícula con cisteína, eran as que chegaban a ser novas familias de toxinas multixénicas, funcionalmente diversas. miniatura|Bothrops asper cobra da familia das víboras (Viperidae), temida polo seu forte veleno. Aínda que ben é certo que gran parte desta variación nas familias proteicas que dan lugar ás toxinas que xeran este veleno nas glándulas das serpes, é o resultado da dieta dos organismos, sendo que o nivel de toxicidade das serpes pode ser en gran parte mediado pola presión de selección exercida polas presas das mesmas. Por tanto é moi probábel que o desenvolvemento do veleno nas serpes estea mediado por factores evolutivos, e máis exactamente por selección natural. Onde o axente que regula a selección neste caso é, ou son, as presas das distintas serpes, o cal pode dar unha certa plasticidade nos niveis de toxicidade e distintas orixes proteicos nas toxinas encargadas do veleno.
Inxección
Vipéridos