結構生物化學/細菌蛋白
細菌蛋白是已知的最強的人類毒素，可分為兩大類：脂多糖（革蘭氏陰性細菌）和蛋白，它們從細菌細胞中釋放出來。內毒素是細菌的結構成分，是與細胞相關的物質，位於細胞包膜中，可以從生長的細菌或裂解的細胞中釋放出來，這是有效宿主防禦機制或抗生素的結果。細胞外可擴散毒素被稱為外毒素，通常在細菌指數生長過程中分泌。外毒素通常是多肽，作用於遠離細菌入侵或生長原始部位的組織部位。特定毒素（如肉毒桿菌毒素）的活性部位取決於損傷部位。腸毒素、神經毒素、白細胞毒素和溶血素是描述定義明確的蛋白質毒素靶標部位的術語。儘管受影響的組織和靶部位可能已知，但毒素導致死亡的確切機制尚不清楚，並且存在爭議。
肉毒桿菌神經毒素 (BoNTs) 是由厭氧菌肉毒梭菌產生的細菌蛋白家族，也是肉毒中毒的病原體，被認為是已知毒性最強的蛋白。肉毒中毒是人類和動物的一種嚴重且危及生命的疾病。BoNT 蛋白酶透過切割其胞質 SNARE 底物來使突觸囊泡外排失效。存在七種不同的 BoNT 同種型（A-G），它們在氨基酸序列上表現出很強的相似性。人類肉毒中毒是由 BoNT 血清型 A、B、E 和 F 引起的。有趣的是，A 型被用於各種美容和醫療程式，更廣為人知的是肉毒桿菌毒素。
BoNTs 透過多步機制發揮其神經毒性作用：結合、內化、膜易位、細胞內運輸和蛋白水解降解。活化的成熟毒素由三個部分組成：N 末端輕鏈 (~50 kDa)、包含輕鏈的重鏈 (100 kDa) (HN) 和受體結合域 (HC)。HC 透過蛋白質受體（取決於同種型為 SV2 或 Syt）和神經節苷脂決定細胞特異性。HN 是一個螺旋束，在跨內體（由跨膜質子梯度驅動）引導輕鏈。然後，BoNTs 透過受體介導的內吞作用進入細胞，誘導構象變化，輕鏈 (LCs) 切割突觸囊泡對接融合複合物中已知的獨特組分，即 SNARE。結果，SNARE 的切割使囊泡融合和突觸傳遞失效，導致肉毒中毒特有的嚴重癱瘓。
破傷風毒素是一種非常強的由破傷風梭菌營養細胞在缺乏氧氣（厭氧）的條件下產生的神經毒素。當細菌成熟時，它會形成其特徵性的末端芽孢，這也使它們在抵抗熱量和大多數防腐劑方面具有優勢。該毒素會導致破傷風，這是一種致命性疾病，會導致不利的肌肉痙攣，可能導致呼吸衰竭甚至死亡。該毒素的 LD50 已測量為約 1 ng/kg，使其成為世界上僅次於肉毒桿菌神經毒素的第二致命毒素。
該毒素的作用機制是，它首先透過人體的血管和淋巴系統傳播，破壞神經肌肉接頭和中樞神經系統。破傷風毒素透過降解突觸蛋白來阻斷抑制性γ-氨基丁酸 (GABA) 和甘氨酸的釋放。這會導致感覺刺激調節運動反射失敗，從而導致即使是最小的動作電位也會使肌肉去極化。這種持續的去極化導致拮抗肌和協同肌同時收縮，這種全身性收縮會導致稱為破傷風痙攣的症狀。
白喉毒素是一種由白喉棒狀桿菌引起細菌外毒素。這種毒素以單一多肽鏈形式存在，分子量約為 60,000 道爾頓。在細胞外，毒素以其非活性形式產生，後來在硫醇存在的情況下被胰蛋白酶（一種蛋白水解酶）啟用。硫醇在此啟用過程中充當還原劑。該毒素由兩部分組成：A 片段和 B 片段。A 片段負責毒素的催化活性，直到它到達靶細胞才被掩蓋。毒素的疏水部分，名為 B 片段，負責與靶細胞表面上的細胞膜受體相互作用。
白喉毒素可以透過直接進入或受體介導的內吞作用進入靶細胞。在直接進入中，毒素與靶細胞表面受體結合。這種結合誘導在細胞膜上形成一個孔，允許毒素的催化鏈進入靶細胞的細胞質。在受體介導的內吞作用過程中，毒素被放置在囊泡中，囊泡中的 pH 值下降，使 A 片段和 B 片段都展開。然後，兩個鏈的疏水區域進入囊泡膜。接下來，A 鏈的還原和蛋白水解切割被釋放到細胞質中，在那裡它恢復酶構象。
白喉毒素利用 NAD 作為底物，催化 ADP 核糖基化，其中 NAD 的 ADP 核糖部分與延伸因子-2 (EF-2) 結合。這一過程使蛋白合成失活（在動物細胞中），導致細胞死亡。
白喉棒狀桿菌由兩個亞基組成。A 亞基包含一個 NH3+ 基團，負責抑制 EF-2 期間的酶活性。這種抑制干擾蛋白合成，導致細胞死亡。B 亞基包含一個羧酸和一個鉸鏈環，允許調節域的運動。B 亞基使毒素能夠與靶宿主細胞的膜結合。該亞基擁有一個稱為 T（易位）域的區域，該區域插入靶細胞的膜中，從而確保將 A 片段（毒素的催化成分）釋放到宿主細胞的細胞質中。
1. Todar, Kenneth. "細菌蛋白毒素。" 細菌學線上教科書。威斯康星大學，2011 年。網路。2011 年 11 月 15 日。.
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3. http://textbookofbacteriology.net/proteintoxins.html
4. M.J. Bennett 和 David Eisenberg，“單體白喉毒素在 2.3 Å 解析度下的精修結構”：www.doe-mbi.ucla.edu