Il veleno di serpente è il fluido velenoso, tipicamente giallo, immagazzinato nelle ghiandole salivari modificate dei serpenti velenosi. Ci sono centinaia di specie di serpenti velenosi che si affidano al veleno che producono per debilitare e immobilizzare la loro preda. Il veleno è composto da una combinazione di proteine, enzimi e altre sostanze molecolari. Queste sostanze tossiche lavorano per distruggere le cellule, interrompere gli impulsi nervosi o entrambi. I serpenti usano il loro veleno con cautela, iniettando quantità sufficienti per disabilitare la preda o per difendersi dai predatori. Il veleno di serpente funziona abbattendo cellule e tessuti, il che può portare a paralisi, sanguinamento interno e morte per la vittima del morso di serpente. Affinché il veleno abbia effetto, deve essere iniettato nei tessuti o entrare nel flusso sanguigno. Mentre il veleno di serpente è velenoso e mortale, i ricercatori usano anche componenti di veleno di serpente per sviluppare farmaci per curare le malattie umane.
Il componente principale del veleno di serpente è la proteina. Queste proteine tossiche sono la causa della maggior parte degli effetti dannosi del veleno di serpente. Contiene anche enzimi, che aiutano ad accelerare le reazioni chimiche che rompono i legami chimici tra grandi molecole. Questi enzimi aiutano nella scomposizione di carboidrati, proteine, fosfolipidi, e nucleotidi in preda. Gli enzimi tossici funzionano anche per abbassare la pressione sanguigna, distruggere i globuli rossi e inibire il controllo muscolare.
Un componente aggiuntivo del veleno di serpente è la tossina polipeptidica. I polipeptidi sono catene di aminoacidi, costituite da 50 o meno aminoacidi. Le tossine polipeptidiche interrompono le funzioni cellulari portando alla morte cellulare. Alcuni componenti tossici del veleno di serpente si trovano in tutte le specie di serpenti velenosi, mentre altri componenti si trovano solo in specie specifiche.
Sebbene i veleni di serpente siano composti da una complessa raccolta di tossine, enzimi e non tossici sostanze, sono state classificate storicamente in tre tipi principali: citotossine, neurotossine e emotossina. Altri tipi di tossine di serpente influenzano tipi specifici di cellule e includono cardiotossina, miotossine e nefrotossine.
cytotoxins sono sostanze velenose che distruggono le cellule del corpo. Le citotossine portano alla morte della maggior parte o di tutte le cellule di un tessuto o organo, una condizione nota come necrosi. Alcuni tessuti possono manifestare necrosi liquefattiva in cui il tessuto è parzialmente o completamente liquefatto. Le citotossine aiutano a digerire parzialmente la preda prima ancora che venga mangiata. Le citotossine sono di solito specifiche per il tipo di cellula che colpiscono. Le cardiotossine sono citotossine che danneggiano le cellule cardiache. Le miotossine colpiscono e dissolvono le cellule muscolari. Le nefrotossine distruggono le cellule renali. Molte specie di serpenti velenosi hanno una combinazione di citotossine e alcune possono anche produrre neurotossine o emotossine. Le citotossine distruggono le cellule danneggiando la membrana cellulare e inducendo la lisi cellulare. Possono anche causare la morte programmata delle cellule o apoptosi. La maggior parte dei danni ai tessuti osservabili causati dalle citotossine si verifica nel sito del morso.
neurotossine sono sostanze chimiche velenose per il sistema nervoso. Le neurotossine agiscono interrompendo i segnali chimici (neurotrasmettitori) inviati tra i neuroni. Possono ridurre la produzione di neurotrasmettitori o bloccare i siti di ricezione dei neurotrasmettitori. Altre neurotossine di serpente agiscono bloccando i canali del calcio in tensione e i canali del potassio in tensione. Questi canali sono importanti per la trasduzione dei segnali lungo i neuroni. Le neurotossine causano la paralisi muscolare che può anche provocare difficoltà respiratorie e morte. Serpenti di famiglia Elapidae produce tipicamente veleno neurotossico. Questi serpenti hanno piccole zanne erette e includono cobra, mamba, serpenti di mare, addizionatori di morte e serpenti di corallo.
emotossina sono veleni nel sangue che hanno effetti citotossici e interrompono anche i normali processi di coagulazione del sangue. Queste sostanze agiscono facendo esplodere i globuli rossi, interferendo con i fattori della coagulazione del sangue e causando la morte dei tessuti e danni agli organi. La distruzione dei globuli rossi e l'incapacità del sangue di coagulare causano gravi emorragie interne. L'accumulo di globuli rossi morti può anche interrompere la corretta funzionalità renale. Mentre alcune emotossine inibiscono la coagulazione del sangue, altre causano l'aggregazione di piastrine e altre cellule del sangue. I coaguli risultanti bloccano la circolazione sanguigna attraverso i vasi sanguigni e possono portare a insufficienza cardiaca. Serpenti di famiglia Viperidae, comprese le vipere e le vipere dei pozzi, producono emotossine.
La maggior parte dei serpenti velenosi iniettano veleno nelle loro prede con le zanne. Le zanne sono altamente efficaci nel rilasciare veleno mentre perforano il tessuto e consentono al veleno di fluire nella ferita. Alcuni serpenti sono anche in grado di sputare o espellere il veleno come meccanismo di difesa. I sistemi di iniezione di veleno contengono quattro componenti principali: ghiandole di veleno, muscoli, dotti e zanne.
Serpenti di famiglia Viperidae avere un sistema di iniezione molto sviluppato. Il veleno viene continuamente prodotto e immagazzinato nelle ghiandole di veleno. Prima che le vipere mordano la loro preda, erigono le zanne anteriori. Dopo il morso, i muscoli attorno alle ghiandole costringono parte del veleno attraverso i condotti e nei canali chiusi delle zanne. La quantità di veleno iniettato è regolata dal serpente e dipende dalle dimensioni della preda. In genere, le vipere rilasciano la loro preda dopo che il veleno è stato iniettato. Il serpente attende che il veleno abbia effetto e immobilizzi la preda prima di consumare l'animale.
Serpenti di famiglia Elapidae (ex. cobra, mamba e additivi) hanno un sistema di erogazione e iniezione del veleno simile alle vipere. A differenza delle vipere, gli elapidi non hanno zanne anteriori mobili. Il sommatore della morte è l'eccezione a questo tra gli elapidi. La maggior parte degli elapidi ha zanne corte e piccole che sono fisse e rimangono erette. Dopo aver morso la preda, gli elapidi in genere mantengono la presa e la masticazione per garantire una penetrazione ottimale del veleno.
Serpenti velenosi della famiglia Colubridae hanno un singolo canale aperto su ogni zanna che funge da passaggio per il veleno. I colubridi velenosi hanno tipicamente zanne posteriori fisse e masticano la loro preda mentre iniettano veleno. Il veleno colubrido tende ad avere un impatto meno dannoso sull'uomo rispetto al veleno di elapidi o vipere. Tuttavia, il veleno del boomslang e del ramoscello ha provocato morti umane.
Da alcuni serpenti usa il veleno per uccidere la sua preda, perché il serpente non viene danneggiato quando mangia l'animale avvelenato? I serpenti velenosi non sono danneggiati dal veleno usato per uccidere la loro preda perché il componente principale del veleno di serpente è la proteina. Le tossine a base di proteine devono essere iniettate o assorbite nei tessuti corporei o nel flusso sanguigno per essere efficaci. L'ingestione o la deglutizione del veleno di serpente non è dannosa perché le tossine a base di proteine sono scomposte dagli acidi dello stomaco e dagli enzimi digestivi nei loro componenti di base. Questo neutralizza le tossine proteiche e le disassembla in aminoacidi. Tuttavia, se le tossine dovessero entrare nella circolazione sanguigna, i risultati potrebbero essere mortali.
I serpenti velenosi hanno molte garanzie per aiutarli a rimanere immuni o meno sensibili al proprio veleno. Le ghiandole di veleno di serpente sono posizionate e strutturate in modo da impedire al veleno di rifluire nel corpo del serpente. I serpenti velenosi hanno anche anticorpi o anti-veleni per le loro stesse tossine per proteggere dall'esposizione, ad esempio, se fossero stati morsi da un altro serpente della stessa specie.
I ricercatori hanno anche scoperto questo cobra hanno modificato i recettori dell'acetilcolina sui loro muscoli, il che impedisce alle proprie neurotossine di legarsi a questi recettori. Senza questi recettori modificati, la neurotossina di serpente sarebbe in grado di legarsi ai recettori con conseguente paralisi e morte. I recettori dell'acetilcolina modificati sono la chiave del perché i cobra sono immuni al veleno del cobra. Mentre i serpenti velenosi potrebbero non essere vulnerabili al loro stesso veleno, sono vulnerabili al veleno di altri serpenti velenosi.
Oltre allo sviluppo di anti-veleno, lo studio dei veleni di serpente e le loro azioni biologiche è diventato sempre più importante per la scoperta di nuovi modi per combattere le malattie umane. Alcune di queste malattie includono ictus, morbo di Alzheimer, cancro e disturbi cardiaci. Poiché le tossine di serpente colpiscono cellule specifiche, i ricercatori stanno studiando i metodi con cui queste tossine lavorano per sviluppare farmaci in grado di colpire cellule specifiche. L'analisi dei componenti del veleno di serpente ha contribuito allo sviluppo di antidolorifici più potenti e di fluidificanti del sangue più efficaci.
I ricercatori hanno usato le proprietà anti-coagulazione di emotossina sviluppare farmaci per il trattamento di ipertensione, disturbi del sangue e infarto. neurotossine sono stati utilizzati nello sviluppo di farmaci per il trattamento di malattie cerebrali e ictus.
Il primo farmaco a base di veleno sviluppato e approvato dalla FDA è stato il captopril, derivato dalla vipera brasiliana e utilizzato per il trattamento della pressione alta. Altri farmaci derivati dal veleno includono eptifibatide (serpente a sonagli) e tirofiban (vipera africana con scaglie di sega) per il trattamento di infarto e dolore toracico.