Lektyny - Lectin

Hemaglutynina boczna

Lektyny to białka wiążące węglowodany , które są wysoce specyficzne dla grup cukrowych wchodzących w skład innych cząsteczek, co powoduje aglutynację poszczególnych komórek lub wytrącanie glikokoniugatów i polisacharydów . Lektyny odgrywają rolę w rozpoznawaniu na poziomie komórkowym i molekularnym oraz odgrywają liczne role w zjawiskach rozpoznawania biologicznego obejmujących komórki, węglowodany i białka. Lektyny pośredniczą również w przyłączaniu się i wiązaniu bakterii , wirusów i grzybów do zamierzonych celów.

Lektyny są wszechobecne w przyrodzie i znajdują się w wielu produktach spożywczych. Niektóre pokarmy, takie jak fasola i ziarna, muszą być gotowane lub fermentowane, aby zmniejszyć zawartość lektyn. Niektóre lektyny są korzystne, takie jak CLEC11A , która wspomaga wzrost kości, podczas gdy inne mogą być silnymi toksynami, takimi jak rycyna .

Lektyny mogą być dezaktywowane przez specyficzne mono- i oligosacharydy , które wiążą się ze spożytymi lektynami ze zbóż, roślin strączkowych, roślin psiankowatych i nabiału; wiązanie może zapobiegać ich przyłączaniu się do węglowodanów w błonie komórkowej. Selektywność lektyn oznacza, że ​​są one przydatne do analizy grupy krwi i zostały zbadane pod kątem potencjalnego wykorzystania w genetycznie modyfikowanych uprawach do przenoszenia odporności na szkodniki.

Etymologia

Tabela głównych lektyn roślinnych
  Symbol lektyny Nazwa lektyny Źródło Motyw liganda
Lektyny wiążące mannozę
ConA Konkanawalina A Canavalia ensiformis Reszty α-D-mannozylowe i α-D-glukozylowe

rozgałęzione struktury α-mannozydowe (typu o wysokiej zawartości α-mannozy lub typu hybrydowego i dwuantenarnego typu złożonego N-glikany)

LCH Lektyna z soczewicy Obiektyw kulinarny Fukozylowany obszar rdzenia dwu- i trójantenarnego kompleksu typu N-glikanów
GNA lektyna przebiśnieg Galanthus nivalis Struktury o wysokiej zawartości mannozy połączone α 1-3 i α 1-6
Lektyny wiążące galaktozę / N-acetylogalaktozaminę
RCA Rycyna , Ricinus communis Aglutynina, RCA120 Ricinus communis Galβ1-4GalNAcβ1-R
PNA Aglutynina z orzeszków ziemnych Arachis hypogea Galβ1-3GalNAcα1-Ser/Thr (antygen T)
CHOROWAĆ Jacalin Artocarpus integrifolia (Sia)Galβ1-3GalNAcα1-Ser/Thr (antygen T)
VVL Owłosiona lektyna wyki Vicia willosa GalNAcα-Ser/Thr (antygen Tn)
Lektyny wiążące N-acetyloglukozaminę
WGA Aglutynina z kiełków pszenicy Triticum vulgaris GlcNAcβ1-4GlcNAcβ1-4GlcNAc, Neu5Ac (kwas sialowy)
Lektyny wiążące kwas N-acetyloneuraminowy
SNA Lektyna z czarnego bzu Sambucus nigra Neu5Acα2-6Gal(NAc)-R
MAL Maackia amurensis leukoaglutynina Maackia amurensis Neu5Ac/Gcα2,3Galβ1,4Glc(NAc)
MAH Hemoaglutynina Maackia amurensis Maackia amurensis Neu5Ac/Gcα2,3Galβ1,3(Neu5Acα2,6)GalNac
Lektyny wiążące fukozę
UEA Aglutynina Ulex europaeus Ulex europaeus Fucα1-2Gal-R
AAL Lektyna z Aleuria aurantia Aleuria aurantia Fucα1-2Galβ1-4(Fucα1-3/4)Galβ1-4GlcNAc,

R2-GlcNAcβ1-4(Fucα1-6)GlcNAc-R1

Sam William C. Boyd , a następnie wraz z Elizabeth Shapleigh wprowadził w 1954 r. termin „lektyna” od łacińskiego słowa lego- „wybrany” (od czasownika legere , wybrać lub wybrać).

Funkcje biologiczne

Lektyny występują wszechobecnie w przyrodzie. Mogą wiązać się z rozpuszczalnym węglowodanem lub ugrupowaniem węglowodanowym, które jest częścią glikoproteiny lub glikolipidu . Zazwyczaj aglutynują niektóre komórki zwierzęce i/lub wytrącają glikokoniugaty . Większość lektyn nie wykazuje aktywności enzymatycznej .

Oligosacharydów (zaznaczone na szaro) związanego w miejscu wiązania lektyny roślin ( Griffonia simplicifolia isolectin IV kompleks Lewisa b grup krwi determinanta); tylko część oligosacharydu (centralna, kolorem szarym) jest pokazana dla przejrzystości.

Zwierząt

Lektyny pełnią u zwierząt następujące funkcje:

  • Regulacja adhezji komórek
  • Regulacja syntezy glikoprotein
  • Regulacja poziomu białka we krwi
  • Wiązanie rozpuszczalnych glikoprotein zewnątrzkomórkowych i międzykomórkowych
  • Jako receptor na powierzchni komórek wątroby ssaków do rozpoznawania reszt galaktozy , co powoduje usunięcie niektórych glikoprotein z układu krążenia
  • Jako receptor rozpoznający enzymy hydrolityczne zawierające mannozo-6-fosforan i kierujący te białka do lizosomów ; Choroba komórek I jest jednym z rodzajów defektów w tym konkretnym systemie.
  • Wiadomo, że lektyny odgrywają ważną rolę we wrodzonym układzie odpornościowym . Lektyny, takie jak lektyna wiążąca mannozę , pomagają pośredniczyć w obronie pierwszej linii przed atakującymi mikroorganizmami . Inne immunolektyny odgrywają rolę w dyskryminacji siebie i prawdopodobnie modulują procesy zapalne i autoreaktywne. Intelektyny (lektyny typu X) wiążą glikany drobnoustrojów i mogą również działać we wrodzonym układzie odpornościowym. Lektyny mogą być zaangażowane w rozpoznawanie wzorców i eliminację patogenów we wrodzonej odporności kręgowców, w tym ryb.

Rośliny

Funkcja lektyn w roślinach (lektyny roślin strączkowych ) jest nadal niepewna. Kiedyś uważano, że jest to konieczne do wiązania ryzobii , ta proponowana funkcja została wykluczona w badaniach transgenu z nokautem lektyny .

Duża koncentracja lektyn w nasionach roślin zmniejsza się wraz ze wzrostem i sugeruje rolę w kiełkowaniu roślin i być może w samym przetrwaniu nasion. Uważa się, że funkcją jest również wiązanie glikoprotein na powierzchni komórek pasożytniczych. Stwierdzono, że kilka lektyn roślinnych rozpoznaje ligandy niewęglowodanowe, które mają głównie charakter hydrofobowy, w tym adeninę , auksyny , cytokininę i kwas indolooctowy , a także rozpuszczalne w wodzie porfiryny . Te interakcje mogą mieć znaczenie fizjologiczne, ponieważ niektóre z tych cząsteczek działają jako fitohormony .

Uważa się, że kinazy receptora lektynowego (LecRK) rozpoznają wzorce molekularne związane z uszkodzeniem (DAMP), które są tworzone lub uwalniane z ataku roślinożerców. W Arabidopsis klad 1 LecRKs typu roślin strączkowych zawiera 11 białek LecRK. Doniesiono, że LecRK-1.8 rozpoznaje zewnątrzkomórkowe cząsteczki NAD , a LecRK-1.9 rozpoznaje zewnątrzkomórkowe cząsteczki ATP .

Bakterie i wirusy

Niektóre glikoproteiny wirusa zapalenia wątroby typu C mogą przyłączać się do lektyn typu C na powierzchni komórki gospodarza (komórek wątroby) w celu zainicjowania infekcji. Aby uniknąć usuwania z organizmu przez wrodzony układ odpornościowy , patogeny (np. cząsteczki wirusów i bakterie infekujące komórki ludzkie) często eksprymują lektyny powierzchniowe znane jako adhezyny i hemaglutyniny, które wiążą się z glikanami specyficznymi dla tkanek na glikoproteinach i glikolipidach powierzchni komórek gospodarza .

Posługiwać się

W medycynie i badaniach medycznych

Oczyszczone lektyny są ważne w warunkach klinicznych, ponieważ są używane do określania grup krwi . Niektóre glikolipidy i glikoproteiny na krwinkach czerwonych danej osoby można zidentyfikować za pomocą lektyn.

  • Lektyna z Dolichos biflorus służy do identyfikacji komórek należących do grupy krwi A1.
  • Lektyna z Ulex europaeus służy do identyfikacji antygenu grupy krwi H.
  • Lektyna z Vicia graminea służy do identyfikacji antygenu grupy krwi N.
  • Lektyna z Iberis amara służy do identyfikacji antygenu grupy krwi M.
  • Lektyna z mleka kokosowego jest używana do identyfikacji antygenu Theros .
  • Do identyfikacji antygenu R stosuje się lektynę firmy Carex .

W neuronauce do śledzenia drogi aksonów odprowadzających stosuje się metodę znakowania wstecznego za pomocą PHA-L , lektyny z fasoli .

Lektyna ( BanLec ) z bananów hamuje HIV-1 in vitro . Achylektyny wyizolowane z Tachypleus tridentatus wykazują specyficzną aktywność aglutynacyjną wobec ludzkich erytrocytów typu A. Aglutyniny anty-B, takie jak anty-BCJ i anty-BLD, oddzielone odpowiednio od Charybdis japonica i Lymantria dispar , mają wartość zarówno w rutynowym grupowaniu krwi, jak i badaniach.

W badaniu rozpoznawania węglowodanów przez białka

Lektyny histochemia mięśni ryb zainfekowany przez myxozoan

Lektyny z roślin strączkowych, takie jak PHA lub konkanawalina A , są szeroko stosowane jako układy modelowe do zrozumienia molekularnych podstaw rozpoznawania węglowodanów przez białka, ponieważ są one stosunkowo łatwe do uzyskania i charakteryzują się szeroką gamą swoistości cukrów. Liczne struktury krystaliczne lektyn roślin strączkowych doprowadziły do ​​szczegółowego wglądu w interakcje atomowe między węglowodanami i białkami.

Jako narzędzie biochemiczne

Konkanawalina A i inne dostępne w handlu lektyny są szeroko stosowane w chromatografii powinowactwa do oczyszczania glikoprotein.

Ogólnie białka można scharakteryzować pod względem glikoform i struktury węglowodanów za pomocą chromatografii powinowactwa , blottingu , elektroforezy powinowactwa i immunoelektroforezy powinowactwa z lektynami, jak również w mikromacierzach , jak w mikromacierzy lektynowych wspomaganych fluorescencją pola zanikającego .

W wojnie biochemicznej

Jednym z przykładów potężnych biologicznych atrybutów lektyn jest rycyna, biochemiczny środek bojowy. Rycyna białkowa jest izolowana z nasion rącznika i zawiera dwie domeny białkowe . Abrin z grochu jequirity jest podobny:

  • Jedną z domen jest lektyna, która wiąże reszty galaktozylowe na powierzchni komórki i umożliwia białku wnikanie do komórek.
  • Drugą domeną jest N- glikozydaza, która odcina zasady nukleinowe z rybosomalnego RNA, co powoduje zahamowanie syntezy białek i śmierć komórki.

Lektyny dietetyczne

Leukoaglutynina jest toksyczną fitohemaglutyniną znajdującą się w surowej Vicia faba (fasola fava).

Lektyny są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, a wiele produktów spożywczych zawiera białka. Niektóre lektyny mogą być szkodliwe, jeśli są źle ugotowane lub spożywane w dużych ilościach. Są najsilniejsze, gdy są surowe; gotowanie, duszenie lub moczenie w wodzie przez kilka godzin może spowodować, że większość lektyn stanie się nieaktywna. Jednak gotowanie surowej fasoli na małym ogniu, na przykład w wolnym naczyniu , nie usunie wszystkich lektyn. Niemniej jednak najdłużej żyjący i najzdrowsi ludzie na świecie utrzymują się głównie z diety opartej na roślinach, która często zawiera pod dostatkiem lektyn.

Niektórzy proponowali diety „bez lektyn”, głównie w oparciu o prace Stevena Gundry'ego . Typowa dieta bez lektyn wyklucza szereg produktów spożywczych, w tym większość zbóż, roślin strączkowych i roślin strączkowych, a także jajka, owoce morza i wiele podstawowych owoców i warzyw. Jednak twierdzenia Gundry'ego są uważane za pseudonaukę, a jego książka "cytuje" badania, które albo nie mają nic wspólnego z lektynami, albo nawet pokazują, że unikanie pszenicy, jęczmienia i żyta prowadzi do mniej pożytecznych i bardziej szkodliwych bakterii, wbrew jego zaleceniom. A poważniej Gundry ma konflikt interesów, bo sprzedaje suplementy, które rzekomo chronią przed działaniem lektyn. W jednym z reklam, który trwał prawie godzinę, stwierdził, że zapasy są na wyczerpaniu, i powiedział widzom, aby działali natychmiast i zamawiali tyle, ile zdołają przechować. Konieczność suplementacji jest podobnie kluczowym argumentem jego książki, w której pisze: „Zdobycie wszystkich potrzebnych składników odżywczych po prostu nie może się obejść bez suplementów”.

Niektóre badania wykazały, że lektyny mogą zakłócać wchłanianie niektórych minerałów, takich jak wapń , żelazo , fosfor i cynk . Wiązanie lektyn z komórkami w przewodzie pokarmowym może zakłócać rozkład i wchłanianie niektórych składników odżywczych, a ponieważ wiążą się one z komórkami przez długi czas, niektóre teorie utrzymują, że mogą one odgrywać rolę w pewnych stanach zapalnych , takich jak reumatoidalne zapalenie stawów i cukrzyca typu 1 , ale badania potwierdzające długoterminowe skutki zdrowotne u ludzi są ograniczone, a większość istniejących badań koncentruje się na krajach rozwijających się, w których niedożywienie może być czynnikiem lub wybory żywieniowe są w inny sposób ograniczone.

Toksyczność

Lektyny są jednym z wielu toksycznych składników wielu surowców roślinnych, które są dezaktywowane przez odpowiednią obróbkę i przygotowanie (np. gotowanie na gorąco, fermentacja). Na przykład surowa fasola z nerki naturalnie zawiera toksyczne poziomy lektyny (np. fitohemaglutyniny). Działania niepożądane mogą obejmować niedobory żywieniowe i reakcje immunologiczne ( alergiczne ).

Hemaglutynacja

Lektyny są uważane za główną rodzinę przeciwodżywczych białek , które są specyficznymi białkami wiążącymi cukier, wykazującymi odwracalną aktywność wiązania węglowodanów. Lektyny są podobne do przeciwciał pod względem zdolności do aglutynacji czerwonych krwinek.

Udowodniono, że wiele nasion roślin strączkowych zawiera wysoką aktywność lektyn, określaną jako hemaglutynacja. Soja jest najważniejszą rośliną strączkową w tej kategorii. Jej nasiona zawierają wysoką aktywność lektyn sojowych ( aglutynina sojowa lub SBA).

Historia

Na długo przed głębszym zrozumieniem ich licznych funkcji biologicznych lektyny roślinne, znane również jako fitohemaglutyniny, zauważono ze względu na ich szczególnie wysoką specyficzność wobec obcych glikokoniugatów (np. grzybów , bezkręgowców i zwierząt) i były stosowane w biomedycynie do badania krwinek i w biochemii do frakcjonowania .

Chociaż po raz pierwszy odkryto je ponad 100 lat temu w roślinach, obecnie wiadomo, że są obecne w całej przyrodzie. Uważa się, że najwcześniejszy opis lektyny podał Peter Hermann Stillmark w swojej pracy doktorskiej przedstawionej w 1888 r. na Uniwersytecie w Dorpacie . Firma Stillmark wyizolowała rycynę, niezwykle toksyczną hemaglutyninę, z nasion rącznika pospolitego ( Ricinus communis ).

Pierwszą lektyną, która została oczyszczona na dużą skalę i dostępna na zasadach komercyjnych, była konkanawalina A, która jest obecnie najczęściej stosowaną lektyną do charakteryzowania i oczyszczania cząsteczek zawierających cukier i struktur komórkowych. Do roślin motylkowych lektyny są prawdopodobnie najbardziej dobrze zbadane lektyny.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki