В этой статье отсутствует информация о сопоставлении основных типов с Pfam/InterPro. ( Май 2019 г. ) |
Лектины — это связывающие углеводы белки , которые высокоспецифичны для групп сахаров , входящих в состав других молекул, поэтому вызывают агглютинацию определенных клеток или осаждение гликоконъюгатов и полисахаридов . Лектины играют роль в распознавании на клеточном и молекулярном уровне и играют многочисленные роли в явлениях биологического распознавания, включающих клетки, углеводы и белки. [1] [2] Лектины также опосредуют прикрепление и связывание бактерий , вирусов и грибов с их предполагаемыми целями.
Лектины содержатся во многих продуктах. Некоторые продукты, такие как бобы и зерновые, необходимо готовить, ферментировать или проращивать, чтобы снизить содержание лектинов. Некоторые лектины полезны, например CLEC11A , который способствует росту костей, в то время как другие могут быть мощными токсинами, например рицин . [3]
Лектины могут быть отключены определенными моно- и олигосахаридами , которые связываются с потребленными лектинами из зерновых, бобовых, пасленовых растений и молочных продуктов; связывание может предотвратить их присоединение к углеводам внутри клеточной мембраны. Избирательность лектинов означает, что они полезны для анализа группы крови , и они были исследованы для потенциального использования в генетически модифицированных культурах для передачи устойчивости к вредителям.
Таблица основных растительных лектинов [4] | |||||
---|---|---|---|---|---|
Символ лектина | Название лектина | Источник | Мотив лиганда | ||
Маннозосвязывающие лектины | |||||
КонА | Конканавалин А | Канавалия мечевидная | Остатки α-D-маннозила и α-D-глюкозила разветвленные α-маннозидные структуры (тип с высоким содержанием α-маннозы или гибридный тип и биантенные сложные N-гликаны) | ||
ЛЧ | Лектин чечевицы | Кулинарная линза | Фукозилированная основная область N-гликанов би- и триантенного типа | ||
ГНА | Лектин подснежника | Подснежник белоснежный | α 1-3 и α 1-6 связанные высокоманнозные структуры | ||
Лектины, связывающие галактозу / N-ацетилгалактозамин | |||||
РКА | Рицин , агглютинин Ricinus communis , RCA120 | Рицинус обыкновенный | Galβ1-4GalNAcβ1-R | ||
ПНА | Арахисовый агглютинин | Арахис гипогейный | Galβ1-3GalNAcα1-Ser/Thr (T-антиген) | ||
АИЛ | Жакалин | Артокарпус цельнолистный | (Sia)Galβ1-3GalNAcα1-Ser/Thr (Т-антиген) | ||
ВВЛ | Лектин вики волосистой | Vicia villosa | GalNAcα-Ser/Thr (Tn-антиген) | ||
Лектины, связывающие N-ацетилглюкозамин | |||||
ВГА | Агглютинин зародыша пшеницы | Triticum vulgaris | GlcNAcβ1-4GlcNAcβ1-4GlcNAc, Neu5Ac (сиаловая кислота) | ||
Лектины, связывающие N-ацетилнейраминовую кислоту | |||||
СНС | Лектин бузины | Бузина черная | Neu5Acα2-6Gal(NAc)-R | ||
МАЛ | лейкоагглютинин Maackia amurensis | Маакия амурская | Neu5Ac/Gcα2,3Galβ1,4Glc(NAc) | ||
МАХ | Гемоагглютинин Maackia amurensis | Маакия амурская | Neu5Ac/Gcα2,3Galβ1,3(Neu5Acα2,6)GalNac | ||
Лектины, связывающие фукозу | |||||
УЭА | агглютинин Ulex europaeus | Ulex europaeus | Fucα1-2Gal-R | ||
ААЛ | Лектин алейрии аурантии | Алейрия аурантия | Fucα1-2Galβ1-4(Fucα1-3/4)Galβ1-4GlcNAc, R2-GlcNAcβ1-4(Fucα1-6)GlcNAc-R1 |
Уильям С. Бойд в одиночку, а затем совместно с Элизабет Шепли [5] ввел термин «лектин» в 1954 году от латинского слова lectus , «избранный» (от глагола legere , выбирать или отбирать). [6]
Лектины могут связываться с растворимым углеводом или с углеводной частью , которая является частью гликопротеина или гликолипида . Обычно они агглютинируют определенные клетки животных и/или осаждают гликоконъюгаты . Большинство лектинов не обладают ферментативной активностью.
Лектины выполняют следующие функции у животных:
Функция лектинов в растениях ( бобовый лектин ) до сих пор не определена. Когда-то считалось, что они необходимы для связывания ризобий , но эта предполагаемая функция была исключена с помощью исследований трансгенов с нокаутом лектина . [9]
Большая концентрация лектинов в семенах растений уменьшается с ростом и предполагает роль в прорастании растений и, возможно, в выживании самого семени. Связывание гликопротеинов на поверхности паразитических клеток также считается функцией. Было обнаружено, что несколько растительных лектинов распознают неуглеводные лиганды , которые в первую очередь являются гидрофобными по своей природе, включая аденин , ауксины , цитокинин и индолилуксусную кислоту , а также водорастворимые порфирины . Эти взаимодействия могут быть физиологически значимыми, поскольку некоторые из этих молекул функционируют как фитогормоны . [10]
Считается, что лектиновые рецепторные киназы (LecRK) распознают молекулярные паттерны, связанные с повреждением (DAMP), которые создаются или высвобождаются при атаке травоядных. [ необходима цитата ] У Arabidopsis бобовый тип LecRK Clade 1 содержит 11 белков LecRK. Сообщалось, что LecRK-1.8 распознает внеклеточные молекулы НАД , а LecRK-1.9 распознает внеклеточные молекулы АТФ . [ необходима цитата ]
Извлечение белков и лектинов может быть осуществлено с помощью аналогичных процессов, а также с их анализом и открытием. Например, семена хлопка содержат соединения, представляющие интерес в исследованиях по извлечению и очистке белков [11]
Некоторые гликопротеины вируса гепатита С могут прикрепляться к лектинам типа С на поверхности клетки-хозяина (клетки печени), чтобы инициировать инфекцию. [12] Чтобы избежать выведения из организма врожденной иммунной системой , патогены (например, вирусные частицы и бактерии , которые заражают клетки человека) часто экспрессируют поверхностные лектины, известные как адгезины и гемагглютинины , которые связываются с тканеспецифическими гликанами на поверхности гликопротеинов и гликолипидах клетки-хозяина . [13] Множество вирусов, включая грипп и несколько вирусов семейства Paramyxoviridae , используют этот механизм для связывания и проникновения в клетки-мишени. [14]
Очищенные лектины важны в клинических условиях, поскольку они используются для определения группы крови . [15] Некоторые гликолипиды и гликопротеины в эритроцитах человека можно идентифицировать с помощью лектинов.
Антигены, не относящиеся к группе крови, можно идентифицировать с помощью лектинов:
В нейронауке метод антероградной маркировки используется для отслеживания пути эфферентных аксонов с помощью PHA-L , лектина из фасоли . [16]
Лектин ( BanLec ) из бананов ингибирует ВИЧ-1 in vitro . [17] Ахилектины, выделенные из Tachypleus tridentatus , проявляют специфическую агглютинирующую активность против человеческих эритроцитов типа А. Анти-B агглютинины, такие как анти-BCJ и анти-BLD, выделенные из Charybdis japonica и Lymantria dispar , соответственно, представляют ценность как для рутинного определения группы крови, так и для исследований. [18]
Лектины из бобовых растений, такие как PHA или конканавалин A , широко использовались в качестве модельных систем для понимания молекулярной основы того, как белки распознают углеводы, поскольку их относительно легко получить и они обладают широким спектром сахарных специфичностей. Многочисленные кристаллические структуры лектинов бобовых привели к детальному пониманию атомных взаимодействий между углеводами и белками.
Лектины семян бобовых были изучены на предмет их инсектицидного потенциала и продемонстрировали вредное воздействие на развитие вредителей. [19]
Конканавалин А и другие коммерчески доступные лектины широко использовались в аффинной хроматографии для очистки гликопротеинов. [20]
В целом, белки могут быть охарактеризованы в отношении гликоформ и углеводной структуры с помощью аффинной хроматографии , блоттинга , аффинного электрофореза и аффинного иммуноэлектрофореза с лектинами, а также в микрочипах , как в микрочипе лектинов с использованием флуоресценции в быстрозатухающем поле. [21]
Одним из примеров мощных биологических свойств лектинов является биохимическое боевое вещество рицин. Белок рицин выделяется из семян клещевины и состоит из двух белковых доменов . Абрин из гороха jequirity похож:
Лектины широко распространены в природе, и многие продукты содержат белки. Некоторые лектины могут быть вредны, если их плохо приготовить или употреблять в больших количествах. Они наиболее эффективны в сыром виде, так как кипячение, тушение или замачивание в воде в течение нескольких часов может сделать большинство лектинов неактивными. Однако приготовление сырых бобов на медленном огне, например, в мультиварке , не удалит все лектины. [22]
Некоторые исследования показали, что лектины могут мешать усвоению некоторых минералов, таких как кальций , железо , фосфор и цинк . Связывание лектинов с клетками пищеварительного тракта может нарушить расщепление и усвоение некоторых питательных веществ, и поскольку они связываются с клетками в течение длительного времени, некоторые теории утверждают, что они могут играть роль в определенных воспалительных состояниях, таких как ревматоидный артрит и диабет 1 типа , но исследования, подтверждающие утверждения о долгосрочных последствиях для здоровья у людей, ограничены, и большинство существующих исследований были сосредоточены на развивающихся странах, где недоедание может быть фактором или выбор диеты иным образом ограничен. [22]
Первым писателем, выступавшим за диету без лектинов, был Питер Дж. Д'Адамо, врач-натуропат, наиболее известный тем, что пропагандировал диету по группе крови . Он утверждал, что лектины могут повредить группе крови человека, вмешиваясь в пищеварение, метаболизм пищи, гормоны, выработку инсулина, и поэтому их следует избегать. [23] Д'Адамо не предоставил никаких научных доказательств или опубликованных данных в поддержку своих утверждений, а его диету критиковали за неточные утверждения о биохимии. [23] [24]
Стивен Гандри предложил диету без лектинов в своей книге «Парадокс растений» (2017). Она исключает большой спектр обычных продуктов, включая цельные зерна , бобовые и большинство фруктов, а также пасленовые овощи : помидоры, картофель, баклажаны, болгарский перец и перец чили. [25] [26] Утверждения Гандри о лектинах считаются лженаукой . Его книга ссылается на исследования, которые не имеют ничего общего с лектинами, и некоторые из них показывают — вопреки его собственным рекомендациям — что отказ от цельных зерен пшеницы , ячменя и ржи приведет к увеличению количества вредных бактерий и уменьшению количества полезных бактерий. [27] [28] [29]
Лектины являются одним из многих токсичных компонентов многих сырых растений, которые инактивируются при правильной обработке и подготовке (например, приготовление на тепле, ферментация). [30] Например, сырая фасоль естественным образом содержит токсичные уровни лектина (например, фитогемагглютинин ). Неблагоприятные эффекты могут включать дефицит питательных веществ и иммунные ( аллергические ) реакции. [31]
Лектины считаются основным семейством белковых антинутриентов , которые являются специфическими сахаросвязывающими белками, проявляющими обратимую углеводсвязывающую активность. [32] Лектины похожи на антитела по своей способности агглютинировать эритроциты. [33]
Было доказано, что многие семена бобовых содержат высокую активность лектинов, называемую гемагглютинацией . [34] Соя является самой важной зернобобовой культурой в этой категории. Ее семена содержат высокую активность лектинов сои ( агглютинин сои или SBA).
Задолго до более глубокого понимания их многочисленных биологических функций, растительные лектины, также известные как фитогемагглютинины , были отмечены за их особенно высокую специфичность к чужеродным гликоконъюгатам (например, грибковым и животным) [35] и использовались в биомедицине для тестирования клеток крови и в биохимии для фракционирования . [ необходима ссылка ]
Хотя они были впервые обнаружены более 100 лет назад в растениях, сейчас известно, что лектины присутствуют повсюду в природе. Считается, что самое раннее описание лектина было дано Петером Германом Штиллмарком в его докторской диссертации, представленной в 1888 году в Университете Дерпта . Штиллмарк выделил рицин, чрезвычайно токсичный гемагглютинин, из семян клещевины ( Ricinus communis ).
Первым лектином, очищенным в больших масштабах и доступным на коммерческой основе, был конканавалин А , который в настоящее время является наиболее используемым лектином для характеристики и очистки молекул, содержащих сахар, и клеточных структур. [36] Лектины бобовых , вероятно, являются наиболее хорошо изученными лектинами.