Лектины представляют собой углеводсвязывающие белки , высокоспецифичные к группам сахаров , входящим в состав других молекул, поэтому вызывают агглютинацию отдельных 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 намеченными целями.
Лектины содержатся во многих продуктах питания. 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, тогда как другие могут быть мощными токсинами , например, рицин . [3]
Лектины могут быть отключены специфическими моно- и олигосахаридами , которые связываются с поступившими в организм лектинами из зерновых, бобовых, пасленовых и молочных продуктов; связывание может предотвратить их прикрепление к углеводам внутри клеточной мембраны. Селективность лектинов означает, что они полезны для анализа группы крови , и их исследовали на предмет потенциального использования в генно-инженерных культурах для передачи устойчивости к вредителям.
Этимология
Уильям К. Бойд в одиночку, а затем вместе с Элизабет Шепли [5] ввел термин «лектин» в 1954 году от латинского слова lectus , «выбранный» (от глагола legere , выбирать или выбирать). [6]
Связывание растворимых внеклеточных и межклеточных гликопротеинов
В качестве рецептора на поверхности клеток печени млекопитающих для распознавания остатков галактозы , что приводит к удалению некоторых гликопротеинов из системы кровообращения.
В качестве рецептора, который распознает гидролитические ферменты, содержащие маннозо-6-фосфат , и нацеливает эти белки на доставку в лизосомы ; Болезнь I-клеток — это один из типов дефектов в этой конкретной системе.
Известно, что лектины играют важную роль во врожденной иммунной системе . Лектины, такие как лектин, связывающий маннозу , помогают обеспечить защиту первой линии от вторжения микроорганизмов . Другие иммунные лектины играют роль в различении «я-не-я» и, вероятно, модулируют воспалительные и аутореактивные процессы. [7] Интелектины (лектины X-типа) связывают микробные гликаны и могут также функционировать во врожденной иммунной системе. Лектины могут участвовать в распознавании образов и устранении патогенов во врожденном иммунитете позвоночных, включая рыб. [8]
Растения
Функция лектинов растений ( лектинов бобовых ) до сих пор не ясна. Когда-то считалось, что эта предполагаемая функция необходима для связывания ризобий , но была исключена в ходе исследований трансгенов , нокаутирующих лектины . [9]
Большая концентрация лектинов в семенах растений уменьшается по мере роста и предполагает их роль в прорастании растений и, возможно, в выживании самих семян. Считается, что связывание гликопротеинов на поверхности паразитических клеток также является функцией. Было обнаружено, что некоторые растительные лектины распознают неуглеводные лиганды , которые имеют преимущественно гидрофобную природу, включая аденин , ауксины , цитокинин и индолуксусную кислоту , а также водорастворимые порфирины . Эти взаимодействия могут быть физиологически значимыми, поскольку некоторые из этих молекул действуют как фитогормоны . [10]
Считается, что киназы лектиновых рецепторов (LecRK) распознают молекулярные паттерны, связанные с повреждением (DAMP), которые создаются или высвобождаются в результате нападения травоядных животных. [ нужна цитация ] У Arabidopsis LecRKs Clade 1 бобового типа содержит 11 белков LecRK. Сообщалось, что LecRK-1.8 распознает внеклеточные молекулы НАД , а LecRK-1.9, как сообщается, распознает внеклеточные молекулы АТФ . [ нужна цитата ]
Бактерии и вирусы
Некоторые гликопротеины вируса гепатита С могут прикрепляться к лектинам С-типа на поверхности клетки-хозяина (клетки печени), вызывая инфекцию. [11] Чтобы избежать выведения из организма врожденной иммунной системы , патогены (например, вирусные частицы и бактерии , поражающие клетки человека) часто экспрессируют поверхностные лектины, известные как адгезины и гемагглютинины , которые связываются с тканеспецифичными гликанами на гликопротеинах поверхности клетки-хозяина. и гликолипиды . [12] Многие вирусы, включая грипп и несколько вирусов семейства Paramyxoviridae , используют этот механизм для связывания и проникновения в клетки-мишени. [13]
Использовать
В медицине и медицинских исследованиях
Очищенные лектины важны в клинических условиях, поскольку их используют для определения группы крови . [14] Некоторые гликолипиды и гликопротеины в эритроцитах человека можно идентифицировать по лектинам.
Лектин Dolichos biflorus используется для идентификации клеток, принадлежащих к группе крови А1.
Лектин Ulex europaeus используется для идентификации антигена группы крови H.
Лектин Vicia graminea используется для идентификации антигена группы крови N.
Лектин из ибериса амара используется для идентификации антигена группы крови М.
Лектин из кокосового молока используется для идентификации антигена Theros .
Лектин из Carex используется для идентификации R-антигена.
Лектин ( BanLec ) из бананов ингибирует ВИЧ-1 in vitro . [16] Ахилектины, выделенные из Tachypleus tridentatus , проявляют специфическую агглютинирующую активность в отношении эритроцитов А-типа человека. Агглютинины анти-B, такие как анти-BCJ и анти-BLD, выделенные из Charybdis japonica и Lymantria dispar соответственно, имеют ценность как при рутинном определении группы крови, так и в исследованиях. [17]
При изучении распознавания углеводов белками
Лектины из бобовых растений, такие как PHA или конканавалин А , широко использовались в качестве модельных систем для понимания молекулярных основ того, как белки распознают углеводы, поскольку их относительно легко получить и они обладают широким спектром специфичности сахара. 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 показали вредное воздействие на развитие вредителей. [18]
Как биохимический инструмент
Конканавалин А и другие коммерчески доступные лектины широко используются в аффинной хроматографии для очистки гликопротеинов. [19]
Одним из примеров мощных биологических свойств лектинов является боевой биохимический агент рицин. Белок рицин выделен из семян клещевины и содержит два белковых домена . Абрин из горошины джекирити похож:
Один домен представляет собой лектин, который связывает галактозильные остатки клеточной поверхности и позволяет белку проникать в клетки.
Второй домен представляет собой N- гликозидазу , которая отщепляет нуклеиновые основания рибосомальной РНК, что приводит к ингибированию синтеза белка и гибели клеток.
Диетический лектин
Лектины широко распространены в природе, и многие продукты содержат белки. Некоторые лектины могут быть вредными, если их неправильно приготовить или употреблять в больших количествах. Они наиболее эффективны в сыром виде, поскольку кипячение, тушение или замачивание в воде на несколько часов могут сделать большинство лектинов неактивными. Однако приготовление сырых бобов на слабом огне, например, в мультиварке , не удалит все лектины. [21]
Некоторые исследования показали, что лектины могут препятствовать усвоению некоторых минералов, таких как кальций , железо , фосфор и цинк . Связывание лектинов с клетками пищеварительного тракта может нарушить расщепление и всасывание некоторых питательных веществ, а поскольку они связываются с клетками в течение длительного периода времени, некоторые теории утверждают, что они могут играть роль в определенных воспалительных состояниях, таких как ревматоидный артрит и диабет 1 типа , но исследования, подтверждающие заявления о долгосрочных последствиях для здоровья людей, ограничены, и большинство существующих исследований сосредоточены на развивающихся странах, где недоедание может быть фактором, или выбор диеты иным образом ограничен. [21]
Безлектиновая диета
Первым писателем, выступавшим за диету без лектинов, был Питер Дж. Д'Адамо, врач-натуропат, наиболее известный как пропагандист диеты по группе крови . Он утверждал, что лектины могут повредить группу крови человека, мешая пищеварению, пищевому обмену, гормонам и выработке инсулина, и поэтому их следует избегать. [22] Д'Адамо не предоставил никаких научных доказательств и опубликованных данных в поддержку своих утверждений, а его диета подверглась критике за неточные утверждения о биохимии. [22] [23]
Стивен Гандри предложил диету без лектинов в своей книге «Парадокс растений» (2017). Он исключает широкий спектр обычных продуктов, включая цельнозерновые , бобовые и большинство фруктов, а также пасленовые овощи : помидоры, картофель, баклажаны, сладкий перец и перец чили. [24] [25] Заявления Гандри о лектинах считаются лженаукой . В его книге приводятся исследования, которые не имеют ничего общего с лектинами, а некоторые показывают – вопреки его собственным рекомендациям – что отказ от цельнозерновых пшеницы , ячменя и ржи приведет к увеличению количества вредных бактерий и уменьшению количества полезных бактерий. [26] [27] [28]
Токсичность
Лектины являются одним из многих токсичных компонентов многих сырых растений, которые инактивируются правильной обработкой и подготовкой (например, приготовлением пищи при нагревании, ферментацией). [29] Например, сырая фасоль естественным образом содержит токсичные уровни лектина (например, фитогемагглютинина ). Побочные эффекты могут включать дефицит питательных веществ и иммунные ( аллергические ) реакции. [30]
Гемагглютинация
Лектины считаются основным семейством белковых антипитательных веществ , которые представляют собой специфические сахаросвязывающие белки, обладающие обратимой активностью по связыванию углеводов. [31] Лектины схожи с антителами по способности агглютинировать эритроциты. [32]
Доказано, что многие семена бобовых содержат высокую активность лектина, называемую гемагглютинацией . [33] Соя является наиболее важной зернобобовой культурой в этой категории. Его семена содержат высокую активность соевых лектинов ( соевый агглютинин или СБА).
История
Задолго до более глубокого понимания своих многочисленных биологических функций растительные лектины, также известные как фитогемагглютинины , были отмечены своей особенно высокой специфичностью к чужеродным гликоконъюгатам (например, грибов и животных) [34] и использовались в биомедицине для тестирования клеток крови. и в биохимии для фракционирования . [ нужна цитата ]
Хотя впервые они были обнаружены более 100 лет назад в растениях, теперь известно, что лектины присутствуют повсюду в природе. Считается, что самое раннее описание лектина было дано Питером Германом Стиллмарком в его докторской диссертации, представленной в 1888 году в Дерптском университете . Стиллмарк 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 часто используемым лектином для характеристики и очистки сахаросодержащих молекул и клеточных структур. [35] Лектины бобовых, вероятно, являются наиболее хорошо изученными лектинами.
^ Уокер, Р. (2007). «Использование лектинов в гистопатологии». Гистопатология . 9 (10): 1121–1124. doi :10.1111/j.1365-2559.1985.tb02790.x. PMID 4085980. S2CID 24989148.
^ Маверакис Э., Ким К., Шимода М., Гершвин М., Патель Ф., Уилкен Р., Райчаудхури С., Рухаак Л.Р., Лебрилла CB (2015). «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета с измененными гликанами». Дж. Аутоиммун . 57 (6): 1–13. дои :10.1016/j.jaut.2014.12.002. ПМЦ 4340844 . ПМИД 25578468.
^ Олдройд, Джайлз ЭД; Дауни, Дж. Аллан (2008). «Координация морфогенеза клубеньков с ризобиальной инфекцией у бобовых». Ежегодный обзор биологии растений . 59 : 519–546. doi : 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092839. ПМИД 18444906.
^ Комат СС, Кавита М., Свами М.Дж. (март 2006 г.). «Помимо связывания углеводов: новые направления в исследованиях растительных лектинов». Орг. Биомол. Хим . 4 (6): 973–988. дои : 10.1039/b515446d. ПМИД 16525538.
^ Р. Бартеншлагер; С. Спарацио (2007). «Молекулярные клоны вируса гепатита С и их способность к репликации in vivo и в клеточной культуре». Вирусные исследования . 127 (2): 195–207. doi : 10.1016/j.virusres.2007.02.022. ПМИД 17428568.
^ Сото, GE; Хультгрен, С.Дж. (1999). «Бактериальные адгезины: общие темы и вариации в архитектуре и сборке». J Бактериол . 181 (4): 1059–1071. дои : 10.1128/JB.181.4.1059-1071.1999. ПМК 93481 . ПМИД 9973330.
^ Такимото, Тору; Тейлор, Гарри Л.; Коннарис, Хелен С.; Креннелл, Сьюзен Дж.; Портнер, Аллен (2002). «Роль белка гемагглютинин-нейраминидаза в механизме слияния парамиксовируса и клеточной мембраны». Журнал вирусологии . 76 (24): 13028–13033. doi :10.1128/JVI.76.24.13028-13033.2002. ISSN 0022-538X. ПМК 136693 . ПМИД 12438628.
^ Шэрон, Н.; Лис, Х (2004). «История лектинов: от гемагглютининов до молекул биологического распознавания». Гликобиология . 14 (11): 53П–62П. дои : 10.1093/гликоб/cwh122 . ПМИД 15229195.
^ Карлсон, Нил Р. (2007). Физиология поведения . Бостон: Пирсон Аллин и Бэкон. ISBN978-0-205-46724-2.
^ Суонсон, доктор медицины; Зима, ХК; Гольдштейн, Эй-Джей; Марковиц, DM (2010). «Лектин, выделенный из бананов, является мощным ингибитором репликации ВИЧ». Журнал биологической химии . 285 (12): 8646–8655. дои : 10.1074/jbc.M109.034926 . ПМЦ 2838287 . ПМИД 20080975.
^ Вишвамбари Деви, Р.; Бэзилроуз, MR; Мерси, П.Д. (2010). «Перспективы лектинов у членистоногих». Итальянский журнал зоологии . 77 (3): 254–260. дои : 10.1080/11250003.2010.492794 . S2CID 84825587.
^ Вильегас-Коронадо, Диана; Гусман-Партида, Ана Мария; Айспуро-Эрнандес, Эммануэль; Васкес-Морено, Луз; Уэрта-Окампо, Хосе Анхель; Сарабия-Сайнс, Хосе Андре-и; Теран-Сааведра, Найелли Гуадалупе; Минхарес-Осорио, Кристиан; Кастро-Лонгория, Рейна; Мальдонадо, Амир; Лагарда-Диас, Ирландия (2022 г.). «Характеристика и экспрессия запретина во время развития личинок мексиканского бобового долгоносика (Zabrotes subfasciatus, Boheman, 1833)». Сравнительная биохимия и физиология. Часть B: Биохимия и молекулярная биология . 262 : 110770. doi : 10.1016/j.cbpb.2022.110770. PMID 35644320. S2CID 249145357.
^ Станция Glyco, Lec Chip, технология профилирования Glycan. Архивировано 23 февраля 2010 г. на Wayback Machine.
^ аб «Лектины». Гарвардская школа общественного здравоохранения. 24 января 2019 г.
^ аб Гольдштейн, Мирна Чендлер. (2002). Споры в области продуктов питания и питания . Гринвуд Пресс. стр. 221–222. ISBN 0-313-31787-9
^ Старе, Фредрик Джон; Уилан, Элизабет М. (1998). Питание без причуд . Hunter House Inc., стр. 209–212. ISBN 0-89793-237-4
^ Розенблум, Кара. (2017). «Отказ от лектинов — это последнее псевдонаучное увлечение диетой». Вашингтон Пост . Проверено 25 августа 2021 г.
^ Амидор, Тоби. (2017). «Спросите эксперта: развенчание заблуждений о лектинах». Сегодняшний диетолог . Том. 19, № 10, с. 10. Проверено в декабре 2021 г.
↑ Розенблум, Кара (7 июля 2017 г.). «Отказ от лектинов — это последнее псевдонаучное увлечение диетой». Вашингтон Пост . Проверено 28 июля 2017 г.
↑ Уорнер, Энтони (27 июля 2017 г.). «Без лектина — это новое увлечение едой, которое заслуживает того, чтобы его нанизали». Новый учёный . Проверено 28 июля 2017 г.
^ Т. Колин Кэмпбелл; Томас Кэмпбелл (23 августа 2017 г.). «Парадокс растений» Стивена Гандри, доктора медицины - комментарий». Харпер. ISBN9780062427137.
^ Тейлор, Стив (2008). «40: Пищевая токсикология (лектины: клеточно-агглютинирующие и сахароспецифичные белки)». В Меткалфе, Дин; Сэмпсон, Хью; Саймон, Рональд (ред.). Пищевая аллергия: побочные реакции на продукты питания и пищевые добавки (4-е изд.). стр. 498–507.
^ Корден, Лорен; Тухи, Л.; Смит, MJ; Хики, М.С. (2007). «Модуляция иммунной функции диетическими лектинами при ревматоидном артрите». Британский журнал питания . 83 (3): 207–217. дои : 10.1017/S0007114500000271 . ПМИД 10884708.
^ Гольдштейн, Эрвин; Хейс, Коллин (1978). Лектины: углеводсвязывающие белки растений и животных . Достижения в химии и биохимии углеводов. Том. 35. С. 127–340. дои : 10.1016/S0065-2318(08)60220-6. ISBN978-0-12-007235-4. ПМИД 356549.
^ Шэрон, Натан; Лис, Халина (1972). «Лектины: агглютинирующие клетки и сахароспецифичные белки». Наука . 177 (4053): 949–959. Бибкод : 1972Sci...177..949S. дои : 10.1126/science.177.4053.949. ПМИД 5055944.
^ Элс. Дж. М. Ван Дамм; Вилли Дж. Пеуманс; llАрпад Пустаи; Сьюзан Бардок (30 марта 1998 г.). Справочник растительных лектинов: свойства и биомедицинское применение. Джон Уайли и сыновья. стр. 7–8. ISBN978-0-471-96445-2. Проверено 18 апреля 2013 г.
^ Аксакал, Р.; Мертенс, К.; Соэте, М.; Бади, Н.; Дю Пре, Ф. (2021). «Применение дискретных синтетических макромолекул в науке о жизни и материалах: последние и будущие тенденции». Передовая наука . 2021 (2004038): 1–22. дои : 10.1002/advs.202004038 . ПМК 7967060 . ПМИД 33747749.