Лектини — клас білків або глікопротеїнів неімунної природи, здатних вибірково та обернено зв'язувати вуглеводи та глікополімери без порушення їх ковалентної структури. Відомо більше тисячі різних лектинів, а очищено — більше двохсот. Вони переважно не володіють каталітичною активністю, проте виділяють окрему групу лектинів, для яких така активність показана. Вони отримали назву лекзими. Лектини відіграють ключову роль в процесах біологічного розпізнавання на молекулярному рівні.
Історія відкриття лектинів Лектини вперше були описані в 1888 році Стілмарком, який помітив, що сирі екстракти рицини (Ricinus communis) містили токсичну речовину під назвою рицин, яка аглютинувала людину і деякі еритроцити тварин. Однак сучасна епоха лектинології почалася майже 100 років потому.
Лектини спочатку були знайдені та описані в рослинах, але в наступні роки було виділено кілька лектинів з мікроорганізмів, а також від тварин. Спочатку лектин-індукована аглютинація клітин служила найпоширенішим аналізом для виявлення та кількісного визначення активності лектину в різноманітних організмах. Незважаючи на їх широку застосовність як методу для виявлення активності лектинів, аналізи аглютинації мають значні обмеження, оскільки лише багатовалентні лектини можуть аглютинувати.
Моновалентні лектини з лише одним місцем зв’язування вуглеводів, зазвичай не виявляються методом аглютинації, тому аналізи аглютинації в основному застосовуються для лектинів, про які відомо мають більше одного сайту зв’язування вуглеводів. Прогрес в методах біофізики та молекулярної біології, а також доступність синтетичних олігосахаридів сприяли ідентифікації багатьох лектинів. Більшість лектинів було очищено афінною хроматографією. Для виділення та характеристики великої кількості лектинів, полімерів на основі цукру, таких як сефадекс (глюкоза), сефароза (галактоза) використовували хітин (N-ацетилглюкозамін). Зв'язані з глікопротеїном матриці застосовуються для очищення лектинів, які розпізнають більш складні сахариди. Багато лектинів мають, на додаток до домену зв’язування вуглеводів, інший домен із помітною активністю. Білки, що несуть лектинові
домен(и) та інші домени з досить різними властивостями було краще вивчено на тваринах, ніж на рослинах.Lis, Halina, and Nathan Sharon. "Lectins in higher plants." Proteins and Nucleic Acids. Academic Press, 1981. 371-447.
Класифікація лектинів Лектини класифікуються в основному за п’ятьма специфічними групами відповідно до моносахаридів, до яких вони виявляють найвищу спорідненість: маноза, галактоза/ N -ацетилгалактозамін, N -ацетилглюкозамін, фукоза та N - ацетилнейрамінова кислота (цукри мають d -конфігурацію, за винятком фукоза, яка є l ). Важливим для біологічних функцій лектинів є той факт, що з численних моносахаридів, які зустрічаються в природі, ці шість є типовими складовими гліканів, присутніх на поверхні еукаріотичних клітин. Деякі лектини специфічні для манози також зв'язують глюкозу, яка відрізняється від манози конфігурацією 2-гідроксилу, але лише в рідкісних випадках вони реагують з галактозою, яка відрізняється від глюкози конфігурацією 4-гідроксилу. Лектини однієї групи специфічності можуть помітно відрізнятися за спорідненістю до олігосахаридів або клітин, тоді як деякі з них розпізнають лише олігосахаридні похідні вищевказаних моносахаридів. Специфічність для інших цукрів зустрічається рідко. Спорідненість лектинів до моносахаридів зазвичай слабка, з константами асоціації в мілімолярному діапазоні, тоді як до олігосахаридівчасто набагато вища, до трьох порядків величини.
Класифікація лектинів на основі структури домену розпізнавання вуглеводівLoh, So & Park, Jin-Yeon & Cho, Eun & Nah, Seung-Yeol & Kang, Young-Sun. (2015). Animal lectins: Potential receptors for ginseng polysaccharides. Journal of Ginseng Research. 41. 10.1016/j.jgr.2015.12.006. +Тип лектинуЛігандиЛокалізаціяПрикладиC-типманоза, фукоза, глюкозамінпозаклітинна, трансмембраннаMR, DC-SIGN, дектин, селектинP-типманозо-6-фосфатендосомнаCD-MPR, IGF-II/CI-MPRS-типбета-галактозидпозаклітиннагалектинI-типсіалова кислотамембраннаCD22, MAGL-типвисокоманозний гліканАпарат Гольджі, ендоплазматичний ретикулюмVIPI, VIP36, ERGIC- 53M-типманозний гліканендоплазматичний ретикулюмEDEM1, EDEM2, EDEM3хіназний хіноолігосахаридпозаклітиннаYKL-40, YM IF-типфукозо-термінуючийолігосахаридпозаклітиннафуколектин
Виробництво лектинів
Лектини тваринного походження Лектини зустрічаються в організмах різних тварин. Однак, врожайність зазвичай надзвичайно низька. Масове очищення тваринних лектинів вимагає великих кількостей сировини, яка економічно унеможливлює виробництво.
Лектини грибного походження Вихід лектинів зі свіжих грибів низький, наприклад, 2,6 мг із 100 г свіжих плодових тіл Pleurocybella porrigens. Насправді вміст води в свіжих грибах дуже високий. Висушені плодові тіла грибів Russula lepida, Pholiota adiposa та Inocybe umbrinella дали 39, 70, і 15 мг лектину на 100 г плодових тіл відповідно. Тому виробництво лектинів зі свіжих грибів є теж непрактичним.
Лектини рослинного походження Вміст лектину в деяких частинах рослин вищий,наприклад, 390 і 75 мг очищеного лектину було виділено зі 100
g бульби Remusatia vivipara і Astragalus mongholicus відповідно. Лектини також міститься в насінні. Вміст лектину в небобових рослинах низький,
наприклад, 3,3 мг лектину з 100 г насіння Hibiscus mutabilis. Лектини містяться у великій кількості в насінні бобових. Phaseolus vulgaris - це трав'яниста однорічна рослина, яка вирощується по всьому світу за його їстівні боби, популярні як у сухому, так і в зеленому вигляді. Комерційне виробництво квасолі добре поширене в усьому світі.Існують різні сорти, в тому числі боби анасазі, чорні боби, квасоля журавлина, боби борлотті, квасоля рожева, квасоля пінто,
квасоля-нирка, біла квасоля, жовта квасоля та французька квасоля,тощо. Лектини або гемаглютиніни були очищені від різних
різновидів P. vulgaris. У деяких сортів вміст лектину низький, у інших - високий.
Функції лектинів в організмі
Тварин Лектини виконують такі функції у тварин:
Регуляція клітинної адгезії Регуляція синтезу глікопротеїнів Регуляція рівня білка в крові Зв'язування розчинних позаклітинних і міжклітинних глікопротеїнів Як рецептор на поверхні клітин печінки ссавців для розпізнавання залишків галактози, що призводить до видалення певних глікопротеїнів із системи кровообігу. Як рецептор, який розпізнає гідролітичні ферменти, що містять манозо-6-фосфат, і націлює ці білки для доставки в лізосоми ; I-клітинна хвороба є одним із типів дефектів у цій системі. Відомо, що лектини відіграють важливу роль у вродженій імунній системі. Лектини, такі як лектин, що зв’язує манозу, допомагають опосередкувати захист першої лінії від вторгнення мікроорганізмів. Інші імунні лектини відіграють важливу роль у само-не-саморозрізненні, і вони, ймовірно, модулюють запальні та автореактивні процеси. Інтелектини (лектини X-типу) зв’язують мікробні глікани і можуть також функціонувати у вродженій імунній системі. Лектини можуть брати участь у розпізнаванні образів і елімінації патогенів у вродженому імунітеті хребетних, включаючи риб.
Рослин Функція лектинів у рослинах досі не визначена. Колись вважалося, що вони необхідні для зв’язування ризобій, ця запропонована функція була виключена завдяки дослідженням нокауту трансгену лектину.
Велика концентрація лектинів у насінні рослин зменшується з ростом, що свідчить про їх роль у проростанні рослин і, можливо, у виживанні самого насіння. Зв'язування глікопротеїнів на поверхні паразитичних клітин також вважається функцією. Було виявлено, що кілька рослинних лектинів розпізнають невуглеводні ліганди, які є головним чином гідрофобними за своєю природою, включаючи аденін, ауксини, цитокінін та індолоцтову кислоту, а також водорозчинні порфірини. Ці взаємодії можуть бути фізіологічно значущими, оскільки деякі з цих молекул функціонують як фітогормони.
Застосування лектиедицині та сільському господарстві Лектини стали центром інтенсивного інтересу для біологів і, зокрема, для досліджень і застосування в сільському господарстві та медицині. Ці білки з унікальними характеристиками знайшли застосування в різноманітних сферах біології та оскільки все більше лектинів ізольовано та з'ясовано їх роль у природі, вони продовжують займати все важливіше місце в сільськогосподарських та терапевтичних напрямах досліджень.
Протикомахна дія Однією з цікавих ролей лектинів є захист організму проти патогенів і хижаків. Так як є необхідність заміни звичайних заходів боротьби з комахами, які спричиняють забруднення та порушують харчовий ланцюг, було вжито кілька альтернативних заходів, включаючи використання рослинних лектинів. Активність рослинних лектинів проти широкого спектра видів комах добре задокументована та має потенціал використання рослинних лектинів як природних інсектицидних засобів проти шкідників, які стримують збільшення виробництва сільськогосподарських культур.
Bactrocera curbitae є основним шкідником гарбузових у багатьох частинах світу. Шкідник поки що не піддається майже всім звичайним методам боротьби, а шкода, заподіяна культурам, повідомляється, що в деяких випадках він становить 100%.
Серед перспективних запропоновано лектинові засоби проти комах-шкідників і були успішно застосовані в різні культури, включаючи пшеницю, рис, тютюн і картоплю.
Цей підхід можна використовувати як частину інтегрованої боротьби зі шкідниками стратегії управління та застереження від нападу шкідників. Загалом, здається що широкомасштабне впровадження трансгенних інсектицидів і стійких до гербіцидів рослин не виявляють значного негативного впливу на навколишнє середовище.Причому, хоч якісь трансгенні рослини можуть покращити відповідне середовище та людське здоров'я, оскільки їх виробництво значно знижує навантаження на хімічні інсектициди та гербіциди. Лектини демонструють активність проти комах, збільшуючи смертність або затримуючи розвиток комах :
Лектини з Allium sativum збільшує смертність Acyrthosiphon pisum Лектини з Arisaema intermedium та Arisaema wallichianum впливають на Bactrocera cucurbitae шляхом сповільнення процесу лялькування та подальшого розвитку Лектини з Gracilaria cornea впливають на Boophilus microplus шляхом зменшення маси тіла самок після яйцекладки та маси яєць Лектини з Gracilaria ornate впливають на Callosobruchus maculatus шляхом відстрочування розвитку Лектини з Myracrodruon urundeuva збільшують смертність Aedes aegypti Лектини з Xerocomus chrysenteron збільшують смертність Myzus persicae
Антимікробна дія Антимікробна дія була зафіксована у таких лектинів:
лектини з насіння Araucaria angustifolia інгібували дію Clavibacter michiganensis, Xanthomonas axonopodis лектини з насіння Artocarpus incisa та Artocarpus integrifolia інгібували дію Fusarium moniliforme, Saccharomyces cerevisiae лектини з коренів Astragalus mongholicus інгібували дію Botrytis cincerea, Fusarium oxysporum, Colletorichum sp., Drechslera turcia лектини з насіння Eugenia uniflora інгібували дію Bacillus subtilis, Corynebacterium bovis, Escherichia coli, Klebsiella sp., Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus sp., Staphylococcus aureus лектини з коренебульби Gastrodia data інгібували дію B. cinerea, Ganoderma lucidum, Gibberella zeae, Rhizoctonia solani, Valsa ambiens лектини з латексу Hevea brasiliensis інгібували дію B. cinerea, Fusarium culmorum, F. oxysporum f. sp. pisi, Phycomyces blakesIeeanus, Pyrenophora triticirepentis, Pyricularia oryzae, Septoria nodorum, Trichoderma hamatum лектини з серцевини Myracrodruon urundeuva інгібували дію B. subtilis, Corynebacterium callunae, E. coli, Klebsiella pneumoniae, P. aeruginosa, S. aureus, Streptococcus faecalis. Fusarium solani, F. oxysporum, F. moniliforme, Fusarium decemcellulare, Fusarium lateritium, Fusarium fusarioides, Fusarium verticiloides лектини з кореневища Ophiopogonjaponicus інгібували дію Gibberella saubinetii, R. solani