Lektin - Lectin

Laterales Hämagglutinin

Lektine sind Kohlenhydrat -bindende Proteine , die hochspezifisch für Zucker sind Gruppen , die, so verursachen sie Bestandteil anderer Moleküle sind Agglutination von bestimmten Zellen oder Ausfällung von Glycokonjugaten und Polysacchariden . Lektine spielen eine Rolle bei der Erkennung auf zellulärer und molekularer Ebene und spielen zahlreiche Rollen bei biologischen Erkennungsphänomenen, an denen Zellen, Kohlenhydrate und Proteine ​​beteiligt sind. Lektine vermitteln auch die Anheftung und Bindung von Bakterien , Viren und Pilzen an ihre beabsichtigten Ziele.

Lektine sind in der Natur allgegenwärtig und in vielen Lebensmitteln enthalten. Einige Lebensmittel, wie Bohnen und Getreide, müssen gekocht oder fermentiert werden, um den Lektingehalt zu reduzieren. Einige Lektine sind vorteilhaft, wie CLEC11A , das das Knochenwachstum fördert, während andere starke Toxine wie Ricin sein können .

Lektine können durch spezifische Mono- und Oligosaccharide deaktiviert werden , die an aufgenommene Lektine aus Getreide, Hülsenfrüchten, Nachtschattengewächsen und Milchprodukten binden ; Bindung kann ihre Anlagerung an die Kohlenhydrate innerhalb der Zellmembran verhindern. Die Selektivität von Lektinen bedeutet, dass sie für die Analyse der Blutgruppe nützlich sind , und sie wurden auf eine mögliche Verwendung in gentechnisch veränderten Pflanzen zur Übertragung von Schädlingsresistenz untersucht.

Etymologie

Tabelle der wichtigsten Pflanzenlektine
  Lektinsymbol Lektinname Quelle Liganden-Motiv
Mannose- bindende Lektine
ConA Concanavalin A Canavalia ensiformis α-D-Mannosyl- und α-D-Glucosyl-Reste

verzweigte α-mannosidische Strukturen (Typ mit hohem α-Mannose-Gehalt oder Hybrid-Typ und N-Glykane vom Typ des biantennären Komplexes)

LCH Linsenlektin Linsenkulinaris Fucosylierte Kernregion von bi- und triantennären komplexen N-Glycanen
GNA Schneeglöckchenlektin Galanthus nivalis α 1-3 und α 1-6 verknüpfte Hoch-Mannose-Strukturen
Galactose / N-Acetylgalactosamin- bindende Lektine
RCA Ricin , Ricinus communis- Agglutinin, RCA120 ricinus communis Galβ1-4GalNAcβ1-R
PNA Erdnuss-Agglutinin Arachis hypogaea Galβ1-3GalNAcα1-Ser/Thr (T-Antigen)
AIL Jacalin Artocarpus integrifolia (Sia)Galβ1-3GalNAcα1-Ser/Thr (T-Antigen)
VVL Haarwickellektin Vicia Villosa GalNAcα-Ser/Thr (Tn-Antigen)
N-Acetylglucosamin- bindende Lektine
WGA Weizenkeim-Agglutinin Triticum vulgaris GlcNAcβ1-4GlcNAcβ1-4GlcNAc, Neu5Ac (Sialinsäure)
N-Acetylneuraminsäure- bindende Lektine
SNA Holunderlektin Sambucus nigra Neu5Acα2-6Gal(NAc)-R
MAL Maackia amurensis Leukoagglutinin Maackia amurensis Neu5Ac/Gcα2,3Galβ1,4Glc(NAc)
MAH Maackia amurensis Hämoagglutinin Maackia amurensis Neu5Ac/Gcα2,3Galβ1,3(Neu5Acα2,6)GalNac
Fucose- bindende Lektine
Vereinigte Arabische Emirate Ulex europaeus agglutinin Ulex europaeus Fuca1-2Gal-R
AAL Aleuria aurantia lectin Aleuria aurantia Fucα1-2Galβ1-4(Fucα1-3/4)Galβ1-4GlcNAc,

R2-GlcNAcβ1-4(Fucα1-6)GlcNAc-R1

William C. Boyd allein und dann zusammen mit Elizabeth Shapleigh führte 1954 den Begriff „lectin“ aus dem lateinischen Wort lego , „chosen“ (vom Verb legere , auswählen oder aussuchen) ein.

Biologische Funktionen

Lektine kommen in der Natur allgegenwärtig vor. Sie können binden an ein lösliches Kohlenhydrat oder ein Kohlenhydrat - Rest , der ein Teil eines ist Glykoprotein oder Glykolipid . Sie agglutinieren typischerweise bestimmte Tierzellen und/oder fällen Glykokonjugate aus . Die meisten Lektine besitzen keine enzymatische Aktivität.

Ein Oligosaccharid (grau dargestellt), das an die Bindungsstelle eines Pflanzenlektins gebunden ist ( Griffonia simplicifolia Isolectin IV im Komplex mit der Lewis b Blutgruppendeterminante ); der Übersichtlichkeit halber ist nur ein Teil des Oligosaccharids (zentral, grau) dargestellt.

Tiere

Lektine haben bei Tieren folgende Funktionen:

  • Die Regulierung der Zelladhäsion
  • Die Regulation der Glycoprotein - Synthese
  • Die Regulierung des Bluteiweißspiegels
  • Die Bindung von löslichen extrazellulären und interzellulären Glykoproteinen
  • Als Rezeptor auf der Oberfläche von Säugerleberzellen zur Erkennung von Galaktoseresten , was zur Entfernung bestimmter Glykoproteine ​​aus dem Kreislauf führt
  • Als Rezeptor, der hydrolytische Enzyme erkennt, die Mannose-6-Phosphat enthalten , und diese Proteine ​​zur Abgabe an die Lysosomen anvisiert ; Die I-Zell-Krankheit ist eine Art von Defekt in diesem speziellen System.
  • Lektine spielen bekanntlich eine wichtige Rolle im angeborenen Immunsystem . Lektine wie das Mannose-bindende Lektin helfen, die First-Line-Abwehr gegen eindringende Mikroorganismen zu vermitteln . Andere Immunlektine spielen eine Rolle bei der Selbst-Nicht-Selbst-Diskriminierung und modulieren wahrscheinlich entzündliche und autoreaktive Prozesse. Intelectine (X-Typ-Lectine) binden mikrobielle Glykane und können auch im angeborenen Immunsystem funktionieren. Lektine können an der Mustererkennung und der Elimination von Krankheitserregern in der angeborenen Immunität von Wirbeltieren einschließlich Fischen beteiligt sein.

Pflanzen

Die Funktion von Lektinen in Pflanzen ( Leguminosenlektin ) ist noch ungewiss. Einst als notwendig für die Bindung von Rhizobien angesehen , wurde diese vorgeschlagene Funktion durch Lectin-Knockout- Transgenstudien ausgeschlossen .

Die große Konzentration von Lectinen in Pflanzensamen nimmt mit Wachstum, und schlägt vor , eine Rolle in den Pflanzen Keimung und möglicherweise in dem Überleben des Samens selbst. Auch die Bindung von Glykoproteinen an die Oberfläche parasitärer Zellen wird als Funktion angesehen. Nichtkohlenhydrat erkennen , gefunden mehrere Pflanzenlektinen wurden Liganden , die in erster Linie sind hydrophober Natur, einschließlich Adenin , Auxine , Cytokinin und Indolessigsäure , sowie wasserlösliche Porphyrine . Diese Wechselwirkungen können physiologisch relevant sein, da einige dieser Moleküle als Phytohormone fungieren .

Es wird angenommen, dass Lectin-Rezeptor-Kinasen (LecRKs) Schaden-assoziierte molekulare Muster (DAMPs) erkennen, die durch Angriffe von Pflanzenfressern erzeugt oder freigesetzt werden. In Arabidopsis hat LecRKs Clade 1 vom Hülsenfruchttyp 11 LecRK-Proteine. Von LecRK-1.8 wurde berichtet, dass es extrazelluläre NAD- Moleküle erkennt , und von LecRK-1.9 wurde berichtet, dass es extrazelluläre ATP- Moleküle erkennt .

Bakterien und Viren

Einige virale Glykoproteine ​​der Hepatitis C können sich an C-Typ-Lectinen auf der Wirtszelloberfläche (Leberzellen) anlagern, um eine Infektion auszulösen. Um zu vermeiden , Clearance aus dem Körper durch das angeborene Immunsystem , Pathogene (zB Viruspartikel und Bakterien , die menschliche Zellen infizieren) oft express Oberfläche Lektine bekannt als Adhäsine und Hämagglutinine , dass bindet an gewebespezifische Glykane auf Wirtszelloberflächen - Glykoproteinen und Glykolipiden .

Verwenden

In Medizin und medizinischer Forschung

Gereinigte Lektine sind im klinischen Umfeld wichtig, da sie zur Blutgruppenbestimmung verwendet werden . Einige der Glykolipide und Glykoproteine ​​auf den roten Blutkörperchen eines Individuums können durch Lektine identifiziert werden.

  • Ein Lektin aus Dolichos biflorus wird verwendet, um Zellen zu identifizieren, die zur Blutgruppe A1 gehören.
  • Zur Identifizierung des H-Blutgruppen-Antigens wird ein Lektin aus Ulex europaeus verwendet.
  • Ein Lektin aus Vicia graminea wird verwendet, um das N-Blutgruppenantigen zu identifizieren.
  • Ein Lektin von Iberis amara wird verwendet, um das M-Blutgruppen-Antigen zu identifizieren.
  • Ein Lektin aus Kokosmilch wird verwendet, um das Theros- Antigen zu identifizieren .
  • Ein Lektin von Carex wird verwendet, um das R-Antigen zu identifizieren.

In den Neurowissenschaften wird die anterograde Markierungsmethode verwendet, um den Weg von efferenten Axonen mit PHA-L , einem Lektin aus der Kidneybohne , zu verfolgen .

Ein Lektin ( BanLec ) aus Bananen hemmt HIV-1 in vitro . Achylectine, isoliert aus Tachypleus tridentatus , zeigen eine spezifische agglutinierende Aktivität gegen menschliche Erythrozyten vom A-Typ. Anti-B-Agglutinine wie Anti-BCJ und Anti-BLD, die aus Charybdis japonica bzw. Lymantria dispar getrennt sind, sind sowohl bei der routinemäßigen Blutgruppenbestimmung als auch in der Forschung von Wert.

Beim Studium der Kohlenhydraterkennung durch Proteine

Lektin- Histochemie von mit einem Myxozoon infizierten Fischmuskeln

Lektine aus Hülsenfrüchten, wie PHA oder Concanavalin A , wurden in großem Umfang als Modellsysteme verwendet, um die molekulare Grundlage dafür zu verstehen, wie Proteine ​​Kohlenhydrate erkennen, da sie relativ einfach zu erhalten sind und eine Vielzahl von Zuckerspezifitäten aufweisen. Die vielen Kristallstrukturen von Leguminosenlektinen haben zu einem detaillierten Einblick in die atomaren Wechselwirkungen zwischen Kohlenhydraten und Proteinen geführt.

Als biochemisches Werkzeug

Concanavalin A und andere im Handel erhältliche Lektine wurden in großem Umfang in der Affinitätschromatographie zur Reinigung von Glykoproteinen verwendet.

Im Allgemeinen können Proteine ​​in Bezug auf Glykoformen und Kohlenhydratstruktur mittels Affinitätschromatographie , Blotting , Affinitätselektrophorese und Affinitätsimmunelektrophorese mit Lektinen sowie in Mikroarrays , wie in evaneszenten- Feld-Fluoreszenz-unterstützten Lektin-Mikroarrays, charakterisiert werden.

In der biochemischen Kriegsführung

Ein Beispiel für die starken biologischen Eigenschaften von Lektinen ist der biochemische Kampfstoff Ricin. Das Protein Ricin wird aus Samen der Rizinuspflanze isoliert und umfasst zwei Proteindomänen . Abrin von der Jequirity-Erbse ist ähnlich:

  • Eine Domäne ist ein Lektin, das Galactosylreste an der Zelloberfläche bindet und dem Protein ermöglicht, in Zellen einzudringen.
  • Die zweite Domäne ist eine N- Glycosidase , die Nukleobasen von ribosomaler RNA spaltet, was zur Hemmung der Proteinsynthese und des Zelltods führt.

Nahrungslektin

Leucoagglutinin ist ein giftiges Phytohämagglutinin, das in roher Vicia faba (Favabohne) vorkommt.

Lektine sind in der Natur weit verbreitet und viele Lebensmittel enthalten die Proteine. Einige Lektine können schädlich sein, wenn sie schlecht gekocht oder in großen Mengen konsumiert werden. Sie sind am stärksten, wenn sie roh sind; Kochen, Schmoren oder Einweichen in Wasser für mehrere Stunden können die meisten Lektine inaktiv machen. Das Kochen von rohen Bohnen bei schwacher Hitze, wie in einem Slow Cooker , entfernt jedoch nicht alle Lektine. Trotzdem ernähren sich die langlebigsten und gesündesten Menschen der Welt weitgehend von einer pflanzlichen Ernährung, die oft reichlich Lektine enthält.

Einige Leute haben „lektinfreie“ Diäten vorgeschlagen, meist basierend auf den Schriften von Steven Gundry . Eine typische lektinfreie Ernährung schließt eine Reihe von Lebensmitteln aus, darunter die meisten Getreide, Hülsenfrüchte und Hülsenfrüchte sowie Eier, Meeresfrüchte und viele Grundnahrungsmittel und -gemüse. Gundrys Behauptungen gelten jedoch als Pseudowissenschaft, und sein Buch "zitiert" Studien, die entweder nichts mit Lektinen zu tun haben oder sogar zeigen, dass der Verzicht auf Weizen, Gerste und Roggen entgegen seinen Empfehlungen zu weniger nützlichen Bakterien und schädlicheren Bakterien führt. Im Ernst, Gundry hat einen Interessenkonflikt, weil er Nahrungsergänzungsmittel verkauft, die angeblich vor den Wirkungen von Lektinen schützen. In einer fast einstündigen Infosendung erklärte er, dass die Vorräte knapp werden, und forderte die Zuschauer auf, sofort zu handeln und so viel wie möglich zu bestellen. Die Notwendigkeit von Nahrungsergänzungsmitteln ist auch das entscheidende Argument seines Buches, in dem er schreibt: "Alle Nährstoffe zu bekommen, die man braucht, ist ohne Nahrungsergänzungsmittel einfach nicht möglich."

Einige Studien haben gezeigt, dass Lektine die Aufnahme einiger Mineralien wie Kalzium , Eisen , Phosphor und Zink beeinträchtigen können . Die Bindung von Lektinen an Zellen im Verdauungstrakt kann den Abbau und die Aufnahme einiger Nährstoffe stören, und da sie über lange Zeiträume an Zellen binden, behaupten einige Theorien, dass sie bei bestimmten entzündlichen Erkrankungen wie rheumatoider Arthritis und Typ-1- Diabetes , aber die Forschung, die Behauptungen über langfristige gesundheitliche Auswirkungen beim Menschen stützt, ist begrenzt, und die meisten bestehenden Studien haben sich auf Entwicklungsländer konzentriert, in denen Unterernährung ein Faktor sein kann oder die Ernährungsgewohnheiten anderweitig eingeschränkt sind.

Toxizität

Lektine sind einer von vielen giftigen Bestandteilen vieler roher Pflanzen, die durch sachgemäße Verarbeitung und Zubereitung (zB Kochen mit Hitze, Fermentation) inaktiviert werden. Zum Beispiel enthalten rohe Kidneybohnen von Natur aus toxische Mengen an Lektin (zB Phytohämagglutinin). Zu den Nebenwirkungen können Ernährungsmängel und Immunreaktionen ( allergische Reaktionen) gehören.

Hämagglutination

Lektine werden als eine Hauptfamilie von Protein- Antinährstoffen angesehen , bei denen es sich um spezifische zuckerbindende Proteine ​​mit reversibler Kohlenhydratbindungsaktivität handelt. Lektine ähneln Antikörpern in ihrer Fähigkeit, rote Blutkörperchen zu agglutinieren.

Viele Hülsenfrüchte enthalten nachweislich eine hohe Lektinaktivität, die als Hämagglutination bezeichnet wird. Sojabohne ist die wichtigste Körnerleguminosenfrucht in dieser Kategorie. Seine Samen enthalten eine hohe Aktivität von Sojabohnenlektinen ( Sojabohnenagglutinin oder SBA).

Geschichte

Lange vor einem tieferen Verständnis ihrer zahlreichen biologischen Funktionen wurden die Pflanzenlektine, auch Phytohämagglutinine genannt, für ihre besonders hohe Spezifität für fremde Glykokonjugate (zB von Pilzen , Wirbellosen und Tieren) bekannt und in der Biomedizin für Blutzelltests und in Biochemie zur Fraktionierung .

Obwohl sie erstmals vor mehr als 100 Jahren in Pflanzen entdeckt wurden, sind Lektine heute in der Natur bekannt. Die früheste Beschreibung eines Lektins stammt vermutlich von Peter Hermann Stillmark in seiner Doktorarbeit, die 1888 an der Universität Dorpat vorgelegt wurde . Stillmark isolierte Ricin, ein extrem giftiges Hämagglutinin, aus Samen der Rizinuspflanze ( Ricinus communis ).

Das erste in großem Maßstab aufgereinigte und kommerziell erhältliche Lektin war Concanavalin A, das heute das am häufigsten verwendete Lektin zur Charakterisierung und Reinigung von zuckerhaltigen Molekülen und Zellstrukturen ist. Die Leguminosenlektine sind wahrscheinlich die am besten untersuchten Lektine.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links