Las lectinas son una clase de proteínas con actividad específica de unión a azúcares y tienen uno o más dominios no catalíticos que pueden unirse de manera específica y reversible a monosacáridos u oligosacáridos. La característica más importante de las lectinas es que pueden reconocer glicoproteínas y glicolípidos, especialmente cadenas de azúcar de estructura compleja en las membranas celulares, es decir, determinantes de la superficie de la membrana celular. Introducción básica Nombre chino: Fitohemaglutinina Tiempo de descubrimiento: 1888 Descubridor: Stillmark Función: Aglutinación de glóbulos rojos Definición, clasificación, características funcionales, aplicación y perspectivas, conclusión, definición La fitohemaglutinina se descubrió por primera vez en 1888, Stillmark en Ricinus Se encontró un factor de aglutinación celular en el extracto de semilla de communis L., que tiene el efecto de aglutinar los glóbulos rojos. Es un tipo de proteína con actividad específica de unión a azúcares y tiene uno o más dominios no catalíticos que pueden unirse de manera específica y reversible a monosacáridos u oligosacáridos. Según las características estructurales de las subunidades de lectinas, las lectinas se dividen en 4 tipos: lectinas parciales, lectinas completas, lectinas quiméricas y superlectinas según la homología de las secuencias de aminoácidos y sus diferencias evolutivas entre sí, las lectinas vegetales; divididas en 7 familias: lectinas de leguminosas, lectinas de unión a quitina, lectinas de unión a manosa monocotiledóneas, proteína inactivadora de ribosomas tipo 2, familia de las bromelias y lectinas del floema de las Cucurbitáceas y lectinas de Amaranthaceae. Las fitolectinas pueden reconocer y unirse al dominio de azúcar de los invasores, interfiriendo así con los posibles efectos de los invasores en las plantas; la actividad de unión de azúcar de las lectinas está dirigida contra los oligosacáridos exógenos y participa en la respuesta de defensa de la planta. Muchas lectinas pueden unirse a monosacáridos como Glc, Man o Gal, especialmente con mayor afinidad por oligosacáridos extraños que no se encuentran comúnmente en las plantas. Por ejemplo: las lectinas de unión a quitina reconocen los carbohidratos en las paredes celulares de los hongos y los componentes de los exoesqueletos de los invertebrados. Además, muchas lectinas son estables en un rango de pH más alto, resistentes al calor, a las proteasas de animales e insectos, etc. Algunas lectinas son incluso proteínas completamente estables. Por ejemplo, la lectina aislada de los tallos de la oca permanece estable en ácido tricloroacético y no se inactiva al hervirla. Peumans et al. (1998) creían que la mayoría de las lectinas de las plantas existen en órganos de almacenamiento. Pueden servir como fuente de nitrógeno y también pueden funcionar como una proteína de defensa cuando las plantas sufren daños. Por lo tanto, las lectinas vegetales son un componente importante del sistema de defensa de las plantas y desempeñan un papel importante en la protección de las mismas. El autor hace una revisión sobre los avances en la investigación de las lectinas vegetales en protección vegetal. Clasificación de las lectinas de leguminosas Las lectinas de leguminosas se refieren específicamente a una clase de lectinas de plantas que se encuentran en las leguminosas (no todas las lectinas de las leguminosas son lectinas de leguminosas) y se han encontrado en más de 70 especies de plantas, siendo actualmente la familia de lectinas mejor estudiada. La mayoría de las lectinas de leguminosas se encuentran en las semillas maduras de las plantas, pero también se encuentran en tejidos y órganos como hojas, tallos y raíces, y algunas leguminosas también tienen múltiples lectinas. Las lectinas de leguminosas están compuestas de 2 a 4 subunidades. La mayoría de las subunidades son proteínas monocatenarias con un peso molecular de aproximadamente 30 kDa que constan de 250 residuos de aminoácidos. Algunas subunidades se dividirán en dos en sitios específicos de la cadena polipeptídica. Las lectinas se pueden dividir en lectinas leguminosas de cadena sencilla y lectinas leguminosas de cadena doble. Las lectinas leguminosas son el único tipo de lectinas con sitios de unión a metales divalentes específicos. Cada subunidad está unida a un Mn 2+ y un Ca 2+, que son cruciales para la actividad de unión de azúcares de las lectinas. Los iones metálicos no interactúan directamente. con azúcares, pero ayudan a estabilizar el dominio de unión al azúcar. Además, las cantidades de valina y aspartato en el dominio de unión a iones metálicos están bien conservadas entre todas las subunidades de lectina de leguminosas. Lectina de unión a quitina La lectina de unión a quitina contiene al menos un dominio de heveína, una lectina ácida de molécula pequeña con un peso molecular de aproximadamente 4,7 kDa que se encuentra en los cuerpos amarillos de las células laticíferas del árbol Hevea brasiliensis. Actualmente, se han encontrado lectinas fijadoras de quitina en las familias Urticaceae, Poaceae, Papaveraceae, Phytolacceae y Solanaceae. Según el número de dominios de caucho contenidos, las lectinas de unión a quitina se pueden dividir en lectinas parciales que contienen solo un dominio de caucho y lectinas completas comunes que contienen múltiples dominios de caucho. Tienen una alta homología de secuencia.
Lectinas monocotilo de unión a manosa Las lectinas monocotilo de unión a manosa son una superfamilia de lectinas con especificidad estricta de unión a manosa. Estas seis familias de plantas monocotiledóneas se encuentran en la familia. Las subunidades que componen esta familia de lectinas tienen secuencias y estructuras terciarias similares, pero las estructuras generales de las lectinas varían mucho según el tamaño de las subunidades. Según el tamaño de las subunidades, las lectinas de esta familia se pueden dividir en 2 subfamilias: lectinas compuestas por subunidades con un peso molecular de 11 a 14 kDa que contienen un dominio y lectinas con un peso molecular de aproximadamente 30 kDa con 2 dominios. compuesto por subunidades. La segunda subfamilia se puede subdividir en lectinas con dos dominios idénticos o muy similares y dos dominios diferentes según la similitud de los dos dominios de la subunidad. Lectina relacionada con la bromelia La bromelia es una lectina aislada de las semillas de bromelia y tiene especificidad de unión a galactosa. La familia de lectinas relacionadas con las bromelias es un nombre colectivo para una serie de lectinas que tienen relaciones estructurales y evolutivas similares a las de las bromelias. Las lectinas de esta familia se dividen en dos subgrupos: Morus mulberry con especificidad de GalNAc similar a las lectinas de semillas de ramas. Además de las lectinas de las familias Convolvulaceae y Asteraceae cuyas secuencias son similares a las de las lectinas de semillas de Moraceae pero tienen diferentes propiedades de unión a azúcar. Este tipo de lectinas tiene especificidad de unión a manosa/maltosa. Lectina del floema de las Cucurbitáceas La lectina del floema de las Cucurbitáceas se encuentra en el floema de las plantas Cucurbitáceas. Es una lectina dimérica de unión a quitina compuesta por 2 subunidades no glicosiladas con un peso molecular de aproximadamente 25 kDa. Puede reconocer glicanos de GlcNAc y el grado. El grado de inhibición de la actividad de las lectinas por parte de los oligosacáridos aumenta con la extensión de la cadena de azúcar. Aún no se ha determinado con precisión la secuencia completa de esta familia de lectinas. Lectinas de Amaranthaceae La familia de lectinas de Amaranthaceae es pequeña y solo existe en algunas plantas de Amaranthaceae. Hasta ahora no se han encontrado más de 10 especies, todas las cuales tienen especificidad de unión a GalNAc y son similares a otras lectinas de plantas en términos de secuencia de aminoácidos y tres. Estructura dimensional. Hay diferencias. Las lectinas de Amaranthaceae son dímeros compuestos por dos subunidades homólogas dispuestas de cabeza a cola. Propiedades funcionales: Efectos sobre las bacterias patógenas de las plantas: Como medio de crecimiento para microorganismos y plantas, las lectinas pueden evitar que los fitopatógenos dañen las plantas. Mishkid et al (1982) encontraron que las lectinas a menudo se acumulan en partes susceptibles a la infección por bacterias patógenas; Las lectinas pueden estar involucradas en la defensa contra bacterias patógenas. Efecto sobre los hongos patógenos de las plantas Los experimentos han demostrado que las lectinas de las plantas pueden unirse a las células de los hongos e inhibir la germinación de las esporas y el crecimiento del micelio. El efecto antimicrobiano de las lectinas sobre los hongos puede estar relacionado con su unión específica a los glicoconjugados expuestos en la superficie de la pared celular del hongo y que produce cambios estructurales y morfológicos en la pared celular del hongo y las células bacterianas pueden unirse al glucano, la galactosa y las células bacterianas. manosa en la superficie del hongo La combinación de polisacáridos y otros polisacáridos interfiere con la síntesis de las paredes celulares del hongo y afecta el metabolismo normal de sus células. Estudios in vitro realizados por Peumans y Van Damme (1995) demostraron que la aglutinina del germen de trigo (WGA) inhibía la germinación de las esporas y el crecimiento de hifas de Trichoderma viride, y la aglutinina de Urticaria angustifolia inhibía el crecimiento de Botrytis cinerea, Trichoderma en forma de gancho y Brachiella. Liu Shizhuang et al. (1996) informaron que el contenido de lectina en las semillas de algodón se correlaciona positivamente con la capacidad del algodón para resistir la marchitez por Fusarium. La lectina del algodón aislada y purificada puede aglutinar significativamente los conidios de la marchitez por Fusarium e inhibir su germinación. Zeng Rizhong (1998) señaló que la proteína del caucho, al igual que otras lectinas vegetales, también tiene actividad antifúngica, puede inhibir la infección y el crecimiento de bacterias patógenas y proteger los conductos lácteos de los árboles del caucho. Yu Ping et al. (2004) descubrieron que la lectina de Pterospermum (w'er) tiene un efecto inhibidor sobre el hongo de la mancha foliar del maíz. Efecto sobre las bacterias patógenas de las plantas Debido al efecto de la pared celular bacteriana, las lectinas no pueden ingresar al citoplasma bacteriano, por lo que no pueden cambiar la estructura de la membrana celular ni penetrar la membrana celular para alterar los procesos intercelulares normales de los microorganismos invasores. Las fitolectinas tienen un efecto antibacteriano sobre las bacterias a través de un mecanismo basado en la interacción con los azúcares de la pared celular o los glicanos extracelulares. Sequeira (1977) y otros informaron que la lectina de papa puede resistir a Pseudomonas solanacearum y Broekaet (1986) y otros propusieron que la lectina de semilla de espino puede proteger las raíces jóvenes de la infección bacteriana. Ayouba et al. (1994) señalaron que varias lectinas de semillas de leguminosas pueden interactuar fuertemente con polímeros peptídicos de la pared celular bacteriana (ácido murámico, ácido N-acetilmurámico, dipéptido muramil, etc.).
Yu Ping et al. (2004) encontraron que la lectina WJL (wJL) tiene un efecto inhibidor sobre el crecimiento de bacterias patógenas de la batata. Efecto sobre los virus de las plantas: Los virus de las plantas no contienen polisacáridos y no tienen sitios de acción de las lectinas, por lo que las lectinas de las plantas no tienen ningún efecto inhibidor sobre los virus de las plantas. Peumans y Van Damme (1995) revisaron que un tipo especial de lectina llamada proteína inactivadora de ribosomas tiene actividad inhibidora contra los virus de las plantas, pero su mecanismo aún no está claro. Pero las lectinas con actividad insecticida pueden prevenir o reducir la propagación de enfermedades virales transmitidas por insectos. Efecto sobre los nematodos patógenos de las plantas Hay relativamente pocos estudios en esta área. Sólo Chang Tuanjie et al (2002) informaron que la lectina de campanilla blanca purificada puede resistir los nematodos patógenos de las plantas. Efectos sobre los insectos El mecanismo por el cual las lectinas son tóxicas para los insectos, como los insectos y animales Ptera, aún no está claro. En general, se cree que las lectinas pueden conjugarse con glicoproteínas, como las de la superficie de las membranas peritróficas de los insectos y las células epiteliales. el tracto digestivo combinado con sustancias o enzimas digestivas glicosiladas, etc., afecta la absorción de nutrientes de insectos y animales, promueve la reproducción de bacterias en el tracto digestivo e induce lesiones, inhibe el crecimiento, desarrollo y reproducción de insectos, y. en última instancia logra el objetivo de matar insectos o envenenar animales. La aglutinina de Phaseolus vulgaris (PHA) fue la primera lectina vegetal descrita que confiere resistencia a los insectos. Curiosamente, la conclusión de que el PHA es tóxico para las larvas del gorgojo del frijol se basó en un resultado experimental erróneo que encontró que este efecto defensivo se debía a la presencia de un inhibidor de la A-amilasa (Huesing et al. 1991). Se ha demostrado que las lectinas procedentes del germen de trigo, tubérculos de patata, nueces, espino amarillo, arroz y ortigas tienen efectos inhibidores sobre el crecimiento de las larvas del gorgojo del guisante y del caupí (WGA) y las lectinas de las semillas de pezuña de oveja morada tienen un efecto inhibidor en Europa. concentraciones muy bajas las larvas recién nacidas del barrenador del maíz son letales; las lectinas extraídas de las campanillas y el ajo son tóxicas para las larvas del gorgojo del caupí y del gusano del tabaco, y la lectina de campanilla blanca (GNA) es tóxica para los insectos masticadores y chupadores. (1997) informaron que las lectinas derivadas de Pinellia palmatum y Pinellia ternata tienen actividad letal contra el pulgón del trigo, el pulgón del pasto, el pulgón del algodón y el pulgón verde del melocotón. Wang Wei et al. (1998) obtuvieron los mismos resultados en algodón transgénico bivalente que expresa P. -lec (gen de la lectina del guisante) y CpT1 (inhibidor de la tripsina del caupí), la tasa de supervivencia, el peso corporal promedio, la biomasa total y el índice de muda de los gusanos del algodón fueron significativamente más bajos que los del control (1999) que utilizó la tecnología de cría de pulgones. Solución nutritiva pura para identificar claramente los efectos de la aglutinina del algodón (GHA), la aglutinina del aceite de ricino (ACA), la aglutinina aroide (AMA) y la aglutinina del frijol concana (ConA) en los pulgones del algodón y los pulgones del trigo, aunque se midieron concentraciones medio letales de lectinas. son diferentes, el experimento de Czapla muestra que WGA y BPA pueden inhibir el 40% del peso del insecto, y la lectina fuente (EHL) es letal al nivel del 2%. La tasa es del 100%, pero debido a la inestabilidad térmica de EHL. los resultados experimentales posteriores son algo inconsistentes; al nivel de 0,1%, los efectos de la aglutinina de campanilla blanca (GNA) y WGA en los saltamontes grises y marrones de 1.er y 3.er estadio son muy obvios; en comparación con el control, la tasa de mortalidad fue superior al 75%; la tasa de letalidad de WGA para saltamontes de cola negra fue del 15%, y la tasa de letalidad de GNA fue de 87%. Powell et al. utilizaron alimento artificial de GNA y WGA al 0,1% (p/v). La alimentación de saltamontes grises y marrones redujo la secreción de miel por parte de los saltahojas de cola negra. 96% en 24 horas, y GNA tuvo el mejor efecto de resistencia; sin embargo, la lectina de guisante no tuvo efecto en los adultos de saltahojas de cola negra; además, cinco lectinas, incluidas WGA y lectina de guisante, también pueden reducir el tiempo de supervivencia de los saltahojas de papa. El trabajo ha encontrado que los insectos chupadores como las cochinillas del coco, los saltamontes, los pulgones, etc. son sensibles a las lectinas de manosa de algunas plantas monocotiledóneas. Liu Hongxia et al (2004) descubrieron que las semillas de langosta negra se aglutinan. Metabolismo nutricional de las larvas de polilla gitana. Tiene el mismo efecto en los animales depredadores superiores que en los insectos. El tracto digestivo de los animales superiores está cubierto de glicoproteínas de la membrana celular y mucinas altamente glicosiladas, que se convierten en plantas que tienen numerosos sitios de acción para proteger a las plantas de los herbívoros. Por ejemplo, los animales que comen fitohemaglutinina (PHA) o frijoles crudos provocarán náuseas agudas acompañadas de vómitos y diarrea, por lo que los animales preferirán morir de hambre antes que comer alimentos que contengan PHA. no solo para aislamiento y purificación, sino también para análisis estructural de cadenas de azúcar debido a su reconocimiento específico de secuencias de glicosilo específicas en un monosacárido o polisacárido específico.
Pueden identificar diferentes tipos y estructuras centrales de cadenas de azúcar, detectar la distribución de cadenas de azúcar y utilizar una variedad de cables aglutinantes para verificar repetidamente la estructura de las cadenas de azúcar y obtener conclusiones más precisas. Utilizando cromatografía de afinidad de lectinas. La electroforesis de afinidad y el inmunoensayo enzimático de lectina de anticuerpo determinan la fuerza de unión entre las lectinas y las cadenas de azúcar. La estructura de las cadenas de azúcar en la superficie celular varía según el tipo de célula, la etapa de diferenciación o el estado funcional. Por lo tanto, las lectinas se pueden utilizar para aislar subpoblaciones celulares estructurales específicas sin daños, con una alta tasa de supervivencia y un alto rendimiento. En inmunología, las lectinas vegetales también son mitógenos de linfocitos indispensables. En el campo de la neurología estudiamos la estructura superficial de las neuronas, las consecuencias del daño neuronal periférico y su mecanismo de reparación, los receptores de neurotransmisores celulares, etc. Aplicación médica: en algunos tumores malignos, la cadena de N-glicano en ciertas proteínas, como el cáncer primario de hígado, cambia, lo que puede usarse para el diagnóstico e identificación de tumores. Algunas lectinas vegetales son tóxicas. Los investigadores utilizan moléculas de toxinas completas o cadenas alfa como ojivas y utilizan agentes de acoplamiento químicos y anticuerpos monoclonales para preparar inmunotoxinas. Las inmunotoxinas se pueden utilizar en el trasplante de médula ósea para eliminar células T in vitro para trasplantes alogénicos, para eliminar células cancerosas para trasplantes autólogos y para prevenir y reducir la enfermedad de injerto contra huésped. Por lo tanto, la conjugación de anticuerpos de molécula pequeña con ojivas de toxinas altamente activas a nivel genético proporcionará un nuevo enfoque para el tratamiento dirigido de tumores. Además de los anticuerpos, algunas citocinas y cadenas de azúcar específicas también pueden servir como dispositivos de navegación. También hay informes sobre el acoplamiento de la subunidad β de la gonadotropina coriónica humana y la RTA. Aplicación en la resistencia a los insectos agrícolas Actualmente se han clonado algunos genes con mayor resistencia a las plagas de insectos y se han logrado algunos avances. La expresión de lectinas en plantas requiere un nivel relativamente alto para tener buenos efectos antiinsectos. Construya un vector de expresión fuerte de alta eficiencia y use un promotor fuerte adecuado para la alimentación de plagas, se pueden usar promotores de expresión específicos en el floema o combinarse con otros. Proteínas insecticidas para mejorar la resistencia. Sin embargo, las propiedades insecticidas de las lectinas contra las plagas chupadoras aún son insatisfactorias. Es necesario realizar una investigación en profundidad sobre su mecanismo de acción, formular las estrategias correspondientes para mejorar el efecto de resistencia a los insectos y comenzar a clonar nuevas lectinas resistentes a los insectos. Al mismo tiempo, es necesario confirmar aún más la seguridad de los cultivos genéticamente modificados. La glicoingeniería es el tercer campo de frontera después de la ingeniería genética en la década de 1970 y la ingeniería de proteínas en la década de 1980. Las lectinas vegetales han atraído mucha atención como moléculas de reconocimiento de información en la investigación de la glicobiología. Con el establecimiento de la base de datos de lectinas, el análisis de la estructura de la cadena de azúcar, la metodología de síntesis de la cadena de azúcar y el desarrollo de la difracción de cristal único de rayos X, se revelarán estructuras más tridimensionales de las lectinas y se dilucidará el mecanismo de reconocimiento del azúcar. La investigación sobre el mecanismo de reconocimiento de azúcares de las lectinas seguramente promoverá el desarrollo de la biología molecular, la biología celular, la patología, la inmunología, la neurobiología, la biología del desarrollo y otras disciplinas. Conclusión Como la gente ha introducido un determinado gen, como el gen Bt, en los cultivos durante mucho tiempo, han surgido nuevos problemas. En primer lugar, la aplicación de tales genes no puede controlar eficazmente algunas plagas, como el resurgimiento de pulgones homópteros en el algodón Bt transgénico; en segundo lugar, algunas plagas han desarrollado resistencia al uso de genes a largo plazo, como los lepidópteros, el gusano del algodón y la polilla del lomo de diamante; desarrollaron diversos grados de resistencia al gen Bt. En este caso, se sabe que las fitolectinas tienen efectos preventivos contra los lepidópteros, especialmente los pulgones homópteros, los saltamontes, los saltamontes y otras plagas de piezas bucales perforadoras y chupadoras y algunos microorganismos, y no contaminan el medio ambiente y tienen una alta estabilidad. de ser bueno y relativamente seguro para los animales superiores, y abre nuevas ideas para prevenir y controlar plagas y enfermedades. Es innegable que las lectinas, como parte de la ingeniería genética vegetal, desempeñarán un papel importante en el cultivo de variedades resistentes a enfermedades y plagas y en el desarrollo de una agricultura sostenible. Las fitolectinas se utilizan más en el cultivo de variedades genéticamente modificadas resistentes a plagas, y todavía existe. Hay mucho trabajo por hacer en la selección de variedades resistentes a las enfermedades. Por otro lado, las propiedades insecticidas de las lectinas vegetales contra las plagas chupadoras no son satisfactorias, como una débil resistencia a los insectos y un espectro de resistencia débil a los insectos, por lo que es necesario realizar una investigación en profundidad sobre su mecanismo de acción y formular las estrategias correspondientes. mejorar la resistencia a los insectos. Los genes de lectina son un grupo de componentes proteicos ampliamente presentes en los tejidos vegetales y son particularmente abundantes en los órganos reproductivos y de almacenamiento. Las lectinas tienen muchos efectos fisiológicos importantes en las plantas, entre los cuales el papel que pueden desempeñar en el control de plagas de los cultivos es la función protectora, es decir, en diversas etapas del crecimiento de las plantas, las lectinas protegen a las plantas de diferentes maneras contra la infestación de plagas. Los resultados de la investigación muestran que las lectinas existen principalmente en partículas de proteínas en las células vegetales. Una vez ingeridas por las plagas, las lectinas se liberan en el tracto digestivo del insecto y se combinan con las glicoproteínas en la membrana peritrófica intestinal, lo que afecta la absorción normal de nutrientes.
Al mismo tiempo, también puede inducir lesiones en el tracto digestivo de los insectos, promover la proliferación de bacterias en el tracto digestivo y causar daño a las plagas mismas, logrando así el propósito de matar insectos. Esto ha despertado un gran interés en explorar la aplicación de genes de lectinas en la ingeniería genética de plantas resistentes a insectos. La gente ha aislado una variedad de genes de lectinas. Sin embargo, debido a que muchas lectinas tienen fuertes efectos secundarios tóxicos en humanos y mamíferos, rara vez se utilizan en la producción. Sin embargo, hay algunos casos especiales, entre ellos, la lectina de guisante y la lectina de campanilla blanca (GNA) tienen una toxicidad extremadamente baja para los humanos, pero tienen un fuerte efecto inhibidor sobre las plagas, por lo que han atraído mucha atención. Se ha demostrado que el GNA tiene un fuerte efecto venenoso sobre el saltamontes marrón del arroz y el saltahojas de cola negra, y también puede inhibir el crecimiento de los pulgones. Por lo tanto, los genes GNA se introducen en las plantas mediante tecnología de ingeniería genética vegetal para cultivar plantas transgénicas que sean resistentes a plagas chupadoras como los saltamontes pardos y los pulgones. Hasta el momento, al menos 10 tipos de plantas han obtenido plantas transgénicas resistentes a insectos con el gen GNA, entre ellas colza, tomate, arroz, caña de azúcar, batata, girasol, tabaco, papa, soja y uva, etc., todas ellas mostrando un cierto grado de resistencia de los insectos.