WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
CARBOHYDRATEУГЛЕВОДУЗНАЮЩИЕ RECOGNIZING PROTEINS БЕЛКИ – ЛЕКТИНЫ (LECTINS) V. V. IGNATOV..

‡‡‚ „‰‡‚ ‚ Carbohydrate-recognizing proteins (lectins) are molecular structures litПри рассмотрении различных уровней органиtle-known to a large secзации живой материи обращает на себя внимание tion of biologists. The hisважнейшее значение явления комплементарности.

Под ним биологи понимают пространственное соотtory of the discovery of ветствие межклеточных, субклеточных и молекулярlectins, their role in the ных взаимодействий отдельных элементов клетки organism, and the use of (клеток), позволяющее популяции клеток (клетке) и ее субклеточным структурам оптимальным образом lectins preparation in организовывать процессы жизнедеятельности и выexperimental biology and живать в изменчивом мире окружающей среды. Поmedicine are outlined.

нятие комплементарности встречается во всей гамме актов молекулярной биологии, когда мы говорим о комплементарности нуклеотидных последователь‡fl · „‚‰‡ностей в двунитчатой структуре нуклеиновых кис ·‡ – ‡ лот, во взаимодействии их с белками и в энзимологии в ходе фермент-субстратных взаимоотношений, ‡ ‡fl в иммунологии в ходе взаимоотношений антиген– ‡‚ антитело и т.д.

‰fl „ „‡ ·Лектин-углеводные взаимоотношения на фоне перечисленного малоизвестны неспециалистам при „‚ fl всей грандиозности того значения, которое они ‡, имеют в биологии. Именно поэтому хотелось бы fl ‚, вкратце рассказать о лектинах, их свойствах, месте этих белков в жизнедеятельности организмов и их ‚ „‡ использовании в экспериментальной биологии и ‚‡ ‡медицине. По формулировке доктора Яна Коцур凂 ‚ ‚ ка1, с которой согласны многие лектинологи, лектины – это белки, не относящиеся к классу иммунных ‡ ·„ (иммунные белки – иммуноглобулины – антитела), ‰.

способные к обратимому связыванию с углеводной частью гликоконъюгатов2 без нарушения ковалентной структуры любых из узнаваемых гликозильных лигандов (от лат. ligo – связываю; в химии молекулы или ионы, принимающие участие в связывании).

При знакомстве читателя с лектинами мы предполагаем, что все знают, что: а) белки составляют основу всего живого, б) состоят из аминокислот, связанных между собой пептидной связью в цепи различной длины и соответственно молекулярной массы, в) в состав белков входят 22 “белковые” Ян Коцурек – один из лидеров современной лектинологии. Родился в Чехословакии в 1926 году, профессор, доктор наук, в 1971–1986 годах зав. кафедрой биохимии Карлового университета в Праге, в настоящее время руководитель лаборатории производства и контроля препаратов лектинов в том же университете.

Гликоконъюгаты – комплексы полисахаридов с иными полисахаридами или белками.

, ‹2, © „‡‚.., аминокислоты, г) белки имеют так называемую первичную структуру, определяемую последовательностью аминокислот в цепи, вторичную структуру, характеризующуюся пространственной ориентацией аминокислот в полипептидной цепи ( - и -цепи), третичную структуру, то есть пространственное расположение всей полипептидной цепи, характеризующей белок, и, наконец, четвертичную струкПервичная туру, если белок состоит из двух и более субъединиц.

структура Для полноты представлений о белке следует вспомнить, что белки бывают простыми, если в их состав входят только аминокислоты, и сложными, если кроме аминокислот они связаны ковалентно или нековалентно с небелковыми структурами: углеводами, липидами и т.д. Такие сложные белки или протеиды в зависимости от структуры небелковой части называются соответственно гликопротеидами, липопротеидами и т.д. На рис. 1 видны все уровни структур гемоглобина человека и животных. Гемоглобин – это типичный хромопротеид, то есть сложный белок, состоящий из пигмента – гема и Третичная белковой части. Четвертичная структура гемоглоструктура Вторичная бина представлена четырьмя субъединицами, проструктура странственно удерживаемыми силами нековалентного взаимодействия.

В последние два десятка лет достигнуты значиЧетвертичная тельные успехи в технической разработке метода структура анализа структуры белков. Это позволило сосредо точить внимание исследователей на топологии самой белковой молекулы. Они обнаружили при этом новое важное свойство белковых молекул: способность образовывать внутри больших молекул мень шие белковые структуры – домены. Это как бы отдельные части большой молекулы, выполняющие важную биологическую роль. Домены принимают участие в образовании комплекса между ферментом и субстратом в акте ферментного катализа, во взаимоотношении антигена и антитела, в иммунологических реакциях, в “узнавании” регуляторного белка рецепторными зонами клетки и т.д. Это важно Рис. 1. Схема первичной, вторичной, третичной и при рассмотрении лектинов и их роли в регуляции четвертичной структуры молекулы гемоглобина жизненных процессов.

На рис. 2 мы видим топологию одного из белков “ключа к замку”. Высочайшая специфичность углевируса гриппа – гемагглютинина, имеющего больводов рецепторной зоны клеток или молекулярной шое значение в процессах поражения тканей челоструктуры к ферменту или лектину, то есть комплевека и животных при вирусной инфекции ( -спираментарность, лежит в основе многих важных биололи белка обозначены цилиндрами, -цепи указаны гических эффектов: эффективность каталитическострелками). Именно эти домены принимают учасго действия, токсический эффект и т.д. Лектины и тие в присоединении к рецепторным участкам эриферменты, вернее, их доменные центры выступают троцитов и в их склеивании (агглютинации). Рецепв качестве чувствительнейших биосенсоров, деторными участками клеток являются, как правило, тектирующих определенные углеводные последоопределенные моно- и олигосахара (oligos – немновательности в олигосахаридах, которые являются гочисленные; небольшая цепочка, состоящая из специфическими лигандами в углевод-белковом моносахаров).



взаимодействии.

Еще на заре современного учения о ферментах была широко распространена идея соответствия Таким образом, лектины, с одной стороны, входя субстрата (вещества, на которое действует фермент) в структуру тканей животных, растений, микрооргасо структурой фермента по принципу соответствия низмов, принимают участие как в регулировании их.. – университете. Дерптский университет занимал почетное место в иерархии университетов Российской империи конца прошлого века. В нем работали и учились многие видные деятели науки и культуры России, Эстонии и Германии. В то время работа мало кому известного медика, представленная к защите на соискание ученой степени доктора медицины, прошла незаметно. Молодой соискатель в 1888 году представил к защите диссертацию “Ueber Ricin, ein giftiges Ferment aus den Samen von Ricinus comm. L.

und einigen anderen Euphorbiaceen”, выполненную в Институте фармакологии университета, посвященную вопросу использования природы токсичности семян клещевины. Клещевина известна как растение семейства молочайных, как правило, однолетнее (на юге двух- и трехлетнее), из семян которого добывают касторовое масло. В лечебном деле это HAмасло является сильным слабительным, а в технике N использовалось в двигателях в качестве смазывающего масла, слабо загустевающего при низких температурах. Семена клещевины и неочищенное масло очень токсичны для человека, что и привлекло внимание фармакологов Дерптского университета.

Г. Штильмарк был не первым, кто изучал в ИнCOOH HAституте фармакологии Дерптского университета N токсины семян клещевины, но ему впервые удалось выделить высаливанием белок из токсичного эксРис. 2. Пространственная модель гемагглютинитракта семян клещевины, исследовать его и дать ему на вируса гриппа название “рицин” по названию клещевины Ricinus communis. В лаборатории его шефа и директора института Рудольфа Коберта (1852–1922) проводились метаболизма, так и в защите от некоторых агентов исследования влияния различных токсинов на оргавнешней среды. С другой стороны, лектины, будучи низмы животных, их кровь и эритроциты. Г. Штильвыделены из живых объектов, могут стать ценными биохимическими реагентами, использование кото- марк обнаружил способность токсинов вызывать агглютинацию эритроцитов, то есть способность рых получает свое развитие в экспериментальной индуцировать гемагглютинацию. Таким образом, цитохимии, диагностике некоторых заболеваний и, наконец, в биотехнологических процессах выделе- рицин – это первый из открытых лектинов, относяния некоторых сложных углеводсодержащих ве- щихся к группе растительных лектинов или фитогеществ. В последние годы делаются попытки ис- магглютининов.

пользования лектинов и в качестве лекарственных Надо отметить важный вклад в первые шаги мопрепаратов.

лодой науки лектинологии доктора Рудольфа КоберВсе сказанное о лектинах привлекает к их изучета. Именно благодаря его энергии и целеустремленнию исследователей, работающих в разных областях ности проводили исследования и других природных биологической науки, и прежде всего в биохимии, фитогемагглютининов. Достаточно сказать, что за цитологии, микробиологии, физиологии растений, несколько лет были получены и даже переданы избиотехнологии и фармации. Несмотря на то что первестной химической фирме “Merck” для выпуска вый лектин был выделен более сотни лет тому назад, такие фитогемагглютинины, как рицин и абрин, по интенсивно лектины стали изучать всего лишь потехнологии Г. Штильмарка.

следние тридцать лет. Один раз в четыре года лектиПионерские работы эстонских ученых в области нологи всего мира собираются на конференции. Полектинологии на десятилетия определили интересы следняя конференция – “Interlec-14” проходила в многих ученых к природе этих веществ и их способмае 1992 года в Калькутте (Индия). У лектинологии – ности к агглютинации эритроцитов. Последнее науки, развивающейся на стыке различных биолосвойство привело к открытию еще одного важного гических дисциплин, большое будущее.

свойства некоторых растительных лектинов. Они являются митогенами, то есть веществами, влияю щими на циклы клеточного деления. Это очень важПервый лектин был открыт доктором Германом ное качество фитогемагглютининов используется в Петером Штильмарком (1860–1923) в Дерптском экспериментальной биологии, генетике, цитологии, ‹2, и онкологии. Для этой цели они в основном сейчас рического заряда поверхности, ее способность пропроизводятся и продаются различными фирмами. пускать внутрь или вовне определенные вещества и Лектин под названием “фитогемагглютинин (ФГА)” т.д. Поскольку на поверхности мембраны располохарактеризует все растительные лектины, и в экспе- жены разнообразные углеводные рецепторы, их риментальной биологии это название закрепилось детекция специфическими лектинами – важный за лектином, выделенным из семян фасоли обыкно- элемент в диагностике физиолого-биохимическовенной Phaseolus vulgaris. го состояния клетки.

Итак, рицин открыл список растительных лекОснову структуры клеточной поверхности сотинов. Сейчас этот список очень велик: это и ри- ставляет клеточная (плазматическая) мембрана, социн, и абрин, и ФГА, это и КонА – конконавалин – стоящая из липидов, липопротеидов, гликолипидов лектин из конского боба Canavalia ensiformis, WGA и гликопротеидов, к числу которых относятся так (wheat germ agglutinine) – агглютинин из пророст- называемые интегральные белки, пронизывающие ков семян пшеницы и многие другие. Следует ска- мембрану и имеющие на внешней стороне мембразать, что сам термин “лектин” у фитогемагглюти- ны своеобразные олигосахаридные последовательнинов появился очень недавно. Ввел его в обиход ности в виде структур, напоминающих антенны. У выдающийся иммунолог У. Бойд в 60-х годах наше- эукариотических клеток многоклеточных организго столетия, использовав для этого латинское слово мов эти антенны направлены наружу: в межклеточ“legere” (выбирать). Этим он как бы подчеркивал ное пространство, если это клетки ткани, или в способность фитогемагглютининов избирательно просвет сосудистых структур, если это клетки энсвязываться с теми или иными углеводными рецеп- дотелия, и т.д. У прокариотов над плазматической торами клеток.





мембраной расположен чаще всего каркас клеточной стенки. Он по каким-то неизвестным нам закоСейчас, как уже упоминалось выше, лектины номерностям не экранирует (или экранирует не выделены и охарактеризованы практически из всех полностью) олигосахаридные цепи антенн. В состав живых организмов от вирусов до человека. Стало клеточной стенки бактерий, имеющей полисахадаже более или менее ясно, что эти белки служат орридную природу, входят дополнительно олигосахаганизму путем влияния на углеводные рецепторы ридные последовательности так называемого О-анкак чужеродных, так и своих клеток или субклеточтигена, который определяет своеобразие структуры ных структур. Естественно поэтому, хотя бы в обклетки, вызывает специфическую реакцию оргащих чертах, разобраться с этими рецепторами, раснизма животного и человека на инфицирующие его положенными на поверхности клеточных мембран организмы и т.д.

и клеточных стенок.

Таким образом, несмотря на схожесть структур плазматических мембран и принципиальную тождественность их функций, у про- и эукариотов есть Все клетки похожи друг на друга по принципам и значительные различия. Общим является то, что структурной организации, и вместе с тем они значина поверхности клеток имеются олигосахаридные тельно отличаются биохимическими элементами, цепи, хранящие свою уникальную структуру для составляющими их структуры. Это легко проследить каждых клеток. Знать ее очень важно для понимапри сравнении организации, структуры клеточной ния работы клетки и ее управления.

поверхности у про- и эукариотических клеток (проКакие же моносахариды чаще всего входят в сокариотические клетки – это клетки многих микроорстав олигосахаридов интегральных белков и О-антиганизмов: бактерий, микоплазм, риккетсий, которые генов Разнообразие моносахаридов очень велико, не имеют четко оформленного ядра, окруженного ядерной мембраной. Эукариотические клетки – однако чаще всего в состав этих олигосахаридов эуклетки животных, растений, дрожжей – имеют чет- кариотических клеток входят глюкоза (Glc), N-ацетилглюкоза (NAcGlc), галактоза (Gal), N-ацетилко оформленные ядра с хромосомным аппаратом).

галактоза (NAcGal), манноза (Man), фукоза (Fuc), И те и другие имеют цитоплазматическую мембN-ацетилнейраминовая или сиаловая кислота рану, формирующую поверхностные структуры (NAcNeu).

клетки, функции которой одинаковы как для эу-, так и для прокариотов, однако во многих деталях Различные моносахара, соединяясь в опредехимической организации они имеют четкие разли- ленную последовательность, образуют олигосахачия. Если образно принять поверхность клетки за рид, который присоединяется одним концом к бел“лицо”, то “лица” клеток каждого вида отличаются ковой молекуле, погруженной в липидный матрикс друг от друга своими особенностями, своими хими- мембраны. Топография олигосахаридных остатков ческими элементами. Суметь отличить эти разли- по отношению к мембранному белку показана на чия очень важно для понимания состояния клетки. рис. 3, изображающем молекулу одного из наиболее Для этой цели используются многочисленные ме- изученных интегральных белков мембраны эритротоды изучения. Исследуют химическую структуру цитов человека и животных – гликофорина. Олигоклеточной поверхности, измеряют величину элект- сахариды мембранных белков служат своеобразными.. – ми остатками происходит с вполне определенными лектинами.

S S T Вот так выглядит фрагмент таблицы, характериT S T V зующей специфичность некоторых препаратов лекH S Y I K S S M тинов к олигосахаридным детерминантам тканевых A S V Q и клеточных гликоконъюгатов. Жирной черной лиE T T нией обозначены участки сильного связывания N T D D R T K R M T Y S олигосахаридного лиганда с лектином, тонкой лиA L A нией – зоны слабого связывания.

A H NH2 T R E V P S E Остаток I Итак, имея препараты лектинов с различной S нейтрального E T E V Q специфичностью, их можно использовать для иссахара R E E Внеклеследования клеточной поверхности. Исследователь R T P точное V Остаток Y P V для этого прибегает к фиксации клетки или тонкого простсиаловой Z L ранство среза и обработке препарата определенным лектиA H H E кислоты E E ном, но не обыкновенным, а меченым, для того чтоI бы при микроскопическом исследовании можно E I было точно диагностировать состояние мембраны.

T L При этом лектины метят препаратом частиц коллоI Y F идного золота (и тогда при просматривании в элекG V M тронном микроскопе четко видны места связывания A G лектина) или используют люминесцентную метку, V I регистрируя их по свечению в флюоресцентном миG T кроскопе. Препараты меченых лектинов выпускают I L L многие биотехнологические фирмы мира. ОписанI ные процедуры исследования поверхности клетки S Y G используют в лабораторной медицинской диагносI H тике различных заболеваний, судебно-медицинR ской экспертизе и экспериментальной цитологии.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.