Lectine vegetale

Prin termenul de lectină este definită o clasă de proteine sau glicoproteine, cu proprietăți aglutinante față de

alte celule, care pot lega reversibil hidrați de carbon, fără a le modifica structura.

Lectinele, în special cele din plante, au fost folosite pentru a izola receptori carbohidrați din celula. Lectinele

sunt capabile să recunoască suprafața carbohidraților cu specificitate mare. Sunt folosite pentru studiul

interacțiunii proteină-carbohidrat.

În timpul biosintezei, unele lectine leguminoase sunt clivate proteolitic pentru a genera un β –lanț,

corespunzând cu terminația amino, și un α-lanț corespunzând cu terminația carboxil.

Multe lectine leguminoase sunt glicoproteine ce conțin N-glicani care sunt sintetizați de către calea tipică

gasită în celulele animale. Două lectine comune, ConA și WGA (“weat gern agglutinin” este o lectină care

protejează grâul-Triticum vulgaris de atacul insectelor, bacteriilor, fungilor) nu sunt glicozilate, dar proteinele

lor precursor conțin carbohidrați care sunt pierduți în momentul în care propeptidele sunt distruse proteolitic.

Pentru unele lectine de natură leguminoasă, N-glicanii s-ar putea să nu fie necesari pentru activitate, din moment

ce proteinele recombinate exprimate în Escherichia coli pot lega carbohidrați cu o specificitate similară

lectinelor native.

Exista probe cum că cele mai multe lectine joacă un rol în apararea plantelor împotriva organismelor

consumatoare de plante. Majoritatea lectinelor din plante nu joaca doar un rol în planta insăși, de exemplu ca o

magazie de nitrogen sau ca un factor specific de recunoaștere, dar de asemenea interacționează cu glicoconjucați

ai altor organisme. Ele interacționează cu normala funcționare a acelui organism. Lectinele care se găsesc la

concentrații scăzute pot fi implicate în procese specifice de recunoaștere fie în interiorul sau în exteriorul

plantei. Lectinele din rădacinile legumelor ar putea fi implicate în recunoașterea sau legarea speciilor de

Rkizobium și Brudyrhizobium , având ca scop întemeierea simbiozei. (Diaz et al., 1989; Bohlool and Schmidt,

1974).

Rolul lor fiziologic implică propietațile de legare a zaharului. În principiu, orice reacție mediata de lectină sau

orice proces se bazează pe legarea specifică a lectinelor la un receptor glicoconjugat, chiar dacă acest receptor e

localizat în interiorul plantei sau în afara ei.

Pentru aceasta, căutarile rolului fiziologic al lectinelor vegetale a fost întotdeauna strâns legat la căutarile

receptorilor lor naturali. În cazul lectinelor, receptorii pot fi definiți ca și glicoconjugați care posedă o porțiune

dintr-o moleculă de carbohidrat cu o structură complementară cu situsul de legare a lectinei. Aceasta implică

faptul ca glicoconjugații de natură diferită (ex: glicoproteinele, glicolipidele) dar cu carbohidrați identici pot să

acționeze ca receptori pentru aceeași lectină. Receptorii lectinelor trebuie sa existe în planta insăși. Cu excepția

unor enzime, ca de exemplu unele tipuri de chitinaze si glicozidaze, lectinele sunt singurele proteine vegetale

capabile să recunoască și să lege glicoconjugați prezenți pe suprafața microorganismelor sau expuși în tractul

intestinal al insectelor sau mamiferelor ierbivore.

Argumentele moleculare, biochimice, fiziologice și evoluționiste indicș faptul că lectinele au un rol în apararea

plantelor. Un argument major pentru acest rol este faptul că lectinele vegetale se leagă de glicoconjugați ai altor

organisme. Cu toate că multe lectine vegetale sunt capabile să lege glucoza, galactoza sau manoza, au o

afinitate mai mare pentru oligozaharide care nu sunt comune sau total absente în plante. De exemplu lectinele

vegetale care se leagă de chitină recunosc un carbohidrat care este un component tipic al peretelui celular al

fungilor și al exoscheletului nevertebratelor. Similar, lectinele din soc (Sambucus sp.) care leagă acidul sialic și

Muackiu amurensis (Knibbs et al., 1991), se leagă de o zaharidă care nu se gasește în plante dar este un

component carbohidrat major al glicoproteinelor animale.

Un argument circumstațtial în favorarea unui rol defensiv al lectinelor este stabilitatea lor sub condițiile

nefavorabile. Cele mai multe lectine sunt stabile la un pH mare, sunt capabile să reziste căldurii și sunt

rezistente la proteazele animale. Ele sunt similare altor proteine defensive cum ar fi inhibitori proteazici,

chitinaze și glicanaze, proteine care inactivează ribozomi (RIPs), inhibitori a-amilazici, proteine antifungice și

tionine. Lectinele sunt degradate in vivo, și unele ierbivore posedă proteaze în intestin capabile să digere

lectinele din dieta lor.

Asocierea preferențiala a lectinelor cu acele părți din plante care sunt cele mai susceptibile la atacul

organismelor străine, este un alt argument al rolului de protecție. În timp ce întreaga plantă este expusă

dăunatorilor și bolilor, unele țesuturi și organe au nevoie de extra protecție, întrucât joacă un rol cheie în

supraviețuirea individului sau a speciei.

Organele de depozitare și semințele sunt particular vurnerabile, din moment ce sunt particular atractive

paraziților si prădatorilor și se pot lipsi de un sistem activ defensiv din cauza metabolismului lor inactiv. Dacă

luăm în considerare evoluția adaptării plantelor, putem spune că ele au dezvoltat un sistem pasiv sau defensiv

pentru a proteja organele de depozitare și semințele. Din acest punct de vedere , acumularea preferențială a

lectinelor în organe de depozitare tipice este evident indicată. Din moment ce majoritatea lectinelor sunt

prezente în cantități mari și se comportă ca proteine de depozitare, unele plante acumulează o parte din rezerva

lor de nitrogen ca și proteine ce leagă carbohidrați.

Deși ideile discutate favorizează un rol defensiv pentru lectinele vegetale, ar fi puternic consolidate prin

dovezi evidente obținute folosind proteine purificate în dietele artificiale, sau folosind plante transgenice.

Efectele unei clase specifice de lectine, numite tipul RIP 2, care este o clasă de chimerolectine, cu o toxicitate

generala fața de toate eukariotele. Tipul RIP 2 sunt cunoscute ca fiind agenți potențiali toxici. Lanțul B ce leagă

zahărul se leagă de un receptor (glicoconjugat) pe suprafața celulei, astfel promovând asimilarea lanțului A.

Dupa intrarea sa în celule, lanțul A inactivează catalitic ribozomii eukarioți, clivând legatura N-glicozidică a

unui singur reziduu de adenozină a ARNr-ului mare.

În principiu RIP 2 sunt extrem de toxice față de toate eukariotele, dacă ajung la citoplasmă. Insectele se pare că

ar reacționa diferit. Ricinul este foarte toxic pentru coleopterele Callosobruchus maculatus și Anthonomus

grandis dar au efect asupra lepidopterelor Spodoptera litoralis și Heliothis virescens (Gatehouse et al., 1990).

Faptul că unele insecte rezistă dietei ce conține ricin indică faptul că ori pot inactiva toxina ori nu leagă

toxina. Un alt tip de RIP2 numită lectina de la o aconita de iarna (Eranthis hyemalis) (Kumar et al., 1993) este

foarte toxică la larvele de Diabrotica undecimpunctata, un parazit major al porumbului. Se pare că tipul RIP 2

oferă plantei o buna protecție împotriva animalelor și probabil și împotriva unor insecte.

În principiu, RIP2 sunt de asemenea toxice pentru fungi. Cu toate acestea, din moment ce nu pot penetra

citoplasma, este greu de imaginat că au un efect eliminator direct asupra fungilor invadatoare. Ribozomii

bacterieni sunt indifereți la RIP2, însemnand că aceste toxine nu pot exercita efecte directe asupra bacteriei.

Surprinzator, RIP2 prezintă o activitate inhibitorie împotriva virusurilor plantelor, deși nu se cunoaste

mecanismul de acțiune. Posibil, RIP ce se gaseste în suspensia virusului folosit pentru testele infecțioase,

omoară celulele plantelor rănite, prin inactivarea ribozomilor și astfel provoacă o formă de raspuns hipertensiv.

Perertele celular al bacteriei nu doar exclude orice interacțiune între glicoconjugații de pe membrana lor și

proteinele ce leagă carbohidrați, dar previne penetrarea acestor proteine în citoplasmă. Pentru aceasta, lectinele

vegetale nu pot altera structura sau permeabilitatea membranei sau să deranjeze procesul intracelular al invadării

microbilor. Astfel, daca lectinele joaca un rol în apararea plantelor împotriva bacteriilor, trebuie sa fie printr-un

mecanism indirect care se bazează pe interacțiunea dintre carbohidrații peretelui celular sau glicanii

extracelulari. S-a sugerat faptul că lectinele din cartofi, au imobilizat o tulpină virulentă de Pseudomonas

solanacearum în peretele celular (Sequeira and Graham, 1977). Tulpinile virulente nu au fost recunoscute de

lectine, au scapat de atașarea la peretele celular și astfel au fost capabile de multiplicare și raspândire în plantă.

Un alt mecanism indirect de aparare, este pierderea motilitații normale a bacteriei la interfața aer-apă de către

lectina din samanța ciumăfaiului (Datura stramonium) (Broekaert and Peumans, 1986). Pierderea motilității

poate fi atribuită lectinei. Bariera mediată de lectina a motilității bacteriei in vitro a fost corelată cu eliberarea

rapidă și specifică a lectinei din învelișul seminței.

Prin contracararea mișcării chemotactice a bacteriei de pamant spre samanța de germinare, lectina previne

invazia plantulei afectată de bacterie. Din moment ce studii recente despre legarea lectinelor vegetale la

peptidoglicanii din peretele celular al bacteriei indică faptul că diverse lectine vegetale din semințe

interacționează puternic cu acidul muramic și acidul N-acetilmuramic, implicarea lectinelor în apararea

plantelor împotriva microbilor s-ar putea să fii fost subestimată. (Ayouba et al.,1994).

Din moment ce lectinele nu se pot lega la glicoconjugații de pe membranele fungilor sau să penetreze

citoplasma din cauza prezenței peretelui celular rigid, o interferență directă cu creșterea și dezvoltarea acestor

organisme prin alterarea structurii sau permeabilității membranei pare improbabil. Efectele indirecte bazate pe

legarea lectinelor la carbohidrații expusi pe suprafața celulei fungice sunt posibile. Datorită specificității,

lectinele care leagă chitina par potrivite pentru a avea un rol în apararea plantelor împotriva fungilor (și

insectelor).

Celulele epiteliale de-a lungul tractului digestiv al insecterlor fitofage sunt direct expuse la conținutul dietetic

si sunt posibile situsuri țintă pentru proteinele de apărare vegetală. Din moment ce glicoproteinele sunt

constituenți majori ai acestor membrane, lumenul intestinal este acoperit de situsuri de legare pentru lectinele

dietetice. Când se leagă o lectină la un receptor glicoproteic, provoacă un efect eliminatoriu local sau

sistematic, iar insecta poate să-și întrzie creșterea sau chiar să fie omorată.

PHA a fost prima lectina căreia i-au fost atribuite proprietați anti-insecte pe baza efectului eliminatoriu la larva

de Callosobruckus maculatus.

Lectinele din embrionul bobului de grâu, tuberculul de cartof, semințele din alune, din ciumăfaie (Dntura

strmonium) au un efect inhibitor în dezvoltarea larvelor de Callosobruckus maculatus. Numai WGA a fost activ

la concentrațiile fiziologice. (Murdock et al., 1990). Lectinele care leagă chitina din orez si urzică de asemenea

au inhibat dezvoltarea larvei de Callosobruckus maculatus (Huesing et al., 1991a), dar se pare că acest prădator

al semințelor este insensibil la majoritatea lectinelor vegetale și este doar moderat afectată de presupuse lectine

toxice cum este WGA și lectinele din urzică.

Toxicitatea lectinelor este bazată pe legarea la glicoconjugați undeva în tractul digestiv al insectei, dar

mecanismul exact al acțiunii lectinelor vegetale nu este cunoscut. Sunt posibile trei tipuri de interacțiuni: (a)

legarea lectinelor la chitina în membrana peritrofică (doar pentru lectinele care leagă chitina), (b) lectinele care

se leagă la glicoconjugați expuși pe celulele epiteliale de-alungul tractului digestiv și (c) legarea lectinelor la

enzimele digestive glicozilate.

Majoritatea lectinelor vegelate sunt probabil implicate in apararea plantelor. Cu toate că interferențele cu

virusuri și microorganisme sunt mai degraba excepționale, efectul eliminator al lectinelor asupra nevertebratelor

prădatoare este evident. Considerând abundența lectinelor în organele de depozitare, se consideră faptul că

plantele acumulează parte din rezerva lor de nitrogen sub formă de proteine care leagă carbohidrat, care poate fi

folosit ca proteină ce apara pasiv.