Lectin Activity: Comparison
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TheA purification ofção de biomolecules with a high degree of éculas com alto grau de especificity, suchdade, como as lectins, has garneredas, tem despertado interest in the use of fixed non-traditional bedsse no uso de leitos fixos não tradicionais functionalized withados com ligands oftes de particular interest. Thesse. A interaction is both ção é robust enough toa o suficiente para permit their a adsorption of glyção de glicoproteins andínas e reversible enough toível o suficiente para permit their a dissociation of molecules inção de moléculas em response to changes in the solution’s pH. Studies on unsta a mudanças no pH da solução. Estudos sobre adsorventes não conventional adsorbents, such as chcionais, como suportes cromatographic supports, can substantiateáficos, podem fundamentar, enrich, and assistquecer e auxiliar projects in various areas of knowledge. Polyacrylamide cryogens are emerging and eftos em diversas áreas do conhecimento. Criogênios de poliacrilamida são emergentes e eficient, and can be synthesized and have their matrices, podendo ser sintetizados e ter suas matrizes modified for multiple purposes and chcadas para múltiplos fins e técnicas cromatographic techniques. They are alsáficas. Também são functional and have low costsionais e apresentam baixo custo quando compared to conventional chados aos adsorventes cromatographic adsorbents. In thisáficos convencionais. Nesse context,o, as lectins can mainly be used in the as podem ser utilizadas principalmente na prevention ofção de doenças autoimmune diseases and in studies with biosensormunes e em estudos com biossensores.

  • purification of bio compounds
  • macromolecules
  • affinity chromatography

1. Introductiçãon

DO deseveloping techniques and methods fornvolvimento de técnicas e métodos para separating andr e purifying biologicalicar macromolecules such as proteins has been an important preéculas biológicas, como proteínas, tem sido um pré-requisite for many of the advances made in several areas of knowledge. In the field of cho importante para muitos dos avanços obtidos em diversas áreas do conhecimento. No campo da cromatography, the development of new porous resin supports, new cross-linkingfia, o desenvolvimento de novos suportes de resinas porosas, novas agaroses, and new porous si reticuladas e novas sílicas allowed rapid growth in high-resolution techniques such as high-efficiency liquid chporosas permitiu o rápido crescimento em técnicas de alta resolução, como cromatography, analytical and laboratoryfia líquida de alta eficiência, escalas analíticas e preparative scales, as well as for industrial chas de laboratório, bem como para cromatography in columns with several-hundred-liter bed volumefia industrial em colunas com volumes de leito de várias centenas de litros [1]. Monólitos macroporous monoliths, called cryogels, aresos, chamados criogéis, são produced from zidos a partir de uma solution of monomers and hydrophilic polymers using cryofreezing techniquesção de monômeros e polímeros hidrofílicos usando técnicas de criocongelamento previously used for biomedical applications. Cryamente utilizadas para aplicações biomédicas. A criogeleification is a specific type of synthesis of polymeric gels in which the formation begins in the cryogenic treatment of systemção é um tipo específico de síntese de géis poliméricos em que a formação se inicia no tratamento criogênico de sistemas capable of forming gelzes de formar géis [2] . The use of cryogels thatO uso de criogéis que incorporate free epoxy radicals on their surfaces is one of the mostm radicais epóxi livres em suas superfícies é uma das formas mais frequent ways to imes de imobilizear ligands oftes de interest. This is due to the ease with which amine-, thiol-, or hydroxyl-group molecules can react to form a stablese. Isto é devido à facilidade com que as moléculas do grupo amina, tiol ou hidroxila podem reagir para formar uma ligação covalent bond. This is one of the moste estável. Esta é uma das opções mais popular choices among the es entre as possibilities available. Thedades disponíveis. A estratégia do glutaraldehydeído (GLU) strategy has been highlighted as one of the other mechanisms likely to be employed with these reactive epoxy radicals. Thetem sido destacada como um dos outros mecanismos que podem ser empregados com esses radicais epóxi reativos. A vantagem essential advantage it offers is the ability to create a long spacer arm between thecial que oferece é a capacidade de criar um longo braço espaçador entre o ligand and thte e a superfície adsorbing surface. Because of this, it can avoid the effect of steric hindrance, which can enhance the desvente. Por causa disso, pode evitar o efeito de impedimento estérico, que pode aumentar o poder desestabilizing power of the ligand as well asador do ligante, bem como purify the target molecule. It is possible to purifyicar a molécula alvo. É possível purificar lectins usingas usando adsorventes macroporous adsorbents. Lectins are glysos. As lectinas são glicoproteins of immune origin which lackínas de origem não imune que carecem de atividade catalytic activity and have activity and ítica e possuem atividade e especificitydade mediated by mono- anddas por mono e oligosaccharides; this method has a goodssacarídeos; Este método tem uma boa chance of success. When difde sucesso. Quando diferent types ofes tipos de carbohydrates are imidratos são imobilizedados, adsorbents with other properties areventes com outras propriedades são producedzidos. Consequently, there is now a distinct emente, existe agora uma possibility that thesedade distinta de que estes adsorbents can be used inventes possam ser usados em processes intended tossos destinados a separater lectinas [3][4].
ThO proce gelsso de formation process in a semi-freezing zone allows the ção de géis em uma zona de semicongelamento permite a preparation of mechanically stableção de matrizes monolithic matricesíticas mecanicamente estáveis composed of largetas por grandes macroporos interconnected macropores, since the poreectados, uma vez que os poros formed in thisados neste process are 100 too são 100 a 1000 times larger than those in other gels, which have pores in the range of 0.03–0.vezes maiores que os de outros géis, que possuem poros na faixa de 0,03 a 0,4 μm. This chEssa caracteristic reveals the attractiveness andística revela a atratividade e o potential of thesecial desses materials because the flow through these pores is purelyis, pois o fluxo através desses poros é puramente convective and the o e a resistance to mass ência à transfer is low, which makes themência de massa é baixa, o que os torna permeable to aqueous solutions ofáveis a soluções aquosas de proteins and even cellínas e até mesmo à suspensionão celular [3][4][5].
ProteinA purification is grounded in studies of the physical–chemical chção de proteínas é fundamentada em estudos das caracteristics, and structural and biological properties, being ísticas físico-químicas, propriedades estruturais e biológicas, sendo estimulated by itsda pelo seu potentcial use in several areas ofo em diversas áreas da medicine, chemistry, biochemistry, anda, química, bioquímica e biologyia [6]. A The most used technique totécnica mais utilizada para mediate suchr essa purification is affinity chção é a cromatographyfia de afinidade [7][8], com based on highly specific and em interações altamente específicas e reversible interactions between pairs of biological materialíveis entre pares de materiais biológicos (enzyme–ima-substrate, enzyme–inhibito, enzima-inibidor, antigen–antibody) as well as studies usingígeno-anticorpo), bem como estudos utilizando interactions with ções com N-acetyl ilglucosaminea [9], derivados da galactose derivatives [7], mannose [10],e and proteinproteínas [11], amoeng others, which can guarantee greatetre outros, que podem garantir maior selectivity due to the specific tividade devido às características estereochemical and typological characteristics químicas e tipológicas específicas apresented byadas pelas proteins. Theínas. O principle of the method inípio do método em question is to improve thão é melhorar a capacidade de separation capacity of ção de biomolecules from specific, non-éculas de ligações específicas não covalent bonds to insoluble supportses a suportes insolúveis, favoring the obtaining of bio-ecendo a obtenção de biosseparations with high selectivityções com alta seletividade [12][13][14]. ItSabe-se is known that the use of monolithic,que o uso de matrizes macroporous matrices applied in the sas monolíticas aplicadas na purification of bio compounds is inção de biocompostos está em constant growth and developmente crescimento e desenvolvimento [15].

2. LecAtin Activityvidade da lectina

Concepituallymente, lectins areas são proteins of non-immune origin that recognize and areínas de origem não imune que reconhecem e estão associated withdas a carbohydrates or glyidratos ou glicoconjugatesdos de forma reversibly, with high affinity and ível, com alta afinidade e especificity. Due to this ability, thesedade. Devido a essa habilidade, essas biomolecules have important biological effects, such as insecticideéculas têm efeitos biológicos importantes, como inseticida, bactericidal, antitumor, andal e fungicide, in addition to ana, além de uma injunction on HIV-Ição sobre a protease, and became essential do HIV-I, e tornaram-se instruments in the diagnosis of diseaseos essenciais no diagnóstico de doenças, identification of microção de cepas de microrganism strains, and in studies related to blood types. Plant lectins have been used in cellos e em estudos relacionados a tipos sanguíneos. Lectinas vegetais têm sido utilizadas em biology and imia celular e imunology aia como agentes diagnostic and immósticos e imunomodulatory agents, as well as for therapeutic purposesdores, bem como para fins terapêuticos [16]. InAlém addition, they can be used in the production of biosensors for the food industrydisso, podem ser utilizados na produção de biossensores para a indústria alimentícia, verifying theicando a presence of microça de microrganisms to ensure theos para garantir a quality of raw materials anddade de matérias-primas e produtos industrialized productados [17][18]. ItVale is worth noting that the study ofressaltar que o estudo de Matoba et al. [19] iaumencreased thtou a atividade antiviral activity ofdas lectins. Suchas. Tais proteins have as chínas têm como caracteristics the recognition and maintenance of specific andísticas o reconhecimento e a manutenção de ligações específicas e reversible bonds to mono- oríveis a mono ou oligosaccharides and othersacarídeos e outras substanceâncias containing sugars, maintaining theendo açúcares, mantendo a estrutura covalent structure of these glycosidic ligande desses ligantes glicosídicos [19]. ThEley cans podem precipitate cells, glyr células, glicoconjugates, and polysaccharides fromdos e polissacarídeos de fontes animal, plant, virus, andis, vegetais, virais e bacterial sourcesanas [20][21]. TheA binding ofligação de lectins with sugars is attributed to a carbohydratas com açúcares é atribuída a um domínio de recognition domain (CRD) within their polypeptide structure. Thenhecimento de carboidratos (DRC) dentro de sua estrutura polipeptídica. A interaction ofção de lectins with certainas com determinados carbohydrates can be as specific as theidratos pode ser tão específica quanto a interaction between antigen and antibody orção entre antígeno e anticorpo ou substrate and enzyme. Some are metalo e enzima. Algumas são metaloproteins, in other words, they require theínas, ou seja, requerem a presence of metal cations at their specific binding sites with carbohydrates in connection with them, resemblingça de cátions metálicos em seus sítios específicos de ligação com carboidratos em conexão com eles, assemelhando-se a metalloproteases; butmas lectins do not as não apresent catalytic activityam atividade catalítica [20][22]. Generally, mente, as lectins have at least two binding sites foras possuem pelo menos dois sítios de ligação para carbohydrates, which allow cross-linking between cells throughidratos, que permitem ligações cruzadas entre células através de combinations with sugars on the surface or between sugarções com açúcares na superfície ou entre açúcares contained inidos em macromoleculeéculas, justifying their ability to agicando sua capacidade de aglutinate particles andr partículas e precipitate glyr glicoconjugates. Thedos. A interação lectin–carbohydrate interaction is due to a-carboidrato é devida a ligações covalent bonds, in which water moleculeses, nas quais moléculas de água, associated with thedas ao grupo polar group of proteins and also around thede proteínas e também ao redor do carbohydrate, are displacedidrato, são deslocadas (Figurea 1). ThiEssa modificationção results in the formation of new hydrogen bonding networks, which, together witha na formação de novas redes de ligação de hidrogênio, que, juntamente com as forças de van der Waals forces, s, estabilize thisam essa interactionção [7][23].
Separations 10 00036 g001
FGráfigureco 1. SchEsqueme ila que ilustrating the binding of a ligação da lectin to the carbohydrate through the carbohydrata ao carboidrato através do domínio de recognition domain. Thenhecimento de carboidratos. A interação carbohydrate–idrato-lectin interaction involves, among other non-a envolve, entre outras forças não covalent forces, thees, a formation of hydrogen bonds and hydrophobicção de ligações de hidrogênio e interactionções hidrofóbicas.
ThA e structure ofstrutura das proteins and their activity are stronglyínas e sua atividade são fortemente influenced by environmental factors such as pH andiadas por fatores ambientais, como pH e temperature, in addition to chemical factors such as the a, além de fatores químicos, como a presence of iça de íons [24]. TA temperature is aa é um fator considerable factor in the maintenance of the native activity of lectin hemagável na manutenção da atividade nativa da hemaglutinationção de lectinas. Singh (2013) working withtrabalhando com lectin ofa de Momordica charantia (MCJ) observou qued that at a 30 °C their activity was maintained, however the increase insua atividade foi mantida, porém o aumento da temperature toa para 55 °C reduced theirziu sua atividade hemagglutinating activity bynte em 50%, and thissendo que esse percentage of activity was maintained fual de atividade foi mantido por 12 min [25]. ThA perda total loss ofda atividade da lectin activity occurred ata ocorreu a 65 °C, with no recovery, even after sem recuperação, mesmo após redução da temperature reduction, and this showed that the kinetics of inactivation of lectina, e isso mostrou que a cinética de inativação da atividade de hemagglutination activity at thisção da lectina nessa temperature is ana é um processo irreversible processível. Siemilar toelhante à temperature, pH is a significant influencing factor ina, o pH é um fator de influência significativo na atividade da lectin activity. Hemagga. Testes de hemaglutination tests with ção com lectin MCJ showed that it is active at pH values between 3 and 11. Tha MCJ mostraram que ela é ativa em valores de pH entre 3 e 11. A atividade hemagglutinating activity of MCJ increases with an increase in pH, and the activitynte da ACM aumenta com o aumento do pH, e a atividade se maximizes in the pH range of 5 to 8. With the increase in pH, tha na faixa de pH de 5 a 8. Com o aumento do pH, a atividade hemagglutinating activity of MCJ decreased, maintaining less than 50% of pH agnte da ACM diminuiu, mantendo menos de 50% da atividade de aglutination activity between 10 andção do pH entre 10 e 11 [25]. MA maiostria das lectins require metal ions to as necessita de íons metálicos para apresent agar atividade aglutinating activity, as is the case withnte, como é o caso das lectins ofas de legumes that requirinosas que necessitam de Mn2+ ande Ca2+. SEstudies conducted byos realizados por Sharon ande Lis [26] withcom concanavalin A (ConAa A () indicated that, in an acid iced medium, there was a removal of metal ions from the ConA moleculou que, em meio gelado ácido, houve remoção de íons metálicos da molécula de, eliminating its ability to bind tondo sua capacidade de se ligar a carbohydrates. However, such a reaction can be circumvented with the addition ofidratos. No entanto, tal reação pode ser contornada com a adição de Mn2+ ande Ca2+ iíons in this ordernesta ordem, considering that metalando que os metais confer a high degree of strucem um alto grau de estabilidade estrutural stability to ConAao, protectinggendo lectins against heat inactivationas contra a inativação térmica [26][27]. OnPor the other hand, these same ions at high outro lado, esses mesmos íons em altas concentrations are capable of agções são capazes de aglutinating cells, asr células, como observed byado por Silva et al. [15] inem their study on theseu estudo sobre a influence ofência do Ca2+ ande Mn2+ iíons for their hemagpor sua atividade hemaglutinating activity of cassava leaf lectin. Thus, to ensure that the aggnte de lectina foliar de mandioca. Assim, para garantir que a aglutination is beingção esteja sendo mediated byda por lectin and not bya e não por íons em excess ions, it is o, é necessary to inhibit this activity with the addition ofário inibir essa atividade com a adição de carbohydrateidratos [15].

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