Lectin Activity: Comparison
View Latest Version
Please note this is a comparison between Version 2 by Conner Chen and Version 3 by Ivonéa soares do Nascimento.

AThe purificação detion of biomoléculas com alto grau de eecules with a high degree of specificidade, comoty, such as lectinas, tem despertados, has garnered interesse no uso de leitos fixos não tradicionait in the use of fixed non-traditional beds functionalizados comed with ligantes deds of particular interesse. At. The interação éction is both robusta o suficiente para permitir a enough to permit the adsorção de gliption of glycoproteínas eins and reversível o suficiente para permitir aible enough to permit the dissociação de moléculas emtion of molecules in resposta a mudanças no pH da solução. Estudos sobre adsorventes não nse to changes in the solution’s pH. Studies on unconvencionais, como suportes ctional adsorbents, such as chromatográficos, podem fundamentaraphic supports, can substantiate, enriquecer e auxiliarch, and assist projetos em diversas áreas do conhecimento. Criogênios de poliacrilamida sãocts in various areas of knowledge. Polyacrylamide cryogens are emergentes e eing and efficientes, podendo ser sintetizados e ter suas matriz, and can be synthesized and have their matrices modificadas para múltiplos fins e técnicas ced for multiple purposes and chromatográficas. Também sãaphic techniques. They are also funcionais e apresentam baixo custo quando tional and have low costs comparados aos adsorventes ced to conventional chromatográficos convencionais. Nesseaphic adsorbents. In this contexto, as, lectinas podem ser utilizadas principalmente na s can mainly be used in the prevenção de doençastion of autoimunes e em estudos com biossensoremmune diseases and in studies with biosensors.

  • purification of bio compounds
  • macromolecules
  • affinity chromatography

1. Introduçãction

O dDesenvolvimento de técnicas e métodos paraveloping techniques and methods for separar eting and purificarying biological macromoléculas biológicas, como proteínas, tem sido um pré-ecules such as proteins has been an important prerequisito importante para muitos dos avanços obtidos em diversas áreas do conhecimento. No campo da ce for many of the advances made in several areas of knowledge. In the field of chromatografia, o desenvolvimento de novos suportes de resinas porosas, novasphy, the development of new porous resin supports, new cross-linking agaroses reticuladas e novas sí, and new porous silicas porosas permitiu o rápido crescimento em técnicas de alta resolução, como callowed rapid growth in high-resolution techniques such as high-efficiency liquid chromatografia líquida de alta eficiência, escalas analíticas e phy, analytical and laboratory preparativas de laboratório, bem como para ce scales, as well as for industrial chromatografia industrial em colunas com volumes de leito de várias centenas de litrophy in columns with several-hundred-liter bed volumes [1]. Monólitos macroporosos, chamados criogéis, sãous monoliths, called cryogels, are produzidos a partir de umced from a solução de monômeros e polímeros hidrofílicos usando técnicas de criocongelamento previamente utilizadas para aplicações biomédicas. A crition of monomers and hydrophilic polymers using cryofreezing techniques previously used for biomedical applications. Cryogeleificação é um tipo específico de síntese de géis poliméricos em que a formação se inicia no tratamento criogênico de sistemation is a specific type of synthesis of polymeric gels in which the formation begins in the cryogenic treatment of systems capazes de formar géible of forming gels [2] . O uso de criogéis queThe use of cryogels that incorporamte free epoxy radicais epóxi livres em suas superfícies é uma das formas maisls on their surfaces is one of the most frequentes de i ways to immobilizare ligantes deds of interesse. Isto é devido à facilidade com que as moléculas do grupo amina, tiol ou hidroxila podem reagir para formar uma ligaçãot. This is due to the ease with which amine-, thiol-, or hydroxyl-group molecules can react to form a stable covalente estável. Esta é uma das opções mais bond. This is one of the most populares entre as choices among the possibilidades disponíveis. A estratégia do ities available. The glutaraldeídohyde (GLU) tem sido destacada como um dos outros mecanismos que podem ser empregados com esses radicais epóxi reativos. A vantagemstrategy has been highlighted as one of the other mechanisms likely to be employed with these reactive epoxy radicals. The essencial que oferece é a capacidade de criar um longo braço espaçador entre o ligante e a superfícietial advantage it offers is the ability to create a long spacer arm between the ligand and the adsorvente. Por causa disso, pode evitar o efeito de impedimento estérico, que pode aumentar o poder desesbing surface. Because of this, it can avoid the effect of steric hindrance, which can enhance the destabilizador do ligante, bem comoing power of the ligand as well as purificar a molécula alvo. É possívely the target molecule. It is possible to purificary lectinas usando adsorventes s using macroporosos. As lectinas são glius adsorbents. Lectins are glycoproteínas dins of immune origem não imune que carecem de atividade catalítica e possuem atividade e ein which lack catalytic activity and have activity and specificidadety mediadas por mono eted by mono- and oligossacarídeos; Este método tem uma boasaccharides; this method has a good chance de sucesso. Quando diof success. When differentes tipos de types of carboidratos são ihydrates are immobilizadosed, adsorventes com outras propriedades são produzidosbents with other properties are produced. Consequentemente, existe agora umaly, there is now a distinct possibilidade distinta de que estesty that these adsorventes possam ser usados embents can be used in processos destinados aes intended to separarte lectinas [3][4].
O procThesso de gel formação de géis em uma zona de semicongelamento permite a tion process in a semi-freezing zone allows the preparação de matrizestion of mechanically stable monolíticas mecanicamente estáveisithic matrices compostas por grandes macroporos ed of large interconectados, uma vez que os poronected macropores, since the pores formados nesteed in this processo são 100 a are 100 to 1000 vezes maiores que os de outros géis, que possuem poros na faixa de 0,03 a 0,times larger than those in other gels, which have pores in the range of 0.03–0.4 μm. Essa cThis characterística revela a atratividade e oistic reveals the attractiveness and potencial dessestial of these materiais, pois o fluxo através desses poros é puramentels because the flow through these pores is purely convectivo e a e and the resistência à ance to mass transferência de massa é baixa, o que os torna is low, which makes them permeáveis a soluções aquosas de proteínas e até mesmo àable to aqueous solutions of proteins and even cell suspensãoion celular [3][4][5].
AProtein purificação de proteínas é fundamentada em estudos das ction is grounded in studies of the physical–chemical characterísticas físico-químicas, propriedades estruturais e biológicas, sendo eistics, and structural and biological properties, being stimulada pelo seuted by its potenctial uso em diversas áreas dae in several areas of medicina, química, bioquímica e e, chemistry, biochemistry, and biologiay [6]. AThe técnica mais utilizada paramost used technique to mediar essate such purificação é a ction is affinity chromatografiaphy de afinidade [7][8], com base em interações altamente específicas ed on highly specific and reversíveis entre pares deible interactions between pairs of biological materiais biológicols (enzima-yme–substrato, enzima-inibide, enzyme–inhibitor, antígeno-anticorpo), bem como estudos utilizandoigen–antibody) as well as studies using interações comctions with N-acetilyl glucosaminae [9], derivados da galactose derivatives [7], mannose [10]e, and proteínains [11], eamontre outros, que podem garantir maiog others, which can guarantee greater seletividade devido às características ectivity due to the specific stereoquímicas e tipológicas específicas achemical and typological characteristics presentadas pelased by proteínas. Oins. The princípio do método emiple of the method in questão é melhorar aion is to improve the separation capacidade de separação de ty of biomoléculas de ligações específicas não ecules from specific, non-covalentes a suportes insolúvei bonds to insoluble supports, favorecendo a obtenção de biosseparações com alta seletividadeing the obtaining of bio-separations with high selectivity [12][13][14]. SIt is known thabe-se que o uso de matrizest the use of monolithic, macroporosas monolíticas aplicadas naus matrices applied in the purificação de biocompostos está emtion of bio compounds is in constante crescimento e desenvolvimento growth and development [15].

2. Lectin Atividade da lectinactivity

Conceiptualmentelly, lectinas sãos are proteínas de origem não imune que reconhecem e estãoins of non-immune origin that recognize and are associadas ated with carboidratos ou glihydrates or glycoconjugados de forma reversível, com alta afinidade e etes reversibly, with high affinity and specificidade. Devido a essa habilidade, essasty. Due to this ability, these biomoléculas têm efeitos biológicos importantes, como inseticidaecules have important biological effects, such as insecticide, bactericidal, antitumoral e , and fungicida, além de umae, in addition to an injunção sobre action on HIV-I protease do HIV-I, e tornaram-se, and became essential instrumentos essenciais nos in the diagnóstico de doençaosis of diseases, identificação de cepas de micrtion of microorganismos e em estudo strains, and in studies relacionados a tipos sanguíneos. Lectinas vegetais têm sido utilizadas emted to blood types. Plant lectins have been used in cell biologia celular e iy and immunologia como agentey as diagnósticos e imostic and immunomoduladores, bem como para fins terapêuticostory agents, as well as for therapeutic purposes [16]. AlémIn disso, podem ser utilizados naaddition, they can be used in the produção de biossensores para a indústria alimentíciaction of biosensors for the food industry, verificando aying the presença de micrce of microorganismos para garantir as to ensure the qualidade de matérias-primas e produtosty of raw materials and industrializadoed products [17][18]. ValeIt is ressaltar que o estudo de worth noting that the study of Matoba et al. [19] increaumentou a atividade antiviral dassed the antiviral activity of lectinas. Taiss. Such proteínas têm como cins have as characterísticas o reconhecimento e a manutenção de ligações específicas e istics the recognition and maintenance of specific and reversíveis a mono ouible bonds to mono- or oligossacarídeos e outrasaccharides and other substânciaances contendo açúcares, mantendo a estruturaaining sugars, maintaining the covalente desses ligantes glicosídico structure of these glycosidic ligands [19]. ElThes podemy can precipitar células, glite cells, glycoconjugados e polissacarídeos de fontestes, and polysaccharides from animais, vegetais, virais el, plant, virus, and bacterianal sources [20][21]. AThe ligação debinding of lectinas com açúcares é atribuída a um domínio ds with sugars is attributed to a carbohydrate reconhecimento de carboidratos (DRC) dentro de sua estrutura polipeptídica. Agnition domain (CRD) within their polypeptide structure. The interação dection of lectinas com determinadoss with certain carboidratos pode ser tão específica quanto a hydrates can be as specific as the interação entre antígeno e anticorpo ouction between antigen and antibody or substrato e enzima. Algumas são metae and enzyme. Some are metalloproteínas, ou seja, requerem ains, in other words, they require the presença de cátions metálicos em seus sítios específicos de ligação com carboidratos em conexão com eles, assemelhando-se ace of metal cations at their specific binding sites with carbohydrates in connection with them, resembling metalloproteases; masbut lectinas não as do not presentam atividade catalítica catalytic activity [20][22]. Generalmente, as ly, lectinas possuem pelo menos dois sítios de ligação paras have at least two binding sites for carboidratos, que permitem ligações cruzadas entre células através de hydrates, which allow cross-linking between cells through combinações com açúcares na superfície ou entre açúcaretions with sugars on the surface or between sugars contidos emained in macromoléculaecules, justificando sua capacidade de aying their ability to agglutinar partículas ete particles and precipitar glite glycoconjugados. A interaçãotes. The lectina-carboidrato é devida a ligações –carbohydrate interaction is due to covalentes, nas quais moléculas de água bonds, in which water molecules, associadas ao grupo polar de proteínas e também ao redor doted with the polar group of proteins and also around the carboidrato, são deslocadashydrate, are displaced (Figurae 1). EThissa modificaçãotion resulta nas in the formação de novas redes de ligação de hidrogênio, que, juntamente com as forças detion of new hydrogen bonding networks, which, together with van der Waals, e forces, stabilizam essae this interaçãoction [7][23].
Separations 10 00036 g001
GFiguráficoe 1. EsquSchema que ie illustra a ligação dating the binding of lectina ao carboidrato através do domínio d to the carbohydrate through the carbohydrate reconhecimento dgnition domain. The carboidratos. A hydrate–lectin interação carboidrato-lectina ection involve, entre outras forças não s, among other non-covalentes, a forces, the formação de ligações de hidrogênio etion of hydrogen bonds and hydrophobic interações hidrofóbicactions.
AThe estrutura dasstructure of proteínas e sua atividade são fortementeins and their activity are strongly influenciadas por fatores ambientais, como pH eed by environmental factors such as pH and temperatura, além de fatores químicos, como a e, in addition to chemical factors such as the presença de íce of ions [24]. A tTemperatura é um fatore is a considerável na manutenção da atividade nativa da hemaable factor in the maintenance of the native activity of lectin hemagglutinação de lectinastion. Singh (2013) trabalhando comworking with lectina de of Momordica charantia (MCJ) observoued que athat at 30 °C sua atividade foi mantida, porém o aumento da their activity was maintained, however the increase in temperatura parae to 55 °C reduziu sua atividadeced their hemagglutinante emting activity by 50%, sendo que esseand this percentual de atividade foi mantido page of activity was maintained for 12 min [25]. A pTherda total da atividade daloss of lectina ocorreu a activity occurred at 65 °C, sem recuperação, mesmo após redução dwith no recovery, even after a temperatura, e isso mostrou que a cinética de inativação da atividade de hemage reduction, and this showed that the kinetics of inactivation of lectin hemagglutinação da lectina nessation activity at this temperatura é um processoe is an irreversívelible process. Seimelhante àilar to temperatura, o pH é um fator de influência significativo na atividade da lectina. Testes de hemage, pH is a significant influencing factor in lectin activity. Hemagglutinação comtion tests with lectina MCJ mostraram que ela é ativa em valores de pH entre 3 e 11. A atividad MCJ showed that it is active at pH values between 3 and 11. The hemagglutinante da ACM aumenta com o aumento do pH, e a atividade se ting activity of MCJ increases with an increase in pH, and the activity maximiza na faixa de pH de 5 a 8. Com o aumento do pH, a atividades in the pH range of 5 to 8. With the increase in pH, the hemagglutinante da ACM diminuiu, mantendo menos de 50% da atividade de ating activity of MCJ decreased, maintaining less than 50% of pH agglutinação do pH entre 10 etion activity between 10 and 11 [25]. A maiMoria dasst lectinas necessita de íons metálicos para as require metal ions to presentar atividade a agglutinante, como é o caso dasting activity, as is the case with lectinas des of leguminosas que necessitam des that require Mn2+ eand Ca2+. EsStudos realizados pories conducted by Sharon eand Lis [26] comwith concanavalina A ( A (ConA) indicou que, em meio gelado ácido, houve remoção de íons metálicos da molécula dated that, in an acid iced medium, there was a removal of metal ions from the ConA molecule, eliminando sua capacidade de se ligar ating its ability to bind to carboidratos. No entanto, tal reação pode ser contornada com a adição dehydrates. However, such a reaction can be circumvented with the addition of Mn2+ eand Ca2+ íions nesta ordemin this order, considerando que os metaiing that metals conferem um alto grau de estabilidade estru a high degree of structural aostability to ConA, protegendocting lectinas contra a inativação térmicas against heat inactivation [26][27]. PorOn the outro lado, esses mesmos íons em altasther hand, these same ions at high concentrações são capazes de ations are capable of agglutinar células, comoting cells, as observado pored by Silva et al. [15] emin seu estudo sobre a influência dotheir study on the influence of Ca2+ eand Mn2+ íions por sua atividade hemafor their hemagglutinante deting activity of cassava leaf lectina foliar de mandioca. Assim, para garantir que a a. Thus, to ensure that the agglutinação esteja sendotion is being mediada ported by lectina e não por íons em and not by excesso, é ions, it is necessário inibir essa atividade com a adição deary to inhibit this activity with the addition of carboidratohydrates [15].

References

  1. Janson, J.C. Principles, High Resolution Methods, and Applications. In Protein Purification; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 2011; pp. 3–50. ISBN 978-0-471-74661-4.
  2. Dainiak, M.B.; Allan, I.U.; Savina, I.N.; Cornelio, L.; James, E.S.; James, S.L.; Mikhalovsky, S.v.; Jungvid, H.; Galaev, I.Y. Gelatin-Fibrinogen Cryogel Dermal Matrices for Wound Repair: Preparation, Optimisation and in Vitro Study. Biomaterials 2010, 31, 67–76.
  3. Perçin, I.; Khalaf, R.; Brand, B.; Morbidelli, M.; Gezici, O. Strong Cation-Exchange Chromatography of Proteins on a Sulfoalkylated Monolithic Cryogel. J. Chromatogr. A 2015, 1386, 13–21.
  4. Tao, S.P.; Wang, C.; Sun, Y. Coating of Nanoparticles on Cryogel Surface and Subsequent Double-Modification for Enhanced Ion-Exchange Capacity of Protein. J. Chromatogr. A 2014, 1359, 76–83.
  5. Ünlüer, Ö.B.; Ersöz, A.; Denizli, A.; Demirel, R.; Say, R. Separation and Purification of Hyaluronic Acid by Embedded Glucuronic Acid Imprinted Polymers into Cryogel. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2013, 934, 46–52.
  6. Banerjee, S.; Chaki, S.; Bhowal, J.; Chatterjee, B.P. Mucin Binding Mitogenic Lectin from Freshwater Indian Gastropod Belamyia Bengalensis: Purification and Molecular Characterization. Arch. Biochem. Biophys. 2004, 421, 125–134.
  7. Oliveira, J.T.A.; Melo, V.M.M.; Câmara, M.F.L.; Vasconcelos, I.M.; Beltramini, L.M.; Machado, O.L.T.; Gomes, V.M.; Pereira, S.P.; Fernandes, C.F.; Nunes, E.P.; et al. Purification and Physicochemical Characterization of a Cotyledonary Lectin from Luetzelburgia Auriculata. Phytochemistry 2002, 61, 301–310.
  8. Roy, I.; Sardar, M.; Gupta, M.N. Cross-Linked Alginate-Guar Gum Beads as Fluidized Bed Affinity Media for Purification of Jacalin. Biochem. Eng. J. 2005, 23, 193–198.
  9. Gonçalves, G.R.F.; Gandolfi, O.R.R.; Santos, C.M.S.; Bonomo, R.C.F.; Veloso, C.M.; Fontan, R.d.C.I. Development of Supermacroporous Monolithic Adsorbents for Purifying Lectins by Affinity with Sugars. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2016, 1033–1034, 406–412.
  10. Ourth, D.D.; Rose, W.M. Purification, Characterization and Seasonal Variation of Mannose-Binding C-Type Lectin in Ictalurid Catfish. Aquaculture 2011, 321, 191–196.
  11. Jung, W.K.; Park, P.J.; Kim, S.K. Purification and Characterization of a New Lectin from the Hard Roe of Skipjack Tuna, Katsuwonus Pelamis. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2003, 35, 255–265.
  12. Arora, S.; Saxena, V.; Ayyar, B.V. Affinity Chromatography: A Versatile Technique for Antibody Purification. Methods 2017, 116, 84–94.
  13. Mallik, R.; Hage, D.S. Affinity Monolith Chromatography. J. Sep. Sci. 2006, 29, 1686–1704.
  14. Pfaunmiller, E.L.; Paulemond, M.L.; Dupper, C.M.; Hage, D.S. Affinity Monolith Chromatography: A Review of Principles and Recent Analytical Applications. Anal. Bioanal. Chem. 2013, 405, 2133–2145.
  15. Ferreira da Silva, J.; Lemos da Silva, D.; Gomes Nascimento, R.; Ayra Alcântara Veríssimo, L.; Martins Veloso, C.; Ferreira Bonomo, R.C.; da Costa Ilhéu Fontan, R. Enhancements in Sugar Immobilization in Polymeric Macroporous Matrices for Affinity Capture. J. Appl. Polym. Sci. 2019, 136, 47956.
  16. Gondim, A.C.S.; Romero-Canelón, I.; Sousa, E.H.S.; Blindauer, C.A.; Butler, J.S.; Romero, M.J.; Sanchez-Cano, C.; Sousa, B.L.; Chaves, R.P.; Nagano, C.S.; et al. The Potent Anti-Cancer Activity of Dioclea Lasiocarpa Lectin. J. Inorg. Biochem. 2017, 175, 179–189.
  17. Suzuki, T.; Abe, T.; Umehara, K.; Choi, J.H.; Hirai, H.; Dohra, H.; Kawagishi, H. Purification and Characterization of a Lectin from the Mushroom Hypsizigus Marmoreus. Mycoscience 2015, 56, 359–363.
  18. Selvaprakash, K.; Chen, Y.C. Functionalized Gold Nanoparticles as Affinity Nanoprobes for Multiple Lectins. Colloids Surf. B Biointerfaces 2018, 162, 60–68.
  19. Matoba, Y.; Sato, Y.; Oda, K.; Hatori, Y.; Morimoto, K. Lectins Engineered to Favor a Glycan-Binding Conformation Have Enhanced Antiviral Activity. J. Biol. Chem. 2021, 296.
  20. Gajbhiye, V.; Gong, S. Lectin Functionalized Nanocarriers for Gene Delivery. Biotechnol. Adv. 2013, 31, 552–562.
  21. He, S.; Shi, J.; Walid, E.; Zhang, H.; Ma, Y.; Xue, S.J. Reverse Micellar Extraction of Lectin from Black Turtle Bean (Phaseolus Vulgaris): Optimisation of Extraction Conditions by Response Surface Methodology. Food Chem. 2015, 166, 93–100.
  22. Lavín de Juan, L.; García Recio, V.; Jiménez López, P.; Girbés Juan, T.; Cordoba-Diaz, M.; Cordoba-Diaz, D. Pharmaceutical Applications of Lectins. J. Drug Deliv. Sci. Technol. 2017, 42, 126–133.
  23. Santos, A.L.E.; Júnior, C.P.S.; Neto, R.N.M.; Santos, M.H.C.; Santos, V.F.; Rocha, B.A.M.; Sousa, E.M.; Carvalho, R.C.; Menezes, I.R.A.; Oliveira, M.R.C.; et al. Machaerium Acutifolium Lectin Inhibits Inflammatory Responses through Cytokine Modulation. Proc. Biochem. 2020, 97, 149–157.
  24. Carrillo, C.; Cordoba-Diaz, D.; Cordoba-Diaz, M.; Girbés, T.; Jiménez, P. Effects of Temperature, PH and Sugar Binding on the Structures of Lectins Ebulin f and SELfd. Food Chem. 2017, 220, 324–330.
  25. Singh, A.; Trans, K.S.-C.S. Effect of Temperature, PH and Denaturing Agents on Biological Activity of MCJ Lectin. Chem. Sci. Trans. 2013, 2.
  26. Sharon, N.; Lis, H. Legume Lectins—A Large Family of Homologous Proteins. FASEB J. 1990, 4, 3198–3208.
  27. Kanellopoulos, P.N.; Tucker, P.A.; Pavlou, K.; Agianian, B.; Hamodrakas, S.J. A Triclinic Crystal Form of the Lectin Concanavalin A. J. Struct. Biol. 1996, 117, 16–23.
More
© Text is available under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ScholarVision Creations
Feedback