ЛАКТОФЕРРИН: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024

Лактоферрин , также известный как apolactoferrina или lactotransferrin, представляет собой гликопротеин производства многих видов млекопитающих , обладающих способностью к ионам связывания и переноса железа (Fe3 +). Он содержится во многих жидкостях организма и связан с железосвязывающим белком плазмы, известным как трансферрин.

Он был выделен в 1939 году Соренсеном и Соренсеном из коровьего молока, а почти 30 лет спустя, в 1960 году, Йохансон определил его присутствие в материнском молоке (его название происходит от его классификации как самого распространенного связывающего железо белка в мире). молоко).

Структура лактоферрина (Источник: Lijealso через Wikimedia Commons)

Последующие исследования выявили лактоферрин в секретах других экзокринных желез, таких как желчь, панкреатический сок и секреты тонкой кишки, а также во вторичных гранулах нейтрофилов, плазматических клетках, принадлежащих иммунной системе.

Этот белок также содержится в слезах, слюне, сперме, влагалищных жидкостях, бронхиальном и назальном секрете и моче, хотя его особенно много в молоке (это второй по концентрации белок после казеина) и молозиво.

Хотя изначально он рассматривался просто как белок с бактериостатической активностью в молоке, это белок с широким спектром биологических функций, хотя не все из них связаны с его способностью переносить ионы железа.

Структура лактоферрина

Лактоферрин, как уже упоминалось, представляет собой гликопротеин с молекулярной массой около 80 кДа, который состоит из 703 аминокислотных остатков, последовательность которых имеет большую гомологию между различными видами. Это основной белок, положительно заряженный и с изоэлектрической точкой от 8 до 8,5.

N-лепесток и C-лепесток

Он состоит из одной полипептидной цепи, которая сложена с образованием двух симметричных долей, называемых долей N (остатки 1-332) и долей С (остатки 344-703), которые имеют 33-41% гомологии друг с другом.

И N-лепесток, и C-лепесток состоят из β-складчатых листов и альфа-спиралей, которые составляют два домена на долю, домен I и домен II (C1, C2, N1 и N2).

Обе доли соединены «шарнирной» областью, которая состоит из альфа-спирали между остатками 333 и 343, что придает белку большую молекулярную гибкость.

Анализ аминокислотной последовательности этого белка показывает большое количество потенциальных сайтов для гликозилирования. Степень гликозилирования сильно варьируется и определяет устойчивость к активности протеазы или к значительно низкому pH. Наиболее распространенным сахаридом в углеводной части является манноза, содержащая около 3% гексозных сахаров и 1% гексозаминов.

Каждая доля лактоферрина способна обратимо связываться с двумя ионами металлов: железом (Fe2 +, Fe3 +), медью (Cu2 +), цинком (Zn2 +), кобальтом (Co3 +) или марганцем (Mn2 +). синергизм с бикарбонат-ионом.

Другие молекулы

Он также может связываться, хотя и с более низким сродством, с другими молекулами, такими как липополисахариды, гликозаминогликаны, ДНК и гепарин.

Когда белок связан с двумя ионами железа, он известен как хололактоферрин, когда он находится в «свободной» форме, он называется аполактоферрин, а когда он связан только с одним атомом железа, он известен как моноферричный лактоферрин.

Аполактоферрин имеет открытую конформацию, а хололактоферрин - закрытую, что делает его более устойчивым к протеолизу.

Другие формы лактоферрина

Некоторые авторы описывают существование трех изоформ лактоферрина: α, β и γ. Обозначена форма лактоферрина-α, обладающая железосвязывающей способностью и не обладающая рибонуклеазной активностью. Формы лактоферрина-β и лактоферрина-γ обладают рибонуклеазной активностью, но не способны связываться с ионами металлов.

Характеристики

Лактоферрин представляет собой гликопротеин с гораздо более высоким сродством к связыванию железа, чем трансферрин, белок-переносчик железа в плазме крови, что дает ему способность связывать ионы железа в широком диапазоне рН.

Учитывая, что он имеет чистый положительный заряд и распределяется в различных тканях, это многофункциональный белок, который участвует в различных физиологических функциях, таких как:

- Регулирование всасывания железа в кишечнике

- Процессы иммунного ответа

- Антиоксидантные механизмы организма

- Действует как антиканцерогенное и противовоспалительное средство.

- Это защитное средство от микробных инфекций.

- Работает как фактор транскрипции

- Участвует в ингибировании протеаз

- Это противовирусный, противогрибковый и противопаразитарный белок.

- Он также действует как прокоагулянт и обладает рибонуклеазной активностью.

- Это фактор роста костей.

Структурное представление лактоферрина и сидерофоров E. coli (Источник: W. Henley через Wikimedia Commons)

Что касается борьбы с микробными инфекциями, лактоферрин действует двумя способами:

- секвестрация железа в очагах инфекции (что вызывает дефицит питательных веществ у инфекционных микроорганизмов, действующих как бактериостатическое средство) или

- Непосредственное взаимодействие с инфекционным агентом, который может вызвать лизис клеток.

Фармакологическое использование

Лактоферрин можно получить непосредственно путем очистки из коровьего молока, но другие современные системы основаны на его производстве в виде рекомбинантного белка в различных организмах с легким, быстрым и экономичным ростом.

В качестве активного соединения в некоторых лекарствах этот белок используется для лечения язв желудка и кишечника, а также диареи и гепатита С.

Он используется против инфекций бактериального и вирусного происхождения и, кроме того, он используется как стимулятор иммунной системы для предотвращения некоторых патологий, таких как рак.

Источники лактоферрина в организме человека

Экспрессия этого белка может быть обнаружена сначала на двух- и четырехклеточной стадии эмбрионального развития, а затем на стадии бластоцисты до момента имплантации.

Позже это обнаруживается в нейтрофилах и в формирующихся эпителиальных клетках пищеварительной и репродуктивной систем.

Синтез этого белка осуществляется в миелоидном и секреторном эпителии. У взрослого человека самый высокий уровень экспрессии лактоферрина обнаруживается в грудном молоке и молозиве.

Его также можно найти во многих слизистых выделениях, таких как маточные, семенные и влагалищные жидкости, слюна, желчь, сок поджелудочной железы, выделения из тонкой кишки, выделения из носа и слезы. Было обнаружено, что уровни этого белка меняются во время беременности и во время менструального цикла у женщин.

В 2000 году была определена выработка лактоферрина в почках, где он экспрессируется и секретируется через собирающие канальцы и может реабсорбироваться в их дистальной части.

Большая часть лактоферрина плазмы у взрослых людей поступает из нейтрофилов, где он хранится в определенных вторичных гранулах и в третичных гранулах (хотя и в более низких концентрациях).

Ссылки

1. Адлерова, Л., Бартоскова, А., Фалдына, М. (2008). Лактоферрин: обзор. Ветеринарная медицина, 53 (9), 457-468.
2. Берлутти, Ф., Пантанелла, Ф., Натализи, Т., Фриони, А., Паесано, Р., Полимени, А., и Валенти, П. (2011). Противовирусные свойства лактоферрина - молекулы естественного иммунитета. Молекулы, 16 (8), 6992-7018.
3. Брок, Дж. (1995). Лактоферрин: многофункциональный иммунорегуляторный белок? Иммунология сегодня, 16 (9), 417-419.
4. Брок, JH (2002). Физиология лактоферрина. Биохимия и клеточная биология, 80 (1), 1-6.
5. Гонсалес-Чавес, С.А., Аревало-Гальегос, С., и Раскон-Крус, К. (2009). Лактоферрин: структура, функции и применение. Международный журнал антимикробных средств, 33 (4), 301-e1.
6. Левай П.Ф. и Вильджоэн М. (1995). Лактоферрин: общий обзор. Haematologica, 80 (3), 252-267.
7. Наот Д., Грей А., Рейд И. Р. и Корниш Дж. (2005). Лактоферрин - новый фактор роста костей. Клиническая медицина и исследования, 3 (2), 93-101.
8. Санчес Л., Кальво М. и Брок Дж. Х. (1992). Биологическая роль лактоферрина. Архивы болезней в детстве, 67 (5), 657.