ЛАКТОФЕРИН: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На лактоферин, известен също като apolactoferrina или lactotransferrin, е гликопротеин, продуциран от много видове бозайници, които имат способността да се свързват и трансфер на железни йони (Fe3 +). Той се намира в голяма част от телесните течности и е свързан с плазмения протеин, свързващ желязото, известен като "трансферин".

Изолиран е през 1939 г. от Соренсен и Соренсен от говеждо мляко, а почти 30 години по-късно, през 1960 г., Йохансън определя присъствието си в кърмата (името му произлиза от класификацията му като най-разпространеният желязо-свързващ протеин в света). мляко).

Лактоферинова структура (Източник: Lijealso чрез Wikimedia Commons)

По-късни проучвания идентифицират лактоферин в други секрети от екзокринни жлези като жлъчка, панкреатичен сок и секрети на тънките черва, както и във вторичните гранули от неутрофили, плазмени клетки, принадлежащи към имунната система.

Този протеин се намира и в сълзи, слюнка, сперма, вагинални течности, бронхиални и носни секрети и в урината, въпреки че е особено богат на мляко (той е вторият протеин с най-висока концентрация след казеин) и коластра.

Въпреки че първоначално той е бил разглеждан просто като протеин с бактериостатична активност в млякото, той е протеин с голямо разнообразие от биологични функции, въпреки че не всички имат общо с неговата способност да пренася железни йони.

Структура на лактоферин

Лактоферинът, както беше споменато, е гликопротеин с молекулно тегло около 80 kDa, който е съставен от 703 аминокиселинни остатъци, чиято последователност има голяма хомология между различни видове. Той е основен протеин, положително зареден и с изоелектрична точка между 8 и 8.5.

N лоб и C дял

Той е съставен от една полипептидна верига, която е сгъната, за да образува два симетрични лоба, наречени N лоб (остатъци 1-332) и С лоб (остатъци 344-703), които споделят 33-41% хомология помежду си.

И N-лобът, и С-лобът са съставени от β-сгънати листове и алфа-спирали, които представляват два домена на лоб, домейн I и домейн II (C1, C2, N1 и N2).

И двата лоба са свързани чрез "шарнирен" участък, който е съставен от алфа спирала между остатъци 333 и 343, което дава на протеина по-голяма молекулна гъвкавост.

Анализът на аминокиселинната последователност на този протеин разкрива голям брой потенциални места за гликозилиране. Степента на гликозилиране е силно променлива и определя резистентност към протеазна активност или до значително ниско pH. Най-разпространеният захарид в неговата въглехидратна част е манозата, с около 3% хексоза захари и 1% хексозамини.

Всеки лоб на лактоферин е в състояние обратимо да се свързва с два метални йона: желязо (Fe2 +, Fe3 +), мед (Cu2 +), цинк (Zn2 +), кобалт (Co3 +) или манган (Mn2 +), в синергия с бикарбонатен йон.

Други молекули

Той може също да се свърже, макар и с по-нисък афинитет, към други молекули като липополизахариди, гликозаминогликани, ДНК и хепарин.

Когато протеинът се свързва с два железни йона, той е известен като хололактоферин, докато когато е в своята "свободна" форма, се нарича аполактоферин и когато е свързан само с един железен атом, той е известен като моноферричен лактоферин.

Аполактоферинът има отворена конформация, докато хололактоферинът има затворена конфигурация, което го прави по-устойчив на протеолиза.

Други форми на лактоферин

Някои автори описват съществуването на три изоформи на лактоферин: α, β и γ. Формата лактоферин-α се обозначава като тази с капацитет за свързване на желязо и без рибонуклеазна активност. Формите на лактоферин-β и лактоферин-γ имат рибонуклеазна активност, но не са способни да се свързват с метални йони.

Характеристика

Лактоферинът е гликопротеин с много по-висок афинитет към свързването на желязо от трансферина, протеин за транспортиране на желязо в кръвната плазма, който му дава способността да свързва железни йони в широк диапазон от рН.

Като се има предвид, че има нетен положителен заряд и се разпределя в различни тъкани, той е многофункционален протеин, който участва в различни физиологични функции като:

- Регулиране на чревната абсорбция на желязо

- процеси на имунен отговор

- антиоксидантните механизми на организма

- Действа като антиканцерогенно и противовъзпалително средство

- Той е защитно средство срещу микробни инфекции

- Работи като транскрипционен фактор

- Участва в инхибирането на протеазите

- Това е антивирусен, противогъбичен и антипаразитен протеин

- Освен това действа като прокоагулант и има рибонуклеазна активност

- Това е фактор за растеж на костите.

Структурно представяне на лактоферин и E. coli сидерофор (Източник: W. Henley чрез Wikimedia Commons)

По отношение на борбата с микробните инфекции, лактоферинът действа по два начина:

- секвестриране на желязо на местата на инфекция (което причинява хранителен дефицит на инфекциозни микроорганизми, действащи като бактериостатик) или

- Взаимодействие директно с инфекциозния агент, което може да причини клетъчен лизис.

Фармакологични приложения

Лактоферинът може да бъде получен директно чрез пречистване от краве мляко, но други съвременни системи се основават на производството му като рекомбинантно протеин в различни организми с лесен, бърз и икономически растеж.

Като активно съединение в някои лекарства, този протеин се използва за лечение на язви на стомаха и червата, както и диария и хепатит С.

Използва се срещу инфекции от бактериален и вирусен произход и в допълнение се използва като стимулант на имунната система за профилактика на някои патологии като рак.

Източници на лактоферин в човешкото тяло

Експресията на този протеин може да бъде открита първоначално в дву- и четири-клетъчния стадий на ембрионалното развитие и след това в стадия на бластоциста, до момента на имплантацията.

По-късно се доказва в неутрофили и в епителните клетки на храносмилателната и репродуктивната системи в процес на формиране.

Синтезът на този протеин се осъществява в миелоидния и секреторен епител. При възрастен човек най-високите нива на експресия на лактоферин се откриват в кърмата и коластрата.

Той може да бъде открит и в много лигавични секрети като маточни, семенни и вагинални течности, слюнка, жлъчка, панкреатичен сок, секреция на тънките черва, назални секрети и сълзи. Установено е, че нивата на този протеин се променят по време на бременност и по време на менструалния цикъл при жените.

През 2000 г. се определя производството на лактоферин в бъбреците, където той се експресира и секретира през събирателните тубули и може да бъде реабсорбиран в дисталната част на същите.

По-голямата част от плазмения лактоферин при възрастни хора идва от неутрофили, където той се съхранява в специфични вторични гранули и в третични гранули (макар и в по-ниски концентрации).

Препратки

1. Адлерова, Л., Бартоскова, А., и Фалдина, М. (2008). Лактоферин: преглед. Veterinarni Medicina, 53 (9), 457-468.
2. Berlutti, F., Pantanella, F., Natalizi, T., Frioni, A., Paesano, R., Polimeni, A., & Valenti, P. (2011). Антивирусни свойства на лактоферин - естествена молекула на имунитета. Молекули, 16 (8), 6992-7018.
3. Brock, J. (1995). Лактоферин: мултифункционален имунорегулиращ протеин? Имунология днес, 16 (9), 417-419.
4. Brock, JH (2002). Физиологията на лактоферина. Биохимия и клетъчна биология, 80 (1), 1-6.
5. González-Chávez, SA, Arévalo-Gallegos, S., & Rascón-Cruz, Q. (2009). Лактоферин: структура, функция и приложения. Международно списание за антимикробни средства, 33 (4), 301-e1.
6. Levay, PF, & Viljoen, M. (1995). Лактоферин: общ преглед. Haematologica, 80 (3), 252-267.
7. Naot, D., Grey, A., Reid, IR, & Cornish, J. (2005). Лактоферин - нов фактор за растеж на костите. Клинична медицина и изследвания, 3 (2), 93-101.
8. Sanchez, L., Calvo, M., & Brock, JH (1992). Биологична роля на лактоферин. Архив на болестта в детството, 67 (5), 657.