Plant Lectins with Insecticidal and Insectistatic Activities

Lectins are an important group of proteins which are spread in all kingdoms of life. Their most lighted characteristic is associated to their specific carbohydrate binding, although function has been not even identified. According to their carbohydrate specificity, several biological activities have been assessed, finding that lectins can be used as mitogenic agents, biomarkers, and cytotoxic and insecticide proteins. Lectins have been classified according to several features such as structure, source, and carbohydrate recognition. The Protein Research Group (PRG) has worked on Colombian seeds from the family of Fabaceae and Lamiaceae plants, isolating and characterizing their lectins, and found more than one lectin in some plants, indicating that according to its specificity, different lectins can have different biological activities. In the case of legume domain lectins, they have shown the biggest potential as insecticide or insectistatic agents due to the glycosylation pattern in insect midgut cells. This review attempts to identify the characteristics of plant legume lectin domains that determine their insecticidal and insectistatic activities

Introducción al análisis estructural de proteínas y glicoproteínas

ilustracionesLos seres vivos están conformados por gran diversidad de proteínas con diferentes características físicas, químicas, estructurales y funcionales. Para entender la función de una proteína se necesita conocer su secuencia y, mejor aún, su estructura tridimensional. Hoy en día es significativo el incremento en el número de secuencias reportadas, al igual que el aumento en la determinación del número de estructuras tridimensionales por métodos experimentales e in silico. Todo este conjunto de estudios ha sido de gran importancia en la formulación de los conceptos modernos de la bioquímica y ha permitido entender la relación que se da entre estructura y función de las proteínas, esto es una premisa fundamental que guía el quehacer bioquímico. En el presente texto brindamos una descripción general de algunos de los aspectos más relevantes sobre los componentes estructurales de proteínas y glicoproteínas, así como algunas técnicas que se han usado para estudiar cada uno de los niveles estructurales que se encuentran en ellas.Introducción -- Capítulo uno Estructura primaria de proteínas -- Requisitos para establecer la secuencia de una proteína -- Procesos de fragmentación de proteínas Métodos enzimáticos -- Mapeo peptídico -- Métodos químicos -- Fragmentación de la proteína -- Secuenciación de los péptidos -- Superposición de fragmentos -- Fuentes de error en la determinación de la estructura primaria -- Limitaciones de la determinación de la estructura primaria a partir de la secuencia de adn -- Referencias -- Capítulo dos Caracterización de proteínas por espectrometría de masas (ms)-- Ionización en modo electrospray (esi) -- Ionización/desorción láser asistida por matriz (Maldi) -- Analizador -- Otros analizadores -- Analizador de trampa iónica (it) -- Ciclotrón de resonancia de iones con transformada de Fourier (ft-icr) -- Orbitrap -- Determinación de la secuencia de proteínas por espectrometría de masas -- Fragmentación de la molécula -- Determinación de la secuencia N-terminal -- Cuantificación de proteínas en estudios de proteómica -- Utilidad de la espectrometría de masas como herramienta en el análisis de problemas relacionados con proteínas -- Identificación de nuevas variantes proteínas -- Evaluación del plegamiento de las proteínas -- Referencias -- Capítulo tres Consecuencias de la determinación de la estructura primaria de proteínas -- Proteínas que tienen la misma función y están en diferentes especies -- Proteínas que surgieron por la duplicación de un gen -- Proteínas con diferente función y localización relacionadas evolutivamente -- Referencias -- Estructura secundaria -- Capítulo cuatro -- Aspectos relevantes para la formación de estructuras secundarias -- El enlace peptídico -- Ángulos de torsión -- Estructuras secundarias -- Héliceα -- Estructuraβ -- Propensiones -- Girosβ -- Estructuras supersecundarias -- Conformación de α-hélice, estructuras β y cadenas laterales -- Estabilidad -- Determinación experimental de la estructura secundaria Dispersión óptica rotatoria (dor) -- Dicroísmo circular (dc) -- Comportamiento de macromoléculas -- Aplicaciones del dicroísmo circular (dc) -- Referencias -- Capítulo cinco Estructura terciaria -- Determinación experimental de la estructura terciaria -- Determinación de la estructura de proteínas por difracción de rayos X -- Resonancia magnética nuclear -- Microscopía crioelectrónica o criomicroscopía electrónica (Cryo-em) -- Referencias -- Capítulo seis Glicoproteínas y carbohidratos -- Diversidad estructural de los oligosacáridos -- Biosíntesis de oligosacáridos en las glicoproteínas -- Análisis estructural y funcional de glicanos -- Análisis de la glicosilación en glicoproteínas -- 1. ¿La proteína es glicosilada? -- 2. Caracterización de la glicosilación en la proteína intacta -- 3. Caracterización de los oligosacáridos -- Análisis de la estructura del oligosacárido --Métodos químicos -- Métodos enzimáticos -- Métodos enzimáticos para elucidar estructura primaria de oligosacáridos -- Estudios de glicosilación, funciones biológicas y posibles aplicaciones -- Patologías asociadas a glicoproteínas -- Referencias -- Bioinformática estructural: aplicaciones del modelamiento estructural de proteínas -- Predicción de estructura secundaria y terciaria de proteínas -- Métodos para predecir estructura secundaria de proteínas -- Predicción de estructura terciaria -- Metodología sugerida para generar modelos estructurales -- Capítulo siete modelamiento estructural de proteínas -- Aplicaciones -- Conclusiones -- Referenciasprimera edició

Purificación parcial de péptidos presentes en el veneno del escorpión Tityus macrochirus (Buthidae) y evaluación preliminar de su actividad citotóxica

Introduction: Scorpion venom contains peptides with neurotoxic action primarily active on ion channels in the nervous system of insects and mammals. They are also characterized as cytolytic and anticancer, biological characteristics that have not yet been reported for the Tityus macrochirus venom.Objective: To assess if the total T. macrochirus venom and the fraction of partially purified peptides decrease the viability of various tumor-derived cell lines.Materials and methods: The scorpion venom was collected by electrical stimulation and, subsequently, subjected to chromatography, electrophoresis, and ultrafiltration with Amicon Ultra 0.5® membranes for the partial identification and purification of its peptides. The cytotoxic activity of the venom and the peptides fraction trials on tumor-derived cell lines were carried out by the MTT method.Results: The T. macrochirus scorpion venom has peptides with molecular weights ranging between 3 and 10 kDa. They were partially purified using the ultrafiltration technique, and assessed by the RP-HPLC method. Cytotoxicity trials with the whole T. macrochirus venom showed a higher viability decrease on the PC3 cell line compared to the other cell lines assessed, while the partially purified peptides decreased the HeLa cell line viability.Conclusion: Peptides in the T. macrochirus scorpion venom showed cytotoxic activity on some tumorderived cell lines. We observed some degree of selectivity against other cell lines assessed.Introducción. El veneno del escorpión posee péptidos con actividad neurotóxica que actúan principalmente en los canales iónicos del sistema nervioso de insectos y mamíferos. También se ha establecido su acción citolítica y anticancerígena, características biológicas que aún no se han explorado en el veneno del escorpión Tityus macrochirus.Objetivo. Evaluar si tanto el veneno total de T. macrochirus como la fracción de péptidos parcialmente purificados disminuyen el porcentaje de viabilidad de diferentes líneas celulares provenientes de tumores.Materiales y métodos. Mediante métodos cromatográficos, electroforéticos y de ultrafiltración con membranas de Amicon Ultra 0.5®, se identificaron y purificaron parcialmente los péptidos del veneno de T. macrochirus obtenido mediante estimulación eléctrica. Los ensayos de actividad citotóxica del veneno y de la fracción de péptidos se hicieron en líneas celulares provenientes de tumores con el método colorimétrico de reducción de la sal de tetrazolio (Mossman’s Tetrazole Test, MTT).Resultados. El veneno de T. macrochirus posee péptidos con pesos moleculares entre 3 y 10 kDa, los cuales se purificaron parcialmente mediante ultrafiltración y se evaluaron mediante cromatografía líquida de alta resolución en fase inversa (Reverse Phase-High Pressure Liquid Chromatography, RP-HPLC). Los ensayos de citotoxicidad del veneno total de T. macrochirus evidenciaron una mayor disminución de la viabilidad en la línea celular PC3 que en las demás líneas celulares evaluadas, en tanto que la fracción parcialmente purificada de péptidos logró disminuir la viabilidad de la línea celular HeLa.Conclusión. Los péptidos del veneno de T. macrochirus presentaron actividad citotóxica en algunas de las líneas celulares provenientes de tumores, y se observó algún grado de selectividad frente a ellas

Evaluación preliminar de actividad antibacteriana in vitro del veneno de escorpión Hadruroides charcasus (Karsch, 1879) contra Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus

Objetivo: Evaluar la actividad antibacteriana in vitro veneno de Hadruroides charcasus contra a Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus. Material y métodos. Por estimulación eléctrica se obtuvo el veneno del escorpión H. charcasus y posteriormente fue cuantificado por el método de relación de absorbancias, [mg/mL]= (1,56 x Abs 280nm) – (0,76 x Abs 260nm). Se realizó electroforesis, en condiciones desnaturantes (PAGE-SDS), usando un gel del 10 % y 12 % de entrecruzamiento. A través del sistema Amicon® Ultra – 0.5, se hizo la concentración de las fracciones de proteínas y péptidos. Para evaluar la actividad antibacteriana se empleó cepas de P. aeruginosa y S. aureus, se hizo el método de microdilución en microplaca de 96 pozos para determinar la concentración mínima inhibitoria (CMI). Resultados. La fracción soluble del veneno total presentó una concentración de 2,26 mg/mL y por PAGE-SDS, se observaron bandas con un rango peso molecular entre 7,0 – 9,1 kDa. Se obtuvo una CMI de 0,07 mg/mL y de 0,565 mg/mL para P. aeruginosa y S. aureus una CMI de 0,035 mg/mL Conclusión. el veneno del escorpión H. charcasus mostró actividad antibacteriana, con una concentración mínima inhibitoria diferente para cepas tanto S. aureus como para P. aeruginosa

Partial purification of peptides from the scorpion venom Hadruroides charcasus (Karsch, 1879) with antimicrobial activity.

Los venenos de muchas especies de escorpiones son fuentes ricas en componentes biológicamente activos, como los péptidos antimicrobianos, biomoléculas que aún no han sido estudiados del veneno de Hadruroides charcasus. El objetivo de este artículo es evaluar la actividad antimicrobiana de los péptidos parcialmente purificados del veneno del escorpión Hadruroides. asus. A partir de 15,46 mg de proteína total del veneno del escorpión H. charcasus se purificaron parcialmente sus péptidos por medio de cromatografía de filtración en gel empleando sephadex G-75, consecutivo a una cromatografía de intercambio iónico en CM-Sephadex C-25. El peso molecular estimado de los péptidos se determinó mediante electroforesis PAGE-SDS-Tris-Tricina al 15% y la evaluación de la actividad antibacteriana y antifúngica se empleó el método de microdilución y Kirby-Bauer con cepas de Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 y Candida albicans ATCC 10231. En la cromatografía de filtración en gel se obtuvieron 5 fracciones, de lo cual, la fracción IV presentó una concentración mínima inhibitoria de 3,6 mg/mL en S. aureus ATCC 29213 y en C. albicans ATCC 10231. De la cromatografía de intercambio se obtuvieron 7 fracciones, destacando la fracción OPDIV-5 con péptidos de 4 kDa; 5 kDa; 5,5 kDa y 6,4 kDa que presentó actividad antimicrobiana frente S. aureus ATCC 29213, E. coli ATCC 25922, P. aeruginosa ATCC 27853, C. albicans ATCC 10231.El veneno del escorpión H. charcasus presenta péptidos de naturaleza catiónica con actividad antibacteriana y antifúngica, según su actividad en las cepas evaluadasVenoms of many scorpion species are rich sources of biologically active components, such as antimicrobial peptides, biomolecules that have not yet been studied from Hadruroides charcasus venom. The aim of this article is to evaluate the antimicrobial activity of partially purified peptides from the venom of the scorpion Hadruroides charcasus. asus. From 15.46 mg of total protein from H. charcasus scorpion venom, its peptides were partially purified by gel filtration chromatography using sephadex G-75, followed by ion exchange chromatography on CM-Sephadex C-25. The estimated molecular weight of the peptides was determined by 15% PAGE-SDS-Tris-Tricine electrophoresis and the evaluation of antibacterial and antifungal activity used the microdilution and Kirby-Bauer method with strains of Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 and Candida albicans ATCC 10231. In gel filtration chromatography, 5 fractions were obtained, of which fraction IV showed a minimum inhibitory concentration of 3.6 mg/mL in S. aureus ATCC 29213 and C. albicans ATCC 10231. From the exchange chromatography, 7 fractions were obtained, highlighting the OPDIV-5 fraction with peptides of 4 kDa; 5 kDa; 5.5 kDa and 6.4 kDa that presented antimicrobial activity against S. aureus ATCC 29213, E. coli ATCC 25922, P. aeruginosa ATCC 27853, C. albicans ATCC 10231.H. charcasus scorpion venom presents peptides of cationic nature with antibacterial and antifungal activity, according to their activity in the evaluated strains.Incluye referencias bibliográfica

Antimicrobial Activity Developed by Scorpion Venoms and Its Peptide Component

Microbial infections represent a problem of great importance at the public health level, with a high rate of morbidity-mortality worldwide. However, treating the different diseases generated by microorganisms requires a gradual increase in acquired resistance when applying or using them against various antibiotic therapies. Resistance is caused by various molecular mechanisms of microorganisms, thus reducing their effectiveness. Consequently, there is a need to search for new opportunities through natural sources with antimicrobial activity. One alternative is using peptides present in different scorpion venoms, specifically from the Buthidae family. Different peptides with biological activity in microorganisms have been characterized as preventing their growth or inhibiting their replication. Therefore, they represent an alternative to be used in the design and development of new-generation antimicrobial drugs in different types of microorganisms, such as bacteria, fungi, viruses, and parasites. Essential aspects for its disclosure, as shown in this review, are the studies carried out on different types of peptides in scorpion venoms with activity against pathogenic microorganisms, highlighting their high therapeutic potential

Structural and functional characterization of toxic peptides purified from the venom of the Colombian scorpion Tityus macrochirus

The soluble venom of the scorpion Tityus macrochirus was separated by chromatographic procedures and three homogeneous peptides were obtained and their primary structures were determined. They were called: Tma1-Tma3, from the abbreviated name of the scorpion. Tma1 is a peptide containing 65 amino acids with four disulfide linkages and a molecular weight of 7386.2 Da. It is a mammalian toxin, shown to affect human sodium-channels sub-types hNav1.6 and hNav1.4. Tma2 and Tma3 are peptides containing 69 amino acids linked by four disulfide bonds, molecular weights 7819.7 and 7830.0 Da, respectively. They do not affect human sodium-channels but are lethal to insects (crickets). A phylogenic analysis of the three peptides and those of other toxic peptides isolated from the genus Tityus and Centruroides were grouped together and analyzed, permitting to obtain a topology with two main clades, one includes most sodium-channel anti-insect scorpion toxins and others includes mostly sodium-channel scorpion toxins anti-mammalian. Tma1 segregates among a group of well-studied β-class toxins of other Tityus species such as T. discrepans, T. obscurus and T. pachyurus. Tma2 and Tma3 are associated with anti-insect toxins, particularly with one of T. obscurus. This phylogenetic analysis confirms and enforces our experimental results obtained with these three new sodium-channel scorpion toxins