豆類植物凝集素研究

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1、中國(guó)生物工程雜志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，３１（７）：１３３?１３９豆科凝集素研究進(jìn)展殷曉麗李婷婷劉東亮王燕孫素榮（新疆生物資源與基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院烏魯木齊８３００４６）摘要豆科凝集素是植物凝集素中最豐富，也是研究最多的一類凝集素。在生理?xiàng)l件下豆科凝集素大多是以二聚體或四聚體的形式存在，這種低聚物的形式給予豆科凝集素較強(qiáng)的糖專一性和大分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。豆科凝集素除作為植物儲(chǔ)存物質(zhì)的作用外，還具有識(shí)別糖蛋白、糖肽及生物膜中碳水化合物和作為植物與微生物的共生介質(zhì)等生理功能?，F(xiàn)對(duì)豆科凝集素的結(jié)構(gòu)、功能及其在生物學(xué)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用進(jìn)行了

2、綜述。關(guān)鍵詞豆科凝集素糖結(jié)合蛋白中圖分類號(hào)Ｑ９４９９８凝集素（ｌｅｃｔｉｎ）是一類至少有一個(gè)非催化結(jié)構(gòu)域，物的種子，在成熟種子中占蛋白質(zhì)總含量的１０％左右，［２］能非共價(jià)地可逆結(jié)合專一性單糖或寡糖的非免疫源被稱為豆科凝集素家族。另外，豆科植物的其他組［１］性、非酶本質(zhì)的糖結(jié)合蛋白。植物凝集素首先是織，如葉、莖、果實(shí)、樹皮、根中也分布著一些與種子凝１８８８年被Ｈｅｒｍａｎ和Ｓｔｉｌｌｍａｒｋ在蓖麻（Ｒｉｃｉｎｕｓｃｏｍｍｕｎｉｓ集素高度同源的凝集素，它們與種子凝集素有類似的Ｌ．）籽萃取物中發(fā)現(xiàn)的一種具有凝集紅細(xì)胞作用的細(xì)氨基酸序列和糖結(jié)合特異性，但仍然是由不同基因編胞凝集因子。至今已經(jīng)發(fā)

3、現(xiàn)的植物凝集素近１０００種，［４］碼的蛋白質(zhì)。豆科植物凝集素一級(jí)氨基酸序列和三通過研究已獲得了一些凝集素的生物學(xué)特性、蛋白質(zhì)級(jí)結(jié)構(gòu)相似性很高，但糖專一性和四級(jí)結(jié)構(gòu)卻有很大［２］的結(jié)構(gòu)與功能及基因的編碼順序等信息。Ｐｌíｎｉｏ的不同［５６］。根據(jù)不同的糖結(jié)合特異性，大部分豆科凝Ｄｅｌａｔｏｒｒｅ等根據(jù)植物凝集素亞基的結(jié)構(gòu)特性，將其分為集素屬于甘露糖／葡萄糖和半乳糖／Ｎ乙酰半乳糖胺結(jié)４個(gè)類型：部分凝集（ｍｅｒｏｌｅｃｔｉｎｓ），只含１個(gè)糖結(jié)合結(jié)構(gòu)合的凝集素，有些能識(shí)別Ｌ巖藻糖等其它糖［７］。豆科域，它們不能沉積復(fù)合糖和凝集細(xì)胞；全凝集素凝集素具有多種生理功能，如識(shí)別糖蛋白、糖肽及生物（

4、ｈｏｌｏｌｅｃｔｉｎｓ），含至少２個(gè)相同或非常相似的糖結(jié)合結(jié)膜中碳水化合物決定簇，作為植物體的儲(chǔ)存蛋白和微構(gòu)域，它們可以凝集細(xì)胞和沉淀復(fù)合糖，絕大多數(shù)具凝生物的共生介質(zhì)等。隨著人們對(duì)豆科凝集素結(jié)構(gòu)與功集功能的植物凝集素屬于此類；嵌合凝集素能等多方面的深入研究，它在生物學(xué)、農(nóng)學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（ｃｈｉｍｅｒｏｌｅｃｔｉｎｓ）是一類融合蛋白，由１個(gè)或多個(gè)糖結(jié)合的應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注。結(jié)構(gòu)域及１個(gè)具有酶活性或其他生物活性的結(jié)構(gòu)域共同組成；超凝集素（ｓｕｐｅｒｌｅｃｔｉｎｓ），至少含２個(gè)以上的糖１豆科凝集素的結(jié)構(gòu)［３］結(jié)合結(jié)構(gòu)域。豆科凝集素一般都是由２個(gè)或４個(gè)２５～３０ｋＤａ的豆科植物凝集素種類最豐富

5、，占６００多種，其中７０［８］亞基組成，Ｓｕｍｎｅｒ和Ｈｏｗｅｌｌ第一個(gè)將刀豆凝集素結(jié)多種已被分離純化，這些豆科凝集素大多來(lái)自豆科植晶出來(lái)，并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行了廣泛的描述，而且他們還首次報(bào)道了蔗糖能夠抑制刀豆凝集素的凝集活性。隨著收稿日期：２０１０１２２９修回日期：２０１１０４０２Ｘ射線晶體衍射技術(shù)和表面等離子共振等技術(shù)的應(yīng)新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金（２０１０２１１Ａ０１）、新疆高校科研計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（ＸＪＥＤＵ２００８Ｉ０１）、新疆生物資源基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)用，人們對(duì)豆科凝集素的研究不僅僅只停留在活性水室開放基金（ＸＪＤＸ０２０１－２００９－０３）資助項(xiàng)目［３，９］平上，而是將其擴(kuò)

6、展到了立體空間結(jié)構(gòu)水平上。通訊作者，電子信箱：ｓｒ＿ｓｕｎ２００５＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ豆科凝集素是研究未折疊二聚體和四聚體蛋白的１３４中國(guó)生物工程雜志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．３１Ｎｏ．７２０１１［１１１２］較好模式系統(tǒng)，它們的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)完整性受寡聚化以它的亞基間作用沒有大豆凝集素的強(qiáng)。作用的影響。豆科凝集素的一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)及三豆科凝集素一般都是以二聚體或四聚體的形式存［５６］級(jí)結(jié)構(gòu)很相似，幾乎６０％的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件由β在，但大多數(shù)豆科凝集素在生理?xiàng)l件下卻只以四聚體２＋２＋ｓｔｒａｎｄｓ組成，這些絲條通過環(huán)形區(qū)域彼此連接，三級(jí)結(jié)形式存在，而且每個(gè)亞基都有１個(gè)

7、Ｃａ、１個(gè)Ｍｎ和獨(dú)［１３１４］構(gòu)由兩條反向平行的β片層、６條平行的“后”β片層立結(jié)合糖的能力。豆科凝集素四聚體的形成與單（ｂａｃｋβｓｈｅｅｔ）和７條彎曲的“前”β片層（ｆｒｏｎｔβ體中的６條直的“后”β片層間的多種結(jié)合方式有關(guān)，ｓｈｅｅｔ）組成，最后，這些片層又被５條形成“蓋”（ｒｏｏｆ）當(dāng)參與形成二聚體的單體間β片層的相互位置不同的上部β片層（ｔｏｐβｓｈｅｅｔ）依次連接，如圖１（ａ）所示，時(shí)，由這些二聚體形成的豆科凝集