植物蛋白質(zhì).doc

第五章 植物蛋白質(zhì)目前，人類在對(duì)蛋白質(zhì)代謝的研究和認(rèn)識(shí)過程中，逐步得出了以下四個(gè)方面的結(jié)論：（1）任何生物細(xì)胞并不會(huì)合成全部自身遺傳信息中所具有的蛋白質(zhì)。但那些維持細(xì)胞生命活動(dòng)基本代謝過程所需要的酶和蛋白質(zhì)是必須合成的。（2）由于細(xì)胞分化作用導(dǎo)致了各種專業(yè)化細(xì)胞的生成，使得不同的生物細(xì)胞所擁有的蛋白質(zhì)各不相同，而且細(xì)胞的專業(yè)化可導(dǎo)致某些基本酶和蛋白質(zhì)的合成終止。例如，在種子中，專門貯存蛋白質(zhì)的細(xì)胞所含有的蛋白質(zhì)，在葉片細(xì)胞中就沒有；反之，在葉片細(xì)胞中專門進(jìn)行光合作用的蛋白質(zhì)在種子中也不存在。（3）在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)，其合成和擁有的蛋白質(zhì)種類，將隨著生物的生長(zhǎng)發(fā)育過程而發(fā)生一定的變化。例如，同工酶譜的變化。（4）由人類DNA測(cè)序結(jié)果可知，真核生物基因不是一個(gè)基因決定一種蛋白質(zhì)多肽鏈。由于DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA可剪接和編輯，因而一個(gè)基因可以編碼兩條以上蛋白質(zhì)多肽鏈。第一節(jié) 種子貯存蛋白質(zhì) 人們通常將植物在某發(fā)育階段合成、需保存到另一發(fā)育階段才能發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)稱為貯存蛋白質(zhì)（storage proteins）。典型的貯存蛋白質(zhì)一般都具有水溶性低、細(xì)胞中存在量大和脫水狀態(tài)下幾乎無生物活性的特征。 在糧食作物中最重要的種子貯存蛋白主要有兩種，即谷類作物種子蛋白和豆類作物種子蛋白。一、谷類作物種子蛋白 禾谷類種子的胚乳除含有大量淀粉外，還含有許多蛋白質(zhì)。雖然胚中的蛋白質(zhì)含量很高，但由于胚比胚乳小得多，所以從種子蛋白的總量上看，大部分蛋白質(zhì)存在于胚乳中。 禾谷類種子蛋白質(zhì)的分離提取通常 按溶解性不同分為四個(gè)組分，即清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。其中清蛋白可溶于水；球蛋白則溶于稀鹽溶液中。由于這兩種蛋白在胚乳中含量較少，所以，有人認(rèn)為它們可能是種子形成過程中酶蛋白的剩余物，并不是典型的種子貯存蛋白。禾谷類種子中的蛋白質(zhì)含量因品種、氣候和栽培條件而異，其主要谷類蛋白質(zhì)含量變化幅度見表1。 由表1可見，燕麥與其它谷物不同，其主要貯存蛋白是一種球蛋白。這種球蛋白由6條-鏈和6條-鏈組成，-鏈分子量為22000Da，-鏈分子量為32000Da。用甲醇、乙醇、異丙醇提取的種子蛋白稱為醇溶谷蛋白。它是大部分禾谷類作物種子中最主要的貯存蛋白，而且它常集中分布于一種專門用于貯存蛋白質(zhì)的特化細(xì)胞器蛋白體中。各種谷物種子中，醇溶谷蛋白的氨基酸組成十分近似，一般都含有比較多的Pro、Gln和leu。這種非極性氨基酸占優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象，使醇溶谷蛋白的溶解度很低，所以只能用有機(jī)溶劑提取。 用有機(jī)溶劑提取醇溶蛋白時(shí)，溶劑的碳鏈越長(zhǎng)，所使用的濃度可越低。如用甲醇提取醇溶谷蛋白濃度需達(dá)95%，乙醇則需70%，異丙醇只需5560%的濃度就能達(dá)到相同的提取效果。此外，在醇溶液中加入還原劑焦亞硫酸鈉（Na2S2O5），可增加醇溶蛋白的提取量。分析表明，小麥醇溶蛋白是由30 40種結(jié)構(gòu)近似的蛋白質(zhì)組成，分子量約為36000Da；玉米醇溶蛋白是由分子量相近的兩類蛋白質(zhì)組成，一類分子量約為19000Da，另一類為22000Da，兩者占玉米醇溶蛋白總量的80%90%。 水稻種子中的主要貯存蛋白為谷蛋白，而且它主要貯存于蛋白體中。谷蛋白需要用稀堿或稀酸溶液來提取，而且提取過程中常發(fā)生某些太鍵被降解，某些氨基酸被破壞脫氨的現(xiàn)象。此外，由于谷蛋白分子內(nèi)及分子間含有許多的二硫鍵，從而使谷蛋白交聯(lián)聚合成難溶解的狀態(tài)，因此，提取過程中使用一些還原劑使巰基還原，交聯(lián)鍵斷開，可提高谷蛋白的提取率。最常用的提取谷蛋白的還原劑為含SDS的堿性緩沖液。小麥中的谷蛋白和醇溶蛋白通常結(jié)合成復(fù)合物的形式存在，這種復(fù)合物也稱為“面筋”，它是一種重要的副食品。二、豆類作物種子蛋白豆類種子蛋白質(zhì)的含量比禾谷類高許多。一般谷物類種子蛋白的含量在10%左右，而豆類蛋白質(zhì)含量均在20%以上。如大豆的蛋白質(zhì)含量為38%，花生為25.6%，豇豆和蠶豆都為23.4%，豌豆為22.5%，野生大豆的蛋白質(zhì)含量甚至達(dá)到50%。豆類貯存蛋白主要分布于種子的子葉中，有些則存在于蛋白體中。而且豆類作物種子中的蛋白質(zhì)主要為球蛋白，它占了豆類總蛋白的70%，其余為清蛋白和谷蛋白。幾種豆類種子蛋白的含量見表2。 研究表明，豆類作物種子中的球蛋白主要有兩種，一種為豆球蛋白，按其沉降系數(shù)也稱為11S蛋白，此蛋白質(zhì)的分子量在300000 400000Da 之間。另一種稱為豌豆球蛋白，按其沉降系數(shù)也稱為7S蛋白，它的分子量在150000 200000Da 之間。由于這兩種蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性不同，所以很容易將它們分開。當(dāng)將豆蛋白混合溶液加熱到35時(shí)，豌豆球蛋白將凝結(jié)沉淀，而豆球蛋白不會(huì)凝聚沉淀。但豆球蛋白在等電點(diǎn)附近極易沉淀，將豆蛋白混合液的pH值調(diào)至4.55.0時(shí)，豆球蛋白便沉淀析出，而這時(shí)豌豆球蛋白則不會(huì)沉淀。從氨基酸組成上看，兩種豆類貯存蛋白中含酰胺基的氨基酸含量最高，含硫氨基酸含量較低。此外，大豆球蛋白分子中還含有糖基，而且糖基主要由甘露糖和氨基葡萄糖組成。對(duì)大豆種子球蛋白的結(jié)構(gòu)研究表明，大豆球蛋白是一個(gè)由12個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)，其中一種亞基為堿性亞基，分子量為20000Da，另一種為酸性亞基，分子量為40000Da。每一個(gè)酸性亞基與一個(gè)堿性亞基通過二硫鍵結(jié)合形成單體，然后再進(jìn)一步聚合形成二聚體、三聚體和六聚體，兩個(gè)六聚體再堆疊形成12聚體。豆類作物種子中除豆球蛋白外，還含有-伴大豆球蛋白和-伴大豆球蛋白，其結(jié)構(gòu)還不十分清楚。三、其它作物種子蛋白除禾谷類及豆類外，許多油料作物種子蛋白也有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。例如，棉籽中含有20%的蛋白，油菜籽中含有24%的蛋白，芝麻中含有18%的蛋白，向日葵中含有12.6%的蛋白，這些油料作物種子中的蛋白質(zhì)主要是球蛋白。此外，在一些以塊根、塊莖和肉質(zhì)果實(shí)作為貯存器官的作物中也含有一些貯存蛋白。如馬鈴薯蛋白質(zhì)的7080%都是貯存蛋白，而且含量與谷物作物種子蛋白質(zhì)含量相當(dāng)。四、影響種子貯存蛋白質(zhì)合成的因素： 目前認(rèn)為，影響種子貯存蛋白質(zhì)合成的因素主要有以下四個(gè)方面：1、脫落酸的作用研究表明，在植物激素中，與種子發(fā)育關(guān)系最密切的激素是脫落酸，它具有促進(jìn)種子發(fā)育的作用。用脫落酸處理大豆，可使大豆球蛋白增加；處理油菜，可使油菜的2S水溶性蛋白質(zhì)含量增加；處理玉米，可使玉米中分子量為15000Da、富含甘氨酸的蛋白質(zhì)在種子中的表達(dá)增加。當(dāng)植物缺水時(shí)，脫落酸在組織中的水平提高，其結(jié)果會(huì)誘導(dǎo)貯存蛋白質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)組織中表達(dá)。2、營(yíng)養(yǎng)因素營(yíng)養(yǎng)因素對(duì)種子貯存蛋白質(zhì)合成有較大影響，在眾多的營(yíng)養(yǎng)成分中，硫元素對(duì)種子貯存蛋白質(zhì)合成的影響了解得最清楚。一般來說，當(dāng)植物生長(zhǎng)在含硫不足的環(huán)境中，其富含硫的蛋白質(zhì)含量將減少，而不含硫或少含硫的蛋白質(zhì)含量將增加。例如，當(dāng)把豌豆置于缺硫的逆境時(shí)，含硫較高的11S豆球蛋白的含量?jī)H為生長(zhǎng)在正常條件下植株的15%，而含硫較少的7S豌豆球蛋白的含量則增加了50%。如果給逆境中生長(zhǎng)的豌豆施硫肥，11S豆球蛋白的合成均可上升到正常水平，而7S豌豆球蛋白的合成也將恢復(fù)到原來的水平。在大豆中也可觀察到類似的變化。目前認(rèn)為，缺硫之所以導(dǎo)致種子細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的變化，是因?yàn)槿绷蚩墒辜?xì)胞內(nèi)甲硫氨酸的含量降低，進(jìn)而影響了種子細(xì)胞內(nèi)某些貯存蛋白基因啟動(dòng)子的活力。可見植物體內(nèi)甲硫氨酸含量變化可起到調(diào)控種子貯存蛋白基因表達(dá)的作用，或者說甲硫氨酸的含量，在細(xì)胞中具有平衡種子中不同蛋白質(zhì)積累的作用。高含量甲硫氨酸刺激富含甲硫氨酸蛋白質(zhì)的翻譯，并使其較為穩(wěn)定，不易被水解。而另一方面，甲硫氨酸對(duì)含硫較少的種子貯存蛋白質(zhì)基因的翻譯具有抑制作用。有資料報(bào)道，用基因工程的方法提高煙草種子細(xì)胞內(nèi)甲硫氨酸的含量，其結(jié)果間接提高了轉(zhuǎn)基因煙草種子中富含硫蛋白的比例。由此可見，改變細(xì)胞中甲硫氨酸含量是提高種子中含硫蛋白質(zhì)含量，進(jìn)而提高食物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的有效途徑之一。3、成熟干燥 種子的發(fā)育以成熟干燥為最后階段，在這一階段中，種子細(xì)胞中的代謝趨于靜止?fàn)顟B(tài)，整個(gè)種子也進(jìn)入一個(gè)休眠期。一旦種子吸水，其代謝活動(dòng)便迅速恢復(fù)，但這一時(shí)期種子中的蛋白質(zhì)合成無論是在質(zhì)量上和數(shù)量上，都與種子發(fā)育過程中的蛋白質(zhì)合成截然不同。也就是說，種子的干燥過程就如同一個(gè)“開關(guān)”，他關(guān)閉了種子發(fā)育過程中蛋白質(zhì)基因的表達(dá)， 而打開了種子萌發(fā)所需蛋白基因的表達(dá)。有科學(xué)家曾將仍處在發(fā)育階段的種胚從母體中分離出來，然后不經(jīng)過干燥處理，發(fā)現(xiàn)被分離的胚在有脫落酸或者有滲透壓的條件下，仍然可以合成種子貯存蛋白。假如將分離胚先進(jìn)行干燥處理，然后讓其吸水，并給予脫落酸或滲透壓，失去合成種子貯存蛋白能力的種胚，此時(shí)的基因表達(dá)模式與種子萌發(fā)時(shí)的一致。但目前還不十分清楚干燥與種子中基因表達(dá)的轉(zhuǎn)換機(jī)理。4、其它蛋白質(zhì)基因的表達(dá)在種子發(fā)育過程中，絕大部分的mRNA是種子貯存蛋白的mRNA，但也有一些其它蛋白質(zhì)基因的表達(dá)，特別是直接與貯存蛋白質(zhì)的加工、包裝、運(yùn)輸、貯存有關(guān)的基因也需要表達(dá)。研究表明，發(fā)育種子中的貯存蛋白質(zhì)，在蛋白體內(nèi)形成正確構(gòu)象和準(zhǔn)確包裝的過程需要其它分子的協(xié)助，特別是伴侶分子，它可能與蛋白體的形成有關(guān)。例如，有研究表明，在玉米發(fā)育種子中，存在有一種分子量為75Da的結(jié)合蛋白，也稱Bip蛋白。該蛋白基因的表達(dá)與種子貯存蛋白基因的表達(dá)同步，而且用某些糖基化抑制劑處理玉米培養(yǎng)細(xì)胞可增加Bip基因的表達(dá)。 Bip蛋白也存在于植物的其它部分，而且它位于細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。雖然該蛋白質(zhì)基因的量很少，但能持續(xù)在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)?，F(xiàn)已知，Bip蛋白具有兩個(gè)相關(guān)的生物功能：（1）作為分子伴侶蛋白，促進(jìn)正在合成的多肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)系統(tǒng)；（2）作為媒介物質(zhì)，促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊成正確的構(gòu)象。人們?cè)谟衩缀退旧系难芯恳炎C明，Bip蛋白直接參與了蛋白質(zhì)的組裝，并且與蛋白體的形成密切相關(guān)。五、高豐度表達(dá)蛋白質(zhì)如前所述，種子發(fā)育的最后階段是成熟及休眠，而這一階段的特征是種子脫水，并且與種子發(fā)育有關(guān)的基因進(jìn)入暫時(shí)停頓狀態(tài)，而與種子成熟有關(guān)的基因開始活躍表達(dá)。通常我們把胚胎發(fā)育后期，所有在種子成熟過程中所表達(dá)的蛋白質(zhì)，統(tǒng)稱為高豐度表達(dá)蛋白質(zhì)（late embryo abundant protein，簡(jiǎn)稱Lea protein）。研究表明，即使種子周圍環(huán)境中存在有大量的水分，種子在成熟后期仍將自主脫水，種子細(xì)胞內(nèi)的水分仍逆水勢(shì)運(yùn)行，而且種子細(xì)胞可以在非常干燥的狀態(tài)下存活。 目前認(rèn)為，種子之所以能夠忍受干燥，關(guān)鍵是成熟種子中沉積了一些糖類物質(zhì)和Lea蛋白。糖分子所含有的羥基結(jié)構(gòu)可以代替細(xì)胞周圍的水膜，并保護(hù)細(xì)胞膜免受脫水造成的損傷。Lea蛋白則可能具有保護(hù)細(xì)胞質(zhì)、調(diào)節(jié)水勢(shì)和細(xì)胞內(nèi)離子濃度，以及調(diào)控基因表達(dá)等作用。Lea蛋白通常都位于細(xì)胞質(zhì)中，大多數(shù)Lea蛋白都是親水性的，極少含半胱氨酸和色氨酸。此外，有試驗(yàn)表明，大豆種子忍受胚細(xì)胞脫水的能力與Lea蛋白的含量有直接關(guān)系。如將種子吸水處理18小時(shí)后，Lea蛋白將減少，如吸脹過程中加入脫落酸或聚乙二醇，則可以減緩Lea蛋白的消失速度，同時(shí)種子的萌發(fā)速度也會(huì)減慢。這表明大豆Lea蛋白的含量與種子抗脫水的能力有關(guān)。此外，在Lea蛋白中還發(fā)現(xiàn)一種被稱為脫水素（dehydrin）的蛋白質(zhì)分子。此蛋白質(zhì)分子具有極高的親水性，即使在100沸水中煮過后，它仍能溶于水。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，脫水素中有一個(gè)富含賴氨酸的區(qū)域，推測(cè)此區(qū)域可能與脫水種子忍受低含水量或種子休眠有關(guān)。脫水素的研究對(duì)種子生理和植物抗旱具有重要的意義，特別是脫水素在植物營(yíng)養(yǎng)體中的表達(dá)與植物抗旱能力的關(guān)系，是一個(gè)值得探索的問題。此外，對(duì)Lea蛋白和脫水素的研究將推動(dòng)人工種子的研究。人工種子的研究正處在方興未艾的時(shí)期，制備人工種子的關(guān)鍵是能否誘導(dǎo)外植體同步形成大量的、具有萌發(fā)能力的“胚”，并且使其在人工“胚乳”中休眠。這就涉及休眠的誘導(dǎo)及對(duì)干燥的忍耐能力，并與Lea蛋白和脫水素的表達(dá)及功能有關(guān)。第二節(jié) 植物凝集素一、植物凝集素的分布及作用特點(diǎn)植物凝集素也稱外源凝集素，它是指一類非免疫起源的，含有至少一個(gè)非催化結(jié)構(gòu)域，并可與特異單糖、寡糖、多糖及其衍生物可逆結(jié)合，使一定種類細(xì)胞凝集的蛋白質(zhì)。植物凝集素廣泛分布于高等植物的種子、塊莖、球莖等貯藏器官中，而且在不同植物和同一植物的不同組織中，具有結(jié)構(gòu)和分布的多樣性。從結(jié)構(gòu)上看，植物凝集素與抗體不同，它們沒有共同的結(jié)構(gòu)特性；大多數(shù)凝集素含有共價(jià)結(jié)合的糖分子，故為糖蛋白。但各凝集素的糖含量不等，高的可接近50%。也有一些凝集素不含共價(jià)結(jié)合的糖，是單純蛋白質(zhì)。凝集素的分子量相差也很大，有的數(shù)萬，有的數(shù)十萬，而且它們都由亞基組成，絕大多數(shù)含有相同的亞基，但少數(shù)是由不同亞基組成的。通常凝集素的一個(gè)亞基具有一個(gè)糖結(jié)合的位點(diǎn)，且同一凝集素的亞基結(jié)合糖的專一性相同，結(jié)合部位均一，并且不相互作用，但少數(shù)凝集素例外，它們的亞基與糖結(jié)合的專一性不完全相同。 凝集素除了可與單糖、寡糖和多糖結(jié)合外，還可與糖蛋白和糖脂結(jié)合。如細(xì)胞膜表面分布有某種凝集素所能識(shí)別結(jié)合的糖蛋白時(shí)，凝集素便與其糖基部分結(jié)合，并附著于細(xì)胞膜上，由于每個(gè)凝集素一般具有兩個(gè)以上的糖基結(jié)合部位，因此，當(dāng)凝集素同兩個(gè)以上細(xì)胞的膜結(jié)合時(shí)，便能引起細(xì)胞凝聚。凝集素的凝集作用還有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）凝集作用具有專一性：這是由于不同細(xì)胞膜表面所分布的糖蛋白糖基不同，所以各種凝集素能引起不同的細(xì)胞凝集。例如，能引起A型紅細(xì)胞凝集的凝集素，常不能引起B(yǎng)型、O型紅細(xì)胞凝集作用。這是因?yàn)锳型血的紅細(xì)胞專一性被凝集素識(shí)別的糖基是N-乙酰半乳糖胺；B型血紅細(xì)胞為半乳糖；O型血紅細(xì)胞為L(zhǎng)-巖藻糖。 （2）凝集作用可受高濃度的特定糖所抑制。因?yàn)槟胤肿由系慕Y(jié)合部位一旦與某種游離糖類結(jié)合，就不能再與細(xì)胞膜上的糖基結(jié)合，這樣細(xì)胞凝集作用就可被抑制。一般來說，相應(yīng)的糖蛋白及寡糖比單糖的抑制能力大得多。例如，馬鈴薯凝集素最好的抑制劑是1，4糖苷鍵連接的N-乙酰葡萄糖胺五糖，其抑制活性分別比四糖高2.5倍，比三糖高25倍，比二糖高50倍，而N-乙酰葡萄糖胺單糖則不起作用。二、植物凝集素的分類： 目前根據(jù)不同單糖對(duì)各種凝集素活性的抑制作用，可把凝集素分為以下五類：1、受-葡萄糖或-甘露糖抑制的凝集素；如伴刀豆球蛋 白A、扁豆凝集素。2、N-乙酰葡萄糖胺抑制凝集素；如麥胚凝集素和荊豆凝集素。3、N-乙酰甘露糖胺抑制的凝集素，如菜豆凝集素和雙花扁豆凝集素。4、半乳糖抑制的凝集素如花生凝集素、蓖麻凝集素和相思豆素。5、L-巖藻糖抑制的凝集素。如百脈根凝集素和荊豆凝集素。三、凝集素的結(jié)構(gòu)與同工凝集素：伴刀豆球蛋白A是目前結(jié)構(gòu)研究得最清楚的凝集素。它由四個(gè)亞基組成，每個(gè)亞基分子量為25500Da，含237個(gè)AA，亞基形狀為半橢球形，上面有一凹陷的結(jié)合部位，分子中還結(jié)合有一個(gè)Ca2+和一個(gè)Mn2+，亞基的構(gòu)象為大量反平行式-折迭。該凝集素的凝集作用受D-葡萄糖和D-甘露糖的強(qiáng)烈抑制。但伴刀豆球蛋白的最適結(jié)合物也是以葡萄糖和甘露糖為非還原性末端的寡糖和多糖。另一個(gè)目前比較了解的凝集素為麥胚凝集素。它由兩個(gè)相同亞基組成，每個(gè)亞基上有四個(gè)結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域由41個(gè)AA組成，且折疊方式相似，都是由兩個(gè)二硫橋連接，但凝集素肽鏈呈無規(guī)則卷曲，即無-螺旋，也無-折疊。在該凝集素分子的每個(gè)亞基上都存在有一個(gè)糖結(jié)合位點(diǎn)，其結(jié)合專一性是N-乙酰葡萄糖胺。此外，這種凝集素分子內(nèi)的Cys比例很高，而其它植物蛋白中含硫AA則較少。 同工凝集素是指那些可識(shí)別和結(jié)合同一種糖類，但分子組成和凝集活性不相同的一組凝集素。與同工酶的情況相似，大多數(shù)植物凝集素都是由2-4個(gè)亞基組成，通過亞基的不同組合形成同工凝集素。例如，一種腎形菜豆凝集素，它由4個(gè)亞基組成，分為L(zhǎng)亞基的R亞基兩種，通過不同組合方式形成五種同工凝集素L4，L3R，L2R2，L1R3，R4。其中L4可有效凝集白血球，對(duì)紅血球的凝集活性很小。R4則相反，對(duì)紅血球的凝集活性很高，但不能凝集白血球。所以含L-亞基多的同工凝集素對(duì)白血球敏感，含R亞基多的同工凝集素對(duì)紅血球敏感。四、植物凝集素的生理作用 凝集素的識(shí)別作用對(duì)植物本身的意義目前還不完全清楚，就目前比較肯定的作用主要有以下幾個(gè)方面：1、在種子成熟、萌發(fā)過程中起運(yùn)輸和保護(hù)作用；如充當(dāng)儲(chǔ)存蛋白或其它物質(zhì)的包裝分子，參與運(yùn)輸過程；保護(hù)種子免于動(dòng)物食取的作用。2、可作為植物胚細(xì)胞促有絲分裂的因子。3、在固氮菌與豆科植物的結(jié)合中起識(shí)別作用。研究表明，各種豆科植物對(duì)根瘤菌的種屬有嚴(yán)格的選擇性，例如能使大豆產(chǎn)生根瘤的細(xì)菌不能感染其它豆類，但如把大豆凝集素涂在其它豆類植物根毛上，則會(huì)吸引大豆根瘤菌與其它豆類結(jié)合。這表明根瘤菌是由寄主的外源凝集素識(shí)別，從而使固氮成為可能。4、可抑制細(xì)菌、真菌、病毒等病原體的入侵。如麥胚凝集素對(duì) 綠色木霉孢子的萌發(fā)及菌絲的生長(zhǎng)有抑制作用；對(duì)棉花凝集素的研究表明，棉花不同品種抗病能力與其種子浸取液的血凝活性成正相關(guān)。并觀察到浸取液及其分離的蛋白質(zhì)組分能顯著抑制棉花枯萎病菌絲的生長(zhǎng)。 5、凝集素具有抗蟲性。 轉(zhuǎn)基因植物凝集素防治害蟲的研究表明：凝集素對(duì)害蟲的相互作用機(jī)理可能有以下幾個(gè)方面： 凝集素結(jié)合到昆蟲食道膜的幾個(gè)質(zhì)上； 凝集素結(jié)合到昆蟲食道膜的糖復(fù)合物上； 凝集素結(jié)合到昆蟲中腸上皮細(xì)胞暴露在表面的糖復(fù)合物上； 凝集素結(jié)合到昆蟲糖基化的消化酶上； 凝集素結(jié)合到受體植物的糖基化蛋白上，而使此蛋白不能被消化。 五、植物凝集素的應(yīng)用：凝集素的糖專一性和能與細(xì)胞膜表面糖蛋白結(jié)合的能力，使它成為了一種有力的研究工具，并在醫(yī)學(xué)及生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用。目前植物凝集素的主要應(yīng)用有以下幾個(gè)方面。1、分離純化細(xì)胞：主要是利用凝集素對(duì)各種細(xì)胞的結(jié)合能力不同的特性，將不同細(xì)胞分離開來。如同一種凝集素有時(shí)可將正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞；幼細(xì)胞與成熟細(xì)胞；有絲分裂細(xì)胞與間期細(xì)胞等分離開來。特別是近年來人們發(fā)現(xiàn)凝集素往往優(yōu)先與癌細(xì)胞結(jié)合，并對(duì)其有促進(jìn)分裂的活性，因而可作為區(qū)分癌細(xì)胞和正常細(xì)胞的工具。2、分離純糖蛋白：利用凝集素與糖基專一性結(jié)合的能力分離糖蛋白有兩大優(yōu)點(diǎn)；一是植物凝集素易于大量取得，分離過程中易于洗脫；二是提取工作是在近中性的溫和條件下進(jìn)行，糖蛋白不會(huì)被破壞變性。3、鑒定血型：有幾種凝集素可用作鑒定血型的工具，如百脈根凝集素可以鑒定O型血的紅血球，雙花扁豆凝集素可以直接鑒定A型血的A、A1亞型和A2亞型。不過近年生物技術(shù)已發(fā)展了一種與血型有關(guān)的特殊克隆抗體，已經(jīng)可以取代部分植物凝集素鑒定血型。 4、用于研究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系 如可用標(biāo)記了的凝集素研究細(xì)胞膜上的激素受體分布密度、結(jié)構(gòu)特征，了解膜在發(fā)育分化過程中及不同條件下的變化。5、促使淋巴細(xì)胞分裂： 已證明許多凝集素在體外對(duì)細(xì)胞分裂有促進(jìn)作用，特別是激活動(dòng)物T淋巴細(xì)胞的分裂。這種促進(jìn)作用與凝集素的糖專一性有關(guān)，并且相應(yīng)的單糖可抑制其促進(jìn)細(xì)胞分裂的能力。根據(jù)T淋巴細(xì)胞被激活的數(shù)量?？煞从硻C(jī)體的細(xì)胞免疫水平，監(jiān)視各種免疫抑制和免疫增強(qiáng)劑的療效，特別是可用來評(píng)價(jià)愛滋病人的免疫功能。 6、抑制蛋白質(zhì)合成的作用： 已發(fā)現(xiàn)有某些凝集素具有抑制蛋白質(zhì)合成的作用，但機(jī)制不明，這些凝集素可作為蛋白質(zhì)合成的抑制劑。 隨著學(xué)科的發(fā)展，預(yù)計(jì)將有更多種類的新植物凝集素被發(fā)現(xiàn)，有更多能識(shí)別特異糖基的植物凝集素得到廣泛的應(yīng)用，為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)免疫學(xué)和臨床診斷治療提供新的手段和技術(shù)。第三節(jié) 蛋白酶抑制劑很多植物中存在有能抑制蛋白酶水解活性的一類蛋白質(zhì)分子，我們稱之為蛋白酶抑制劑。蛋白酶抑制劑分布廣泛，特別是在一些豆科、茄科、禾本科及十字花科植物的種子、塊莖等貯藏器官中，蛋白酶抑制劑含量常高達(dá)總蛋白質(zhì)的610%或種子干重的2%。根、葉中也常有蛋白酶抑制劑存在。 現(xiàn)已知的蛋白酶抑制劑都具有一定的專一性，根據(jù)專一性不同可將其分為四大類： 抑制活性中心含Ser蛋白酶抑制劑； 抑制活性中心含SH基蛋白酶抑制劑； 抑制酸性蛋白酶抑制劑； 抑制金屬羧肽酶抑制劑。但尚未發(fā)現(xiàn)抑制氨肽酶的抑制劑。目前對(duì)蛋白酶抑制劑的結(jié)構(gòu)已比較清楚的主要有以下幾類：一、大豆種子中的蛋白酶抑制劑：1、Kunitz(庫(kù)尼茲)抑制劑：它的分子量為20000，由181個(gè)AA組成，分子內(nèi)有兩個(gè)二硫橋。它可專一性抑制胰蛋白酶活性，分子中第63位Arg和64位Leu是其活性部位，其抑制作用主要是Arg羧基碳與胰蛋白酶活性中心Ser的羥基結(jié)合。抑制劑上有12個(gè)AA與酶接觸，共形成13個(gè)氫鍵和300個(gè)左右范德華鍵。抑制劑與蛋白酶結(jié)合形成的復(fù)合物在PH3以下的酸性條件下可被完全解離。2、Bowman-Birk(包曼伯克）抑制劑：它的分子量為8000，由71個(gè)AA組成，分子中有7個(gè)二硫鍵，故它的結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，對(duì)熱、酸和堿的耐受性很強(qiáng)。由于其分子中有兩個(gè)分別由9個(gè)AA組成小環(huán)的活性部位，故稱之為“兩頭抑制劑”。當(dāng)用CNBr和胃蛋白酶處理時(shí)，可使Met27和Arg28之間和Asp56和Phe57之間斷開形成兩個(gè)活性片段。帶有 Lys-Ser活性部位的一半可抑制胰蛋白酶，帶有Leu-Ser活性部分可抑制胰凝乳蛋白酶。此外，其他許多豆類種子中也存在這種兩頭抑制劑，而且活性部位和AA序列都十分相似，故有人認(rèn)為這些兩頭抑制劑可能是由同一個(gè)祖先基因倍增而來。 二、小麥、玉米和稻米中的胰蛋白酶抑制劑： 小麥中的胰蛋白酶抑制劑有三種，一個(gè)分子量在17,000 18,000，活性部位在Arg35和Ala36處,另外兩個(gè)分子量在12,000，活性部位不清楚。 玉米中有一種胰蛋白酶抑制劑，它是一種相同亞基的多聚復(fù)合物，亞基分子量為21,000，由168個(gè)AA組成，活性部位是Arg24和Leu25。 稻胚中的抑制劑由200AA組成，結(jié)構(gòu)分析表明它與Kunitz抑制劑相似。三、馬鈴薯蛋白酶抑制劑： 馬鈴薯蛋白酶抑制劑有三種類型：1、抑制劑：分子量39,000，強(qiáng)烈抑制胰凝乳蛋白酶 ，它由四個(gè)不同亞基組成，每個(gè)亞基有一個(gè)酶結(jié)合部位。2、抑制劑：分子量20,000，是由四種亞基組成的各種二聚體混合物，每個(gè)二聚體有兩個(gè)活性部位，都能有效地抑制胰蛋白酶，但對(duì)胰凝乳蛋白酶的抑制活性不同。3、羧基肽酶抑制劑：可抑制羧肽酶A和B的活性，分子量3500，為具有38及39個(gè)AA的兩種多肽的混合物。兩者順序相同，只是后者多一個(gè)AA殘基。此外，馬鈴薯中還分離到一種分子量為5500，專一性較廣泛的蛋白酶抑制劑。四、蛋白酶抑制劑的功能：1、調(diào)節(jié)種子蛋白質(zhì)的分解：現(xiàn)認(rèn)為蛋白酶抑制劑可能在種子成熟過程中有防止蛋白質(zhì)分解的作用，因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)豇豆、大麥和稻米中的抑制劑都有抑制內(nèi)源蛋白酶活性的作用，而在種子萌發(fā)時(shí)，抑制劑的量明顯減少，有利于蛋白質(zhì)水解和幼苗生長(zhǎng)，但與之矛盾的是大豆、豌豆的抑制劑對(duì)內(nèi)源蛋白酶沒有抑制作用，而且大豆萌發(fā)時(shí)，蛋白酶活性也無變化。此外，還有一些種子的抑制劑不存在于蛋白體中，似乎難于起調(diào)節(jié)作用。2、防御作用： 人們發(fā)現(xiàn)許多蛋白酶抑制劑可以抑制昆蟲消化道中蛋白酶和病原微生物的蛋白酶，特別是在植物受到蟲咬或機(jī)械損傷時(shí)，抑制劑活性升高，甚至在鄰近受害葉的部位也升高。3、對(duì)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的有害作用：蛋白酶抑制劑可降低食物中蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，引起動(dòng)物生長(zhǎng)阻滯，如在給大鼠和雞喂生大豆時(shí)，動(dòng)物的胰臟腫大，機(jī)理不完全清楚。從這個(gè)角度講，作物育種時(shí)應(yīng)盡可能降低其蛋白酶抑制劑的含量。第四節(jié) 植物的運(yùn)動(dòng)收縮蛋白現(xiàn)在人們已知許多動(dòng)物都是靠肌肉細(xì)胞中存在的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的相互作用進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的。雖然植物表面上看沒有運(yùn)動(dòng)，但實(shí)際上在植物界也存在各種非肌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。例如，許多植物細(xì)胞及花粉管中的細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)；單細(xì)胞衣藻的鞭毛運(yùn)動(dòng)；真核細(xì)胞中有絲分裂時(shí)染色體向兩極運(yùn)動(dòng)等都是非肌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。非肌細(xì)胞運(yùn)動(dòng)與肌細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的機(jī)理是相同的，它們也是收縮蛋白相互作用的結(jié)果?，F(xiàn)已知在非肌細(xì)胞中存在兩種與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)有關(guān)的結(jié)構(gòu)，一種是微絲；另一種是微管，這兩種結(jié)構(gòu)都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，但蛋白質(zhì)的組成各不相同。一、構(gòu)成微絲的蛋白：微絲主要由肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白組成，故也稱肌動(dòng)蛋白纖絲，它廣泛存在于真核細(xì)胞中并參與細(xì)胞中許多重要的功能，如肌肉收縮，細(xì)胞分裂等，近年來發(fā)現(xiàn)微絲骨架網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與細(xì)胞信號(hào)傳遞和細(xì)胞膜形態(tài)的維持有關(guān)。1963年中國(guó)農(nóng)大閻隆飛教授從煙草維管束中分離出了肌動(dòng)蛋白。發(fā)現(xiàn)該蛋白具有ATP酶活性后來他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在1985年又從黃瓜的花粉管及豌豆葉片的卷須中分離純化了肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白。另有報(bào)道在番茄內(nèi)果皮細(xì)胞、小麥幼芽、玉米胚和大豆幼苗、芹菜韌皮部都發(fā)現(xiàn)