糖生物学作业-植物凝集素概述

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1、植物凝集素概述摘要:植物凝集素是来源于植物的一类能凝集细胞和沉淀单糖或多糖复合物的非免疫来源的非酶蛋白质。植物凝集素具有细胞凝集、抗病毒、抗真菌及诱导细胞凋亡或自噬等多种能力,因此在生命科学、医学及农业方面均有较好的研究价值和应用前景。本文综述了植物凝集素近年来的研究概况，介绍了凝集素的定义，植物凝集素的结构特性、分类、分离纯化、功能及其应用。1凝集素的发现及定义目前已经发现了近1000种植物凝集素，并在生理生化及分子生物学方面对它们进行了许多研究，其中豆科植物凝集素有600多种。植物屮，不仅种子屮存在凝集素,根、茎、叶、皮、果汁中也

2、发现有凝集素。1888年Herman和Stillmark首次在匏麻萃収物中发现了凝集素，它具有凝集红细胞的作用。Renkonnen发现它们对血细胞凝集时具有选择性。随着对红细胞凝集反应屮血型特异性认识程度的逐渐深入，Watkin和Morgan建立了人类ABO血型系统凝集反应屮严格的糖特异性结合理论。Goldstein给出了凝集素的第一个较确切的定义：凝集素是自然界广泛存在的一类能凝集细胞、多糖或糖复合物的非源于免疫反应的糖蛋白。现在研究表明，它还能够特异性识别并可逆结合复杂糖复合物中的糖链，而不改变所结合糖基的共价键结构。另外，198

3、0年，Nature杂志发表了5位凝集素研究方面著名科学家的联名信，提出了当吋较有权威性的凝集素定义：凝集素是指非免疫來源的糖结合蛋白或糖蛋白，并应有使细胞凝集或糖复合物沉淀的能力。此定义包含三个要点：（1）凝集素是蛋白质或糖蛋白；（2）凝集素必须有专一的与糖基结合的特性，但是排除了免疫来源的针对糖基的抗体；（3）因为规定了能使细胞凝集或是糖复合物沉淀的特性，所以凝集素分子必须具有两个或更多糖结合位点，这样把一些虽有糖结合能力但是糖结合位点仅有一个的酶、转运蛋白、激素、毒素等排除在外。2植物凝集素的结构特性目前己经获得纯化的凝集素中，阐

4、明氨基酸序列的并不多，多数是对甘露糖（或葡萄糖）专一的凝集素。从已分离的凝集素看,分子量变化范围约为10kDa〜100kDa,亚基数目为2〜4个。关于亚基产生的分子机制，有三种解释：（1）不同亚基是不同基因编码的产物；（2）不同亚基由统一基因编码,但经翻译过程形成分子暈相同或不同的肽链；（3）翻译后不同程度的修饰导致。现己知道，凝集素与糖的结合是通过其分子屮肽链的活性部位，即专一结合糖的区域实现的，与凝集素分子中共价结合的糖无关。凝集素至少应该具有2个与糖结合的位点，而且结合是可逆的。它有以共价键相连接的蛋白质和糖2个部分。其中前者占

5、较大的比例，一般是几个单糖构成寡糖链，再以2种方式与蛋白质肽链相连，分别构成N-连接糖蛋口和0-连接糖蛋口。现C知的糖肽连接键主要有三种：（1）血清型糖蛋白，亦称天冬酰胺2连接或N-连接的糖蛋白；（2）粘蛋白型糖蛋白，糖链与肽链由GalNAca1-Ser/Thr连接；（3）真菌中的Man-Thr连接。凝集素不仅可以识别不同的单糖而且也可以特异结合不同的寡糖。此外，凝集素2糖互作也较好地解释了细胞识别系统的机制。基于细胞表面含有大量的凝集素和糖复合物，使细胞以凝集素为桥梁进行相互作用成为可能。凝集素除了有与糖结合的位点外，还可以与其它生

6、物大分子儿丁质、糖脂和多糖等结合。凝集素一般为二聚体或四聚体结构，其分子由一个或多个亚基组成，每一个亚基有一个与糖分子特异结合的专一点。豆科植物凝集素至少有一个非催化结构域，并可逆地结合到特界单糠或寡糖上。结构域的数量由凝集素的复合体数目來决定。二体或多体凝集素可以形成多种结构的蛋白糖复合体。单体凝集素不能形成这种复合结构（Ron等，1992）。通过豆科植物凝集素晶体结构的分析，发现凝集素与糖形成的复合体，每个单体结合着52+和Mn2+,与其中四个高度保守的氨基酸残基直接相互作用。豆科植物凝集素结合单糖位点的氨基酸残基是Asp-81、

7、Gly-99、Asn-125、Gly-216、Ala-217、Glu-218,它们结合单糖的位点对于结合糖来讲都是必需的。3植物凝集素的分类3.1根据植物凝集素业基的结构待征，植物凝集素被分成4种类型，部分凝集素(merolectins)、全凝集素(hololectins)>嵌合凝集素(chimerolectins)、超凝集素(super21ectins)。3.2根据氨基酸序列的同源性及其在进化上的关系，植物凝集素可以分为7个家族：豆科凝集素、儿丁质结合凝集素、单子叶甘露糖结合凝集素、II型核糖体失活凝集素、木菠萝素家族、葫芦科韧皮部

8、凝集素、觅科凝集素。3.3按结合糖的类型,凝集素可分为6类:(1)D-甘露糖或D-葡萄糖凝集素，如伴刀豆凝集MA(ConA)；(2)N-乙酰氨基葡萄糖凝集素，如麦胚凝集素(WGA)；(3)N-乙酰氨基半乳糖凝集素，如大豆