植物凝集素的研究进展2

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1、[摘要]植物凝集素是一种能可逆地与单糖或寡糖结合的蛋白质,在自然界中广泛存在,是发现最早也是研究最为深入的凝集素。目前人们已经发现了几百种植物凝集素。它的最重要的营养特性就是在胃肠道中抵抗酶的降解,并和消化道表面的糖基受体结合,从而引起细胞和机体代谢发生改变。近年来对它的研究很多,甚至达到了基因水平。本文论述了它的分子结构,与糖结合的部位和方式,它的凝集性、抗营养性以及这些特性在科学研究和生产中的应用。作为饲料中的抗营养因子,还介绍了消除和检测方法。[关键词]凝集素性质抗营养应用植物凝集素(Lectin)是一类具有至少一个非催化结构域,并能可逆地

2、结合特异单糖或寡聚糖的植物蛋白。自从Stillmark(1888)首次在蓖麻种子抽提物中发现一种凝血因子和Sumner第一次分离纯化到植物凝集素———伴刀豆球蛋白A(ConA)以来,人们已经从豆科、茄科、大戟科、禾本科、百合科和石蒜科等众多植物类群中分离鉴定出几百种这类蛋白质,并对它们的性质、分子结构及功能作了大量的研究,许多工作已深入到基因水平。凝集素是植物在长期进化过程中形成的抵御病虫害和动物消化的成分之一,因此对动物具有一定的抗营养作用。用含有凝集素的植物作为饲料时,会影响动物的消化率,并引起一些器官机能的变化甚至还有一定的毒性作用。1凝集

3、素的定义1888年,Stillmark在蓖麻籽的提取物中发现一种能够凝集红细胞的物质。后来,人们又从其他植物中陆续发现类似物质,当时把它们统称为血细胞凝集素。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中血型特异性认识程度的逐渐深入,Watkin和Morgan建立了人类ABO血型系统凝集反应中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

4、结合糖基的共价键结构。2植物凝集素的结构Dessen等用X射线结晶图谱研究发现,豆类凝集素的三维结构很相似,基本上由反平行的β-片层构成,其形状类似具有扁平顶的钟形,糖结合位点位于顶部的凹陷里。豆类凝集素在氨基酸组成上也具有高度同源性,其肽链中大约50%的氨基酸残基是保守的。其中天冬氨酸(Asp)、甘氨酸(Gly)、天冬酰氨(Asn)三个保守残基和苯丙氨酸(Phe)或酪氨酸(Tyr)共四个残基提供了与糖链结合的基本框架,并决定了豆类凝集素的糖结合特异性。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

5、专一点。豆科植物凝集素至少有一个非催化结构域,并可逆地结合到特异单糖或寡糖上。结构域的数量由凝集素的复合体数目来决定。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Ca2+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、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植物凝集素的抗

6、营养性植物凝集素在与糖分子特异结合的位点对红细胞、淋巴细胞或小肠壁表面绒毛上的特定糖基加以识别而结合,使得绒毛产生病变和异常发育,进而干扰消化吸收过程。小肠壁表面受植物凝集素损伤后,会发生糖、氨基酸、维生素B12的吸收不良以及干扰离子运转,并且肠黏膜的损伤,会使黏膜上皮植物凝集素的研究进展马秋枝,刘强(南京农业大学动物科技学院,江苏南京210095)[中图分类号]S816.1[文献标识码]C[文章编号]1005-8613(2006)05-0023-03[收稿日期]2006-08-9[作者简介]马秋枝(1982-),女,硕士研究生,研究方向为饲料资

7、源的开发与利用。广东饲料第15卷第5期2006年10月综述·23·的通透性增加,从而使植物凝集素和其他一些肽类以及肠道内有害微生物产生的毒素吸收入体内,对器官和机体免疫系统产生不利影响。多数植物凝集素对肠道内的蛋白水解酶有抗性,因此能在整个肠道内与上皮表面的受体结合,而上皮细胞表面的多糖使得结合面积大大增加,但凝集素的亲和力还受糖类型的影响。此外,不同类型的凝集素在肠道内的不同部位结合能力也不同。大豆和菜豆中的凝集素多与小肠前段上皮细胞的多糖受体结合,而豌豆中的凝集素则主要与小肠后段的上皮结合。凝集素与小肠绒毛结合后会使刷状缘的结构发生变化,导致

8、功能紊乱,影响营养物质的消化和吸收。Pusztai等(1981)的研究表明,当给动物饲喂含有较多凝集素的菜豆时,尿氮的排出量增加,这可能