第三章植物蛋白質(zhì)

第五章植物蛋白質(zhì)現(xiàn)在，人類在對蛋白質(zhì)代謝的研究和認(rèn)識過程中，逐步得出了下列四個(gè)方面的結(jié)論：（1）任何生物細(xì)胞并不會合成全部本身遺傳信息中所含有的蛋白質(zhì)。但那些維持細(xì)胞生命活動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)胞分化作用造成了多個(gè)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)各不相似，并且細(xì)胞的專業(yè)化可造成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）在一種細(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測序成果可知，真核生物基因不是一種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，因而一種基因能夠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)人們普通將植物在某發(fā)育階段合成、需保存到另一發(fā)育階段才干發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)稱為貯存蛋白質(zhì)（storageproteins）。典型的貯存蛋白質(zhì)普通都含有水溶性低、細(xì)胞中存在量大和脫水狀態(tài)下幾乎無生物活性的特性。在糧食作物中最重要的種子貯存蛋白重要有兩種，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)。即使胚中的蛋白質(zhì)含量很高，但由于胚比胚乳小得多，因此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)的分離提取普通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，因此，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，其重要谷類蛋白質(zhì)含量變化幅度見表1。由表1可見，燕麥與其它谷物不同，其重要貯存蛋白是一種球蛋白。這種球蛋白由6條α-鏈和6條β-鏈構(gòu)成，α-鏈分子量為2Da，β-鏈分子量為3Da。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重要的貯存蛋白，并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。多個(gè)谷物種子中，醇溶谷蛋白的氨基酸構(gòu)成十分近似，普通都含有比較多的Pro、Gln和leu。這種非極性氨基酸占優(yōu)勢的現(xiàn)象，使醇溶谷蛋白的溶解度很低，因此只能用有機(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，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55~60%的濃度就能達(dá)成相似的提取效果。另外，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種構(gòu)造近似的蛋白質(zhì)構(gòu)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)構(gòu)成，一類分子量約為19000Da，另一類為2Da，兩者占玉米醇溶蛋白總量的80%~90%。水稻種子中的重要貯存蛋白為谷蛋白，并且它重要貯存于蛋白體中。谷蛋白需要用稀堿或稀酸溶液來提取，并且提取過程中常發(fā)生某些太鍵被降解，某些氨基酸被破壞脫氨的現(xiàn)象。另外，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，提取過程中使用某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。最慣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普通結(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。普通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%，豇豆和蠶豆都為%，豌豆為%，野生大豆的蛋白質(zhì)含量甚至達(dá)成50%。豆類貯存蛋白重要分布于種子的子葉中，有些則存在于蛋白體中。并且豆類作物種子中的蛋白質(zhì)重要為球蛋白，它占了豆類總蛋白的70%，其它為清蛋白和谷蛋白。幾個(gè)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重要有兩種，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150000~00Da之間。由于這兩種蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性不同，因此很容易將它們分開。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~時(shí)，豆球蛋白便沉淀析出，而這時(shí)豌豆球蛋白則不會沉淀。從氨基酸構(gòu)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。另外，大豆球蛋白分子中還含有糖基，并且糖基重要由甘露糖和氨基葡萄糖構(gòu)成。對大豆種子球蛋白的構(gòu)造研究表明，大豆球蛋白是一種由12個(gè)亞基構(gòu)成的蛋白質(zhì)，其中一種亞基為堿性亞基，分子量為0Da，另一種為酸性亞基，分子量為40000Da。每一種酸性亞基與一種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β-伴大豆球蛋白和γ-伴大豆球蛋白，其構(gòu)造還不十分清晰。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%的蛋白，這些油料作物種子中的蛋白質(zhì)重要是球蛋白。另外，在某些以塊根、塊莖和肉質(zhì)果實(shí)作為貯存器官的作物中也含有某些貯存蛋白。如馬鈴薯蛋白質(zhì)的70~80%都是貯存蛋白，并且含量與谷物作物種子蛋白質(zhì)含量相稱。四、影響種子貯存蛋白質(zhì)合成的因素：現(xiàn)在認(rèn)為，影響種子貯存蛋白質(zhì)合成的因素重要有下列四個(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)系最親密的激素是脫落酸，它含有增進(jìn)種子發(fā)育的作用。用脫落酸解決大豆，可使大豆球蛋白增加；解決油菜，可使油菜的2S水溶性蛋白質(zhì)含量增加；解決玉米，可使玉米中分子量為15000Da、富含甘氨酸的蛋白質(zhì)在種子中的體現(xiàn)增加。當(dāng)植物缺水時(shí)，脫落酸在組織中的水平提高，其成果會誘導(dǎo)貯存蛋白質(zhì)在營養(yǎng)組織中體現(xiàn)。2、營養(yǎng)因素營養(yǎng)因素對種子貯存蛋白質(zhì)合成有較大影響，在眾多的營養(yǎng)成分中，硫元素對種子貯存蛋白質(zhì)合成的影響理解得最清晰。普通來說，當(dāng)植物生長在含硫局限性的環(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豆球蛋白的含量僅為生長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?，F(xiàn)在認(rèn)為，缺硫之因此造成種子細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的變化，是由于缺硫可使細(xì)胞內(nèi)甲硫氨酸的含量減少，進(jìn)而影響了種子細(xì)胞內(nèi)某些貯存蛋白基因啟動子的活力。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體現(xiàn)的作用，或者說甲硫氨酸的含量，在細(xì)胞中含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。而另首先，甲硫氨酸對含硫較少的種子貯存蛋白質(zhì)基因的翻譯含有克制作用。有資料報(bào)道，用基因工程的辦法提高煙草種子細(xì)胞內(nèi)甲硫氨酸的含量，其成果間接提高了轉(zhuǎn)基因煙草種子中富含硫蛋白的比例。由此可見，變化細(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)入一種休眠期。一旦種子吸水，其代謝活動便快速恢復(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，種子的干燥過程就猶如一種“開關(guān)”，他關(guān)閉了種子發(fā)育過程中蛋白質(zhì)基因的體現(xiàn)，而打開了種子萌發(fā)所需蛋白基因的體現(xiàn)。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，然后不通過干燥解決，發(fā)現(xiàn)被分離的胚在有脫落酸或者有滲入壓的條件下，仍然能夠合成種子貯存蛋白。如果將分離胚先進(jìn)行干燥解決，然后讓其吸水，并予以脫落酸或滲入壓，失去合成種子貯存蛋白能力的種胚，此時(shí)的基因體現(xiàn)模式與種子萌發(fā)時(shí)的一致。但現(xiàn)在還不十分清晰干燥與種子中基因體現(xiàn)的轉(zhuǎn)換機(jī)理。4、其它蛋白質(zhì)基因的體現(xiàn)在種子發(fā)育過程中，絕大部分的mRNA是種子貯存蛋白的mRNA，但也有某些其它蛋白質(zhì)基因的體現(xiàn)，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)的基因也需要體現(xiàn)。研究表明，發(fā)育種子中的貯存蛋白質(zhì)，在蛋白體內(nèi)形成對的構(gòu)象和精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。該蛋白基因的體現(xiàn)與種子貯存蛋白基因的體現(xiàn)同時(shí)，并且用某些糖基化克制劑解決玉米培養(yǎng)細(xì)胞可增加Bip基因的體現(xiàn)。Bip蛋白也存在于植物的其它部分，并且它位于細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。即使該蛋白質(zhì)基因的量極少，但能持續(xù)在細(xì)胞內(nèi)體現(xiàn)?，F(xiàn)已知，Bip蛋白含有兩個(gè)有關(guān)的生物功效：（1）作為分子伴侶蛋白，增進(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)，增進(jìn)蛋白質(zhì)折疊成對的的構(gòu)象。人們在玉米和水稻上的研究已證明，Bip蛋白直接參加了蛋白質(zhì)的組裝，并且與蛋白體的形成親密有關(guān)。五、高豐度體現(xiàn)蛋白質(zhì)如前所述，種子發(fā)育的最后階段是成熟及休眠，而這一階段的特性是種子脫水，并且與種子發(fā)育有關(guān)的基因進(jìn)入臨時(shí)停止?fàn)顟B(tài)，而與種子成熟有關(guān)的基因開始活躍體現(xiàn)。普通我們把胚胎發(fā)育后期，全部在種子成熟過程中所體現(xiàn)的蛋白質(zhì)，統(tǒng)稱為高豐度體現(xiàn)蛋白質(zhì)（lateembryoabundantprotein，簡稱Leaprotein）。研究表明，即使種子周邊環(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)的水分仍逆水勢運(yùn)行，并且種子細(xì)胞能夠在非常干燥的狀態(tài)下存活?，F(xiàn)在認(rèn)為，種子之因此能夠忍受干燥，核心是成熟種子中沉積了某些糖類物質(zhì)和Lea蛋白。糖分子所含有的羥基構(gòu)造能夠替代細(xì)胞周邊的水膜，并保護(hù)細(xì)胞膜免受脫水造成的損傷。Lea蛋白則可能含有保護(hù)細(xì)胞質(zhì)、調(diào)節(jié)水勢和細(xì)胞內(nèi)離子濃度，以及調(diào)控基因體現(xiàn)等作用。Lea蛋白普通都位于細(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。另外，有實(shí)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。如將種子吸水解決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，則能夠減緩Lea蛋白的消失速度，同時(shí)種子的萌發(fā)速度也會減慢。這表明大豆Lea蛋白的含量與種子抗脫水的能力有關(guān)。另外，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)分子含有極高的親水性，即使在100℃沸水中煮過后，它仍能溶于水。構(gòu)造分析發(fā)現(xiàn)，脫水素中有一種富含賴氨酸的區(qū)域，推測此區(qū)域可能與脫水種子忍受低含水量或種子休眠有關(guān)。脫水素的研究對種子生理和植物抗旱含有重要的意義，特別是脫水素在植物營養(yǎng)體中的體現(xiàn)與植物抗旱能力的關(guān)系，是一種值得探索的問題。另外，對Lea蛋白和脫水素的研究將推動人工種子的研究。人工種子的研究正處在方興未艾的時(shí)期，制備人工種子的核心是能否誘導(dǎo)外植體同時(shí)形成大量的、含有萌發(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)及對干燥的忍耐能力，并與Lea蛋白和脫水素的體現(xiàn)及功效有關(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，它是指一類非免疫來源的，含有最少一種非催化構(gòu)造域，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，并且在不同植物和同一植物的不同組織中，含有構(gòu)造和分布的多樣性。從構(gòu)造上看，植物凝集素與抗體不同，它們沒有共同的構(gòu)造特性；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，高的可靠近50%。也有某些凝集素不含共價(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，并且它們都由亞基構(gòu)成，絕大多數(shù)含有相似的亞基，但少數(shù)是由不同亞基構(gòu)成的。普通凝集素的一種亞基含有一種糖結(jié)合的位點(diǎn)，且同一凝集素的亞基結(jié)合糖的專一性相似，結(jié)合部位均一，并且不互相作用，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似。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)凝集素普通含有兩個(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)，便能引發(fā)細(xì)胞凝聚。凝集素的凝集作用尚有下列兩個(gè)特點(diǎn)：（1）凝集作用品有專一性：這是由于不同細(xì)胞膜表面所分布的糖蛋白糖基不同，因此多個(gè)凝集素能引發(fā)不同的細(xì)胞凝集。例如，能引發(fā)A型紅細(xì)胞凝集的凝集素，常不能引發(fā)B型、O型紅細(xì)胞凝集作用。這是由于A型血的紅細(xì)胞專一性被凝集素識別的糖基是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-巖藻糖。（2）凝集作用可受高濃度的特定糖所克制。由于凝集素分子上的結(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)胞凝集作用就可被克制。普通來說，對應(yīng)的糖蛋白及寡糖比單糖的克制能力大得多。例如，馬鈴薯凝集素最佳的克制劑是1，4—糖苷鍵連接的N-乙酰葡萄糖胺五糖，其克制活性分別比四糖高倍，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：現(xiàn)在根據(jù)不同單糖對多個(gè)凝集素活性的克制作用，可把凝集素分為下列五類：1、受α-葡萄糖或α-甘露糖克制的凝集素；如伴刀豆球蛋白A、扁豆凝集素。2、N-乙酰葡萄糖胺克制凝集素；如麥胚凝集素和荊豆凝集素Ⅱ。3、N-乙酰甘露糖胺克制的凝集素，如菜豆凝集素和雙花扁豆凝集素。4、半乳糖克制的凝集素如花生凝集素、蓖麻凝集素Ⅰ和相思豆素。5、L-巖藻糖克制的凝集素。如百脈根凝集素和荊豆凝集素Ⅰ。三、凝集素的構(gòu)造與同工凝集素：伴刀豆球蛋白A是現(xiàn)在構(gòu)造研究得最清晰的凝集素。它由四個(gè)亞基構(gòu)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)合有一種Ca2+和一種Mn2+，亞基的構(gòu)象為大量反平行式β-折迭。該凝集素的凝集作用受D-葡萄糖和D-甘露糖的強(qiáng)烈克制。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。另一種現(xiàn)在比較理解的凝集素為麥胚凝集素。它由兩個(gè)相似亞基構(gòu)成，每個(gè)亞基上有四個(gè)構(gòu)造域，每個(gè)構(gòu)造域由41個(gè)AA構(gòu)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α-螺旋，也無β-折疊。在該凝集素分子的每個(gè)亞基上都存在有一種糖結(jié)合位點(diǎn)，其結(jié)合專一性是N-乙酰葡萄糖胺。另外，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別和結(jié)合同一種糖類，但分子構(gòu)成和凝集活性不相似的一組凝集素。與同工酶的狀況相似，大多數(shù)植物凝集素都是由2-4個(gè)亞基構(gòu)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)亞基構(gòu)成，分為L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，對紅血球的凝集活性很小。R4則相反，對紅血球的凝集活性很高，但不能凝集白血球。因此含L-亞基多的同工凝集素對白血球敏感，含R亞基多的同工凝集素對紅血球敏感。四、植物凝集素的生理作用凝集素的識別作用對植物本身的意義現(xiàn)在還不完全清晰，就現(xiàn)在比較必定的作用重要有下列幾個(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)儲存蛋白或其它物質(zhì)的包裝分子，參加運(yùn)輸過程；保護(hù)種子免于動物食取的作用。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)合中起識別作用。研究表明，多個(gè)豆科植物對根瘤菌的種屬有嚴(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別，從而使固氮成為可能。4、可克制細(xì)菌、真菌、病毒等病原體的入侵。如麥胚凝集素對綠色木霉孢子的萌發(fā)及菌絲的生長有克制作用；對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有關(guān)。并觀察到浸取液及其分離的蛋白質(zhì)組分能明顯克制棉花枯萎病菌絲的生長。5、凝集素含有抗蟲性。轉(zhuǎn)基因植物凝集素防治害蟲的研究表明：凝集素對害蟲的互相作用機(jī)理可能有下列幾個(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?，F(xiàn)在植物凝集素的重要應(yīng)用有下列幾個(gè)方面。1、分離純化細(xì)胞：重要是運(yùn)用凝集素對多個(gè)細(xì)胞的結(jié)合能力不同的特性，將不同細(xì)胞分離開來。猶如一種凝集素有時(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，并對其有增進(jìn)分裂的活性，因而可作為分辨癌細(xì)胞和正常細(xì)胞的工具。2、分離純糖蛋白：運(yùn)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獲得，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，糖蛋白不會被破壞變性。3、鑒定血型：有幾個(gè)凝集素可用作鑒定血型的工具，如百脈根凝集素能夠鑒定O型血的紅血球，雙花扁豆凝集素能夠直接鑒定A型血的A、A1亞型和A2亞型。但是近年生物技術(shù)已發(fā)展了一種與血型有關(guān)的特殊克隆抗體，已經(jīng)能夠取代部分植物凝集素鑒定血型。4、用于研究細(xì)胞膜的構(gòu)造及其與功效的關(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、構(gòu)造特性，理解膜在發(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細(xì)胞分裂有增進(jìn)作用，特別是激活動物T淋巴細(xì)胞的分裂。這種增進(jìn)作用與凝集素的糖專一性有關(guān)，并且對應(yīng)的單糖可克制其增進(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)視多個(gè)免疫克制和免疫增強(qiáng)劑的療效，特別是可用來評價(jià)愛滋病人的免疫功效。6、克制蛋白質(zhì)合成的作用：已發(fā)現(xiàn)有某些凝集素含有克制蛋白質(zhì)合成的作用，但機(jī)制不明，這些凝集素可作為蛋白質(zhì)合成的克制劑。隨著學(xué)科的發(fā)展，預(yù)計(jì)將有更多個(gè)類的新植物凝集素被發(fā)現(xiàn)，有更多能識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)和臨床診療治療提供新的手段和技術(shù)。第三節(jié)蛋白酶克制劑諸多植物中存在有能克制蛋白酶水解活性的一類蛋白質(zhì)分子，我們稱之為蛋白酶克制劑。蛋白酶克制劑分布廣泛，特別是在某些豆科、茄科、禾本科及十字花科植物的種子、塊莖等貯藏器官中，蛋白酶克制劑含量常高達(dá)總蛋白質(zhì)的6~10%或種子干重的2%。根、葉中也常有蛋白酶克制劑存在?，F(xiàn)已知的蛋白酶克制劑都含有一定的專一性，根據(jù)專一性不同可將其分為四大類：⑴克制活性中心含Ser蛋白酶克制劑；⑵克制活性中心含SH基蛋白酶克制劑；⑶克制酸性蛋白酶克制劑；⑷克制金屬羧肽酶克制劑。但尚未發(fā)現(xiàn)克制氨肽酶的克制劑。現(xiàn)在對蛋白酶克制劑的構(gòu)造已比較清晰的重要有下列幾類：一、大豆種子中的蛋白酶克制劑：1、Kunitz(庫尼茲)克制劑：它的分子量為0，由181個(gè)AA構(gòu)成，分子內(nèi)有兩個(gè)二硫橋。它可專一性克制胰蛋白酶活性，分子中第63位Arg和64位Leu是其活性部位，其克制作用重要是Arg羧基碳與胰蛋白酶活性中心Ser的羥基結(jié)合?？酥苿┥嫌?2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?？酥苿┡c蛋白酶結(jié)合形成的復(fù)合物在PH3下列的酸性條件下可被完全解離。2、Bowman-Birk(包曼—伯克）克制劑：它的分子量為8000，由71個(gè)AA構(gòu)成，分子中有7個(gè)二硫鍵，故它的構(gòu)造較穩(wěn)定，對熱、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構(gòu)成小環(huán)的活性部位，故稱之為“兩頭克制劑”。當(dāng)用CNBr和胃蛋白酶解決時(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活性部位的二分之一可克制胰蛋白酶，帶有Leu-Ser活性部分可克制胰凝乳蛋白酶。另外，其它許多豆類種子中也存在這種兩頭克制劑，并且活性部位和AA序列都十分相似，故有人認(rèn)為這些兩頭克制劑可能是由同一種祖先基因倍增而來。二、小麥、玉米和稻米中的胰蛋白酶克制劑：小麥中的胰蛋白酶克制劑有三種，一種分子量在17,000——18,000，活性部位在Arg35和Ala36處,另外兩個(gè)分子量在12,000，活性部位不清晰。玉米中有一種胰蛋白酶克制劑，它是一種相似亞基的多聚復(fù)合物，亞基分子量為21,000，由168個(gè)AA構(gòu)成，活性部位是Arg24和Leu25。稻胚中的克制劑由200AA構(gòu)成，構(gòu)造分析表明它與Kunitz克制劑相似。三、馬鈴薯蛋白酶克制劑：馬鈴薯蛋白酶克制劑有三種類型：1、克制劑Ⅰ：分子量39,000，強(qiáng)烈克制胰凝乳蛋白酶，它由四個(gè)不同亞基構(gòu)成，每個(gè)亞基有一種酶結(jié)合部位。2、克制劑Ⅱ：分子量20,000，是由四種亞基構(gòu)成的多個(gè)二聚體混合物，每個(gè)二聚體有兩個(gè)活性部位，都能有效地克制胰蛋白酶，但對胰凝乳蛋白酶的克制活性不同。3、羧基肽酶克制劑：可克制羧肽酶A和B的活性，分子量3500，為含有38及39個(gè)AA的兩種多肽的混合物。兩者次序相似，只是后者多一種AA殘基。另外，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克制劑。四、蛋白酶克制劑的功效：1、調(diào)節(jié)種子蛋白質(zhì)的分解：現(xiàn)認(rèn)為蛋白酶克制劑可能在種子成熟過程中有避免蛋白質(zhì)分解的作用，由于人們發(fā)現(xiàn)豇豆、大麥和稻米中的克制劑都有克制內(nèi)源蛋白酶活性的作用，而在種子萌發(fā)時(shí)，克制劑的量明顯減少，有助于蛋白質(zhì)水解和幼苗生長，但與之矛盾的是大豆、豌豆的克制劑對內(nèi)源蛋白酶沒有克制作用，并且大豆萌發(fā)時(shí)，蛋白酶活性也無變化。另外，尚有某些種子的克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)許多蛋白酶克制劑能夠克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)，克制劑活性升高，甚至在鄰近受害葉的部位也升高。3、對蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值的有害作用：蛋白酶克制劑可減少食物中蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值，引發(fā)動物生長阻滯，如在給大鼠和雞喂生大豆時(shí)，動物的胰臟腫大，機(jī)理不完全清晰。從這個(gè)角度講，作物育種時(shí)應(yīng)盡量減少其蛋白酶克制劑的含量。第四節(jié)植物的運(yùn)動收縮蛋白現(xiàn)在人們已知許多動物都是靠肌肉細(xì)胞中存在的肌動蛋白和肌球蛋白的互相作用進(jìn)行運(yùn)動的。即使植物表面上看沒有運(yùn)動，但事實(shí)上在植物界也存在多個(gè)非肌細(xì)胞的運(yùn)動。例如，許多植物細(xì)胞及花粉管中的細(xì)胞質(zhì)流動；單細(xì)胞衣藻的鞭毛運(yùn)動；真核細(xì)胞中有絲分裂時(shí)染色體向兩極運(yùn)動等都是非肌細(xì)胞的運(yùn)動。非肌細(xì)胞運(yùn)動與肌細(xì)胞運(yùn)動的機(jī)理是相似的，它們也是收縮蛋白互相作用的成果?，F(xiàn)已知在非肌細(xì)胞中存在兩種與細(xì)胞運(yùn)動有關(guān)的構(gòu)造，一種是微絲；另一種是微管，這兩種構(gòu)造都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，但蛋白質(zhì)的構(gòu)成各不相似。一、構(gòu)成微絲的蛋白：微絲重要由肌動蛋白和肌球蛋白構(gòu)成，故也稱肌動蛋白纖絲，它廣泛存在于真核細(xì)胞中并參加細(xì)胞中許多重要的功效，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)胞信號傳遞和細(xì)胞膜形態(tài)的維持有關(guān)。1963年中國農(nóng)大閻隆飛專家從煙草維管束中分離出了肌動蛋白。發(fā)現(xiàn)該蛋白含有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)存在有肌動蛋白