植物蛋白质

第五章植物蛋白质

目前，人类在对蛋白质代谢的研究和认识过程中，逐步得出了以下四个方面的结论：（1）任何生物细胞并不会合成全部自身遗传信息中所具有的蛋白质。但那些维持细胞生命活动基本代谢过程所需要的酶和蛋白质是必须合成的。

（2）由于细胞分化作用导致了各种专业化细胞的生成，使得不同的生物细胞所拥有的蛋白质各不相同，而且细胞的专业化可导致某些基本酶和蛋白质的合成终止。例如，在种子中，专门贮存蛋白质的细胞所含有的蛋白质，在叶片细胞中就没有；反之，在叶片细胞中专门进行光合作用的蛋白质在种子中也不存在。

（3）在一个细胞内，其合成和拥有的蛋白质种类，将随着生物的生长发育过程而发生一定的变化。例如，同工酶谱的变化。

（4）由人类DNA测序结果可知，真核生物基因不是一个基因决定一种蛋白质多肽链。由于DNA转录产物RNA可剪接和编辑，因而一个基因可以编码两条以上蛋白质多肽链。

第一节种子贮存蛋白质

人们通常将植物在某发育阶段合成、需保存到另一发育阶段才能发挥作用的蛋白质称为贮存蛋白质（storage proteins）。典型的贮存蛋白质一般都具有水溶性低、细胞中存在量大和脱水状态下几乎无生物活性的特征。

在粮食作物中最重要的种子贮存蛋白主要有两种，即谷类作物种子蛋白和豆类作物种子蛋白。

一、谷类作物种子蛋白

禾谷类种子的胚乳除含有大量淀粉外，还含有许多蛋白质。虽然胚中的蛋白质含量很高，但由于胚比胚乳小得多，所以从种子蛋白的总量上看，大部分蛋白质存在于胚乳中。

禾谷类种子蛋白质的分离提取通常按溶解性不同分为四个组分，即清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。其中清蛋白可溶于水；球蛋白则溶于稀盐溶液中。由于这两种蛋白在胚乳中含量较少，所以，有人认为它们可能是种子形成过程中酶蛋白的剩余物，并不是典型的种子贮存蛋白。

禾谷类种子中的蛋白质含量因品种、气候和栽培条件而异，其主要谷类蛋白质含量变化幅度见表1。

由表1可见，燕麦与其它谷物不同，其主要贮存蛋白是一种球蛋白。这种球蛋白由6条α-链和6条β-链组成，α-链分子量为22000Da，β-链分子量为32000Da。

用甲醇、乙醇、异丙醇提取的种子蛋白称为醇溶谷蛋白。它是大部分禾谷类作物种子中最主要的贮存蛋白，而且它常集中分布于一种专门用于贮存蛋白质的特化细胞器——蛋白体中。

各种谷物种子中，醇溶谷蛋白的氨基酸组成十分近似，一般都含有比较多的Pro、Gln 和leu。这种非极性氨基酸占优势的现象，使醇溶谷蛋白的溶解度很低，所以只能用有机溶剂提取。

用有机溶剂提取醇溶蛋白时，溶剂的碳链越长，所使用的浓度可越低。如用甲醇提取醇溶谷蛋白浓度需达95%，乙醇则需70%，异丙醇只需55~60%的浓度就能达到相同的提取效果。此外，在醇溶液中加入还原剂焦亚硫酸钠（Na2S2O5），可增加醇溶蛋白的提取量。

分析表明，小麦醇溶蛋白是由30 ~ 40种结构近似的蛋白质组成，分子量约为36000Da；玉米醇溶蛋白是由分子量相近的两类蛋白质组成，一类分子量约为19000Da，另一类为22000Da，两者占玉米醇溶蛋白总量的80%~90%。

水稻种子中的主要贮存蛋白为谷蛋白，而且它主要贮存于蛋白体中。谷蛋白需要用稀碱或稀酸溶液来提取，而且提取过程中常发生某些太键被降解，某些氨基酸被破坏脱氨的现象。此外，由于谷蛋白分子内及分子间含有许多的二硫键，从而使谷蛋白交联聚合成难溶解的状态，因此，提取过程中使用一些还原剂使巯基还原，交联键断开，可提高谷蛋白的提取率。最常用的提取谷蛋白的还原剂为含SDS的碱性缓冲液。

小麦中的谷蛋白和醇溶蛋白通常结合成复合物的形式存在，这种复合物也称为“面筋”，它是一种重要的副食品。

二、豆类作物种子蛋白

豆类种子蛋白质的含量比禾谷类高许多。一般谷物类种子蛋白的含量在10%左右，而豆类蛋白质含量均在20%以上。如大豆的蛋白质含量为38%，花生为25.6%，豇豆和蚕豆都

为23.4%，豌豆为22.5%，野生大豆的蛋白质含量甚至达到50%。

豆类贮存蛋白主要分布于种子的子叶中，有些则存在于蛋白体中。而且豆类作物种子中的蛋白质主要为球蛋白，它占了豆类总蛋白的70%，其余为清蛋白和谷蛋白。几种豆类种子蛋白的含量见表2。

研究表明，豆类作物种子中的球蛋白主要有两种，一种为豆球蛋白，按其沉降系数也称为11S蛋白，此蛋白质的分子量在300000 ~ 400000Da 之间。另一种称为豌豆球蛋白，按其沉降系数也称为7S蛋白，它的分子量在150000 ~ 200000Da 之间。由于这两种蛋白质的热稳定性不同，所以很容易将它们分开。当将豆蛋白混合溶液加热到35℃时，豌豆球蛋白将凝结沉淀，而豆球蛋白不会凝聚沉淀。但豆球蛋白在等电点附近极易沉淀，将豆蛋白混合液的pH值调至4.5~5.0时，豆球蛋白便沉淀析出，而这时豌豆球蛋白则不会沉淀。

从氨基酸组成上看，两种豆类贮存蛋白中含酰胺基的氨基酸含量最高，含硫氨基酸含量较低。此外，大豆球蛋白分子中还含有糖基，而且糖基主要由甘露糖和氨基葡萄糖组成。

对大豆种子球蛋白的结构研究表明，大豆球蛋白是一个由12个亚基组成的蛋白质，其中一种亚基为碱性亚基，分子量为20000Da，另一种为酸性亚基，分子量为40000Da。每一个酸性亚基与一个碱性亚基通过二硫键结合形成单体，然后再进一步聚合形成二聚体、三聚体和六聚体，两个六聚体再堆叠形成12聚体。

豆类作物种子中除豆球蛋白外，还含有β-伴大豆球蛋白和γ-伴大豆球蛋白，其结构还不十分清楚。

三、其它作物种子蛋白

除禾谷类及豆类外，许多油料作物种子蛋白也有重要的经济价值。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，这些油料作物种子中的蛋白质主要是球蛋白。

此外，在一些以块根、块茎和肉质果实作为贮存器官的作物中也含有一些贮存蛋白。如马铃薯蛋白质的70~80%都是贮存蛋白，而且含量与谷物作物种子蛋白质含量相当。

四、影响种子贮存蛋白质合成的因素：

目前认为，影响种子贮存蛋白质合成的因素主要有以下四个方面：

1、脱落酸的作用

研究表明，在植物激素中，与种子发育关系最密切的激素是脱落酸，它具有促进种子发育的作用。用脱落酸处理大豆，可使大豆球蛋白增加；处理油菜，可使油菜的2S水溶性蛋白质含量增加；处理玉米，可使玉米中分子量为15000Da、富含甘氨酸的蛋白质在种子中的表达增加。当植物缺水时，脱落酸在组织中的水平提高，其结果会诱导贮存蛋白质在营养组织中表达。

2、营养因素

营养因素对种子贮存蛋白质合成有较大影响，在众多的营养成分中，硫元素对种子贮存蛋白质合成的影响了解得最清楚。一般来说，当植物生长在含硫不足的环境中，其富含硫的蛋白质含量将减少，而不含硫或少含硫的蛋白质含量将增加。例如，当把豌豆置于缺硫的逆境时，含硫较高的11S豆球蛋白的含量仅为生长在正常条件下植株的15%，而含硫较少的7S豌豆球蛋白的含量则增加了50%。如果给逆境中生长的豌豆施硫肥，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将恢复到原来的水平。在大豆中也可观察到类似的变化。

目前认为，缺硫之所以导致种子细胞内蛋白质合成的变化，是因为缺硫可使细胞内甲硫氨酸的含量降低，进而影响了种子细胞内某些贮存蛋白基因启动子的活力。可见植物体内甲硫氨酸含量变化可起到调控种子贮存蛋白基因表达的作用，或者说甲硫氨酸的含量，在细胞中具有平衡种子中不同蛋白质积累的作用。高含量甲硫氨酸刺激富含甲硫氨酸蛋白质的翻译，并使其较为稳定，不易被水解。而另一方面，甲硫氨酸对含硫较少的种子贮存蛋白质基因的翻译具有抑制作用。

有资料报道，用基因工程的方法提高烟草种子细胞内甲硫氨酸的含量，其结果间接提高了转基因烟草种子中富含硫蛋白的比例。由此可见，改变细胞中甲硫氨酸含量是提高种子中含硫蛋白质含量，进而提高食物营养价值的有效途径之一。

3、成熟干燥

种子的发育以成熟干燥为最后阶段，在这一阶段中，种子细胞中的代谢趋于静止状态，

整个种子也进入一个休眠期。一旦种子吸水，其代谢活动便迅速恢复，但这一时期种子中的蛋白质合成无论是在质量上和数量上，都与种子发育过程中的蛋白质合成截然不同。也就是说，种子的干燥过程就如同一个“开关”，他关闭了种子发育过程中蛋白质基因的表达，而打开了种子萌发所需蛋白基因的表达。

有科学家曾将仍处在发育阶段的种胚从母体中分离出来，然后不经过干燥处理，发现被分离的胚在有脱落酸或者有渗透压的条件下，仍然可以合成种子贮存蛋白。假如将分离胚先进行干燥处理，然后让其吸水，并给予脱落酸或渗透压，失去合成种子贮存蛋白能力的种胚，此时的基因表达模式与种子萌发时的一致。但目前还不十分清楚干燥与种子中基因表达的转换机理。

4、其它蛋白质基因的表达

在种子发育过程中，绝大部分的mRNA是种子贮存蛋白的mRNA，但也有一些其它蛋白质基因的表达，特别是直接与贮存蛋白质的加工、包装、运输、贮存有关的基因也需要表达。研究表明，发育种子中的贮存蛋白质，在蛋白体内形成正确构象和准确包装的过程需要其它分子的协助，特别是伴侣分子，它可能与蛋白体的形成有关。例如，有研究表明，在玉米发育种子中，存在有一种分子量为75Da的结合蛋白，也称Bip蛋白。该蛋白基因的表达与种子贮存蛋白基因的表达同步，而且用某些糖基化抑制剂处理玉米培养细胞可增加Bip基因的表达。

Bip蛋白也存在于植物的其它部分，而且它位于细胞的内质网中。虽然该蛋白质基因的量很少，但能持续在细胞内表达。现已知，Bip蛋白具有两个相关的生物功能：（1）作为分子伴侣蛋白，促进正在合成的多肽链进入内质网系统；

（2）作为媒介物质，促进蛋白质折叠成正确的构象。

人们在玉米和水稻上的研究已证明，Bip蛋白直接参与了蛋白质的组装，并且与蛋白体的形成密切相关。

五、高丰度表达蛋白质

如前所述，种子发育的最后阶段是成熟及休眠，而这一阶段的特征是种子脱水，并且与种子发育有关的基因进入暂时停顿状态，而与种子成熟有关的基因开始活跃表达。通常我们把胚胎发育后期，所有在种子成熟过程中所表达的蛋白质，统称为高丰度表达蛋白质（late embryo abundant protein，简称Lea protein）。

研究表明，即使种子周围环境中存在有大量的水分，种子在成熟后期仍将自主脱水，种子细胞内的水分仍逆水势运行，而且种子细胞可以在非常干燥的状态下存活。

目前认为，种子之所以能够忍受干燥，关键是成熟种子中沉积了一些糖类物质和Lea 蛋白。糖分子所含有的羟基结构可以代替细胞周围的水膜，并保护细胞膜免受脱水造成的损伤。Lea蛋白则可能具有保护细胞质、调节水势和细胞内离子浓度，以及调控基因表达等作用。

Lea蛋白通常都位于细胞质中，大多数Lea蛋白都是亲水性的，极少含半胱氨酸和色氨酸。此外，有试验表明，大豆种子忍受胚细胞脱水的能力与Lea蛋白的含量有直接关系。如将种子吸水处理18小时后，Lea蛋白将减少，如吸胀过程中加入脱落酸或聚乙二醇，则可以减缓Lea蛋白的消失速度，同时种子的萌发速度也会减慢。这表明大豆Lea蛋白的含量与种子抗脱水的能力有关。

此外，在Lea蛋白中还发现一种被称为脱水素（dehydrin）的蛋白质分子。此蛋白质分子具有极高的亲水性，即使在100℃沸水中煮过后，它仍能溶于水。结构分析发现，脱水素中有一个富含赖氨酸的区域，推测此区域可能与脱水种子忍受低含水量或种子休眠有关。

脱水素的研究对种子生理和植物抗旱具有重要的意义，特别是脱水素在植物营养体中的表达与植物抗旱能力的关系，是一个值得探索的问题。此外，对Lea蛋白和脱水素的研究将推动人工种子的研究。人工种子的研究正处在方兴未艾的时期，制备人工种子的关键是能否诱导外植体同步形成大量的、具有萌发能力的“胚”，并且使其在人工“胚乳”中休眠。这就涉及休眠的诱导及对干燥的忍耐能力，并与Lea蛋白和脱水素的表达及功能有关。

第二节植物凝集素

一、植物凝集素的分布及作用特点

植物凝集素也称外源凝集素，它是指一类非免疫起源的，含有至少一个非催化结构域，并可与特异单糖、寡糖、多糖及其衍生物可逆结合，使一定种类细胞凝集的蛋白质。

植物凝集素广泛分布于高等植物的种子、块茎、球茎等贮藏器官中，而且在不同植物和同一植物的不同组织中，具有结构和分布的多样性。

从结构上看，植物凝集素与抗体不同，它们没有共同的结构特性；大多数凝集素含有共价结合的糖分子，故为糖蛋白。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价结合的糖，是单纯蛋白质。凝集素的分子量相差也很大，有的数万，有的数十万，而且它们都由亚基组成，绝大多数含有相同的亚基，但少数是由不同亚基组成的。

通常凝集素的一个亚基具有一个糖结合的位点，且同一凝集素的亚基结合糖的专一性相同，结合部位均一，并且不相互作用，但少数凝集素例外，它们的亚基与糖结合的专一性不完全相同。

凝集素除了可与单糖、寡糖和多糖结合外，还可与糖蛋白和糖脂结合。如细胞膜表面分布有某种凝集素所能识别结合的糖蛋白时，凝集素便与其糖基部分结合，并附着于细胞膜上，由于每个凝集素一般具有两个以上的糖基结合部位，因此，当凝集素同两个以上细胞的膜结合时，便能引起细胞凝聚。

凝集素的凝集作用还有以下两个特点：

（1）凝集作用具有专一性：

这是由于不同细胞膜表面所分布的糖蛋白糖基不同，所以各种凝集素能引起不同的细胞凝集。例如，能引起A型红细胞凝集的凝集素，常不能引起B型、O型红细胞凝集作用。这是因为A型血的红细胞专一性被凝集素识别的糖基是N-乙酰半乳糖胺；B型血红细胞为半乳糖；O型血红细胞为L-岩藻糖。

（2）凝集作用可受高浓度的特定糖所抑制。因为凝集素分子上的结合部位一旦与某种游离糖类结合，就不能再与细胞膜上的糖基结合，这样细胞凝集作用就可被抑制。一般来说，相应的糖蛋白及寡糖比单糖的抑制能力大得多。例如，马铃薯凝集素最好的抑制剂是1，4—糖苷键连接的N-乙酰葡萄糖胺五糖，其抑制活性分别比四糖高2.5倍，比三糖高25倍，比二糖高50倍，而N-乙酰葡萄糖胺单糖则不起作用。

二、植物凝集素的分类：

目前根据不同单糖对各种凝集素活性的抑制作用，可把凝集素分为以下五类：

1、受α-葡萄糖或α-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；如麦胚凝集素和荆豆凝集素Ⅱ。

3、N-乙酰甘露糖胺抑制的凝集素，如菜豆凝集素和双花扁豆凝集素。

4、半乳糖抑制的凝集素如花生凝集素、蓖麻凝集素Ⅰ和相思豆素。

5、L-岩藻糖抑制的凝集素。如百脉根凝集素和荆豆凝集素Ⅰ。

三、凝集素的结构与同工凝集素：

伴刀豆球蛋白A是目前结构研究得最清楚的凝集素。它由四个亚基组成，每个亚基分子量为25500Da，含237个AA，亚基形状为半椭球形，上面有一凹陷的结合部位，分子中还结合有一个Ca2+和一个Mn2+，亚基的构象为大量反平行式β-折迭。该凝集素的凝集作用受D-葡萄糖和D-甘露糖的强烈抑制。但伴刀豆球蛋白的最适结合物也是以葡萄糖和甘露糖为非还原性末端的寡糖和多糖。

另一个目前比较了解的凝集素为麦胚凝集素。它由两个相同亚基组成，每个亚基上有四个结构域，每个结构域由41个AA组成，且折叠方式相似，都是由两个二硫桥连接，但凝集素肽链呈无规则卷曲，即无α-螺旋，也无β-折叠。在该凝集素分子的每个亚基上都存在有一个糖结合位点，其结合专一性是N-乙酰葡萄糖胺。此外，这种凝集素分子内的Cys比例很高，而其它植物蛋白中含硫AA则较少。

同工凝集素是指那些可识别和结合同一种糖类，但分子组成和凝集活性不相同的一组凝集素。与同工酶的情况相似，大多数植物凝集素都是由2-4个亚基组成，通过亚基的不同组合形成同工凝集素。例如，一种肾形菜豆凝集素，它由4个亚基组成，分为L亚基的R亚基两种，通过不同组合方式形成五种同工凝集素L4，L3R，L2R2，L1R3，R4。其中L4可有效凝集白血球，对红血球的凝集活性很小。R4则相反，对红血球的凝集活性很高，但不能凝集白血球。所以含L-亚基多的同工凝集素对白血球敏感，含R亚基多的同工凝集素对红血球敏感。

四、植物凝集素的生理作用

凝集素的识别作用对植物本身的意义目前还不完全清楚，就目前比较肯定的作用主

要有以下几个方面：

1、在种子成熟、萌发过程中起运输和保护作用；如充当储存蛋白或其它物质的包装分子，参与运输过程；保护种子免于动物食取的作用。

2、可作为植物胚细胞促有丝分裂的因子。

3、在固氮菌与豆科植物的结合中起识别作用。

研究表明，各种豆科植物对根瘤菌的种属有严格的选择性，例如能使大豆产生根瘤的细菌不能感染其它豆类，但如把大豆凝集素涂在其它豆类植物根毛上，则会吸引大豆根瘤菌与其它豆类结合。这表明根瘤菌是由寄主的外源凝集素识别，从而使固氮成为可能。

4、可抑制细菌、真菌、病毒等病原体的入侵。如麦胚凝集素对绿色木霉孢子的萌发及菌丝的生长有抑制作用；对棉花凝集素的研究表明，棉花不同品种抗病能力与其种子浸取液的血凝活性成正相关。并观察到浸取液及其分离的蛋白质组分能显著抑制棉花枯萎病菌丝的生长。

5、凝集素具有抗虫性。

?转基因植物凝集素防治害虫的研究表明：凝集素对害虫的相互作用机理可能有以下几个方面：

–凝集素结合到昆虫食道膜的几个质上；

–凝集素结合到昆虫食道膜的糖复合物上；

–凝集素结合到昆虫中肠上皮细胞暴露在表面的糖复合物上；

–凝集素结合到昆虫糖基化的消化酶上；

–凝集素结合到受体植物的糖基化蛋白上，而使此蛋白不能被消化。

五、植物凝集素的应用：

凝集素的糖专一性和能与细胞膜表面糖蛋白结合的能力，使它成为了一种有力的研究工具，并在医学及生产实践中得到应用。目前植物凝集素的主要应用有以下几个方面。

1、分离纯化细胞：

主要是利用凝集素对各种细胞的结合能力不同的特性，将不同细胞分离开来。如同一种凝集素有时可将正常细胞与肿瘤细胞；幼细胞与成熟细胞；有丝分裂细胞与间期细胞等分离开来。特别是近年来人们发现凝集素往往优先与癌细胞结合，并对其有促进分裂的活性，因而可作为区分癌细胞和正常细胞的工具。

2、分离纯糖蛋白：

利用凝集素与糖基专一性结合的能力分离糖蛋白有两大优点；一是植物凝集素易于大量取得，分离过程中易于洗脱；二是提取工作是在近中性的温和条件下进行，糖蛋白不会被破坏变性。

3、鉴定血型：

有几种凝集素可用作鉴定血型的工具，如百脉根凝集素可以鉴定O型血的红血球，双花扁豆凝集素可以直接鉴定A型血的A、A1亚型和A2亚型。不过近年生物技术已发展了一种与血型有关的特殊克隆抗体，已经可以取代部分植物凝集素鉴定血型。

4、用于研究细胞膜的结构及其与功能的关系

如可用标记了的凝集素研究细胞膜上的激素受体分布密度、结构特征，了解膜在发育分化过程中及不同条件下的变化。

5、促使淋巴细胞分裂：

已证明许多凝集素在体外对细胞分裂有促进作用，特别是激活动物T淋巴细胞的分裂。这种促进作用与凝集素的糖专一性有关，并且相应的单糖可抑制其促进细胞分裂的能力。根据T淋巴细胞被激活的数量。可反映机体的细胞免疫水平，监视各种免疫抑制和免疫增强剂的疗效，特别是可用来评价爱滋病人的免疫功能。

6、抑制蛋白质合成的作用：

已发现有某些凝集素具有抑制蛋白质合成的作用，但机制不明，这些凝集素可作为蛋白质合成的抑制剂。

随着学科的发展，预计将有更多种类的新植物凝集素被发现，有更多能识别特异糖基的植物凝集素得到广泛的应用，为生物学、医学免疫学和临床诊断治疗提供新的手段和技术。

第三节蛋白酶抑制剂

很多植物中存在有能抑制蛋白酶水解活性的一类蛋白质分子，我们称之为蛋白酶抑制剂。蛋白酶抑制剂分布广泛，特别是在一些豆科、茄科、禾本科及十字花科植物的种子、块茎等贮藏器官中，蛋白酶抑制剂含量常高达总蛋白质的6~10%或种子干重的2%。根、叶中也常有蛋白酶抑制剂存在。

现已知的蛋白酶抑制剂都具有一定的专一性，根据专一性不同可将其分为四大类：

⑴抑制活性中心含Ser蛋白酶抑制剂；

⑵抑制活性中心含SH基蛋白酶抑制剂；

⑶抑制酸性蛋白酶抑制剂；

⑷抑制金属羧肽酶抑制剂。

但尚未发现抑制氨肽酶的抑制剂。目前对蛋白酶抑制剂的结构已比较清楚的主要有以下几类：

一、大豆种子中的蛋白酶抑制剂：

1、Kunitz(库尼兹)抑制剂：

它的分子量为20000，由181个AA组成，分子内有两个二硫桥。它可专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羧基碳与胰蛋白酶活性中心Ser的羟基结合。抑制剂上有12个AA与酶接触，共形成13个氢键和300个左右范德华键。抑制剂与蛋白酶结合形成的复合物在PH3以下的酸性条件下可被完全解离。

2、Bowman-Birk(包曼—伯克）抑制剂：

它的分子量为8000，由71个AA组成，分子中有7个二硫键，故它的结构较稳定，对热、酸和碱的耐受性很强。由于其分子中有两个分别由9个AA组成小环的活性部位，故称之为“两头抑制剂”。当用CNBr和胃蛋白酶处理时，可使Met27和Arg28之间和Asp56和Phe57之间断开形成两个活性片段。带有Lys-Ser活性部位的一半可抑制胰蛋白酶，带有Leu-Ser活性部分可抑制胰凝乳蛋白酶。此外，其他许多豆类种子中也存在这种两头抑制剂，而且活性部位和AA序列都十分相似，故有人认为这些两头抑制剂可能是由同一个祖先基因倍增而来。

二、小麦、玉米和稻米中的胰蛋白酶抑制剂：

小麦中的胰蛋白酶抑制剂有三种，一个分子量在17,000 ——18,000，活性部位在Arg35和Ala36处,另外两个分子量在12,000，活性部位不清楚。

玉米中有一种胰蛋白酶抑制剂，它是一种相同亚基的多聚复合物，亚基分子量为21,000，由168个AA组成，活性部位是Arg24和Leu25。

稻胚中的抑制剂由200AA组成，结构分析表明它与Kunitz抑制剂相似。

三、马铃薯蛋白酶抑制剂：

马铃薯蛋白酶抑制剂有三种类型：

1、抑制剂Ⅰ：分子量39,000，强烈抑制胰凝乳蛋白酶，它由四个不同亚基组成，每个亚基有一个酶结合部位。

2、抑制剂Ⅱ：分子量20,000，是由四种亚基组成的各种二聚体混合物，每个二聚体有两个活性部位，都能有效地抑制胰蛋白酶，但对胰凝乳蛋白酶的抑制活性不同。

3、羧基肽酶抑制剂：可抑制羧肽酶A和B的活性，分子量3500，为具有38及39个AA的两种多肽的混合物。两者顺序相同，只是后者多一个AA残基。此外，马铃薯中还分离到一种分子量为5500，专一性较广泛的蛋白酶抑制剂。

四、蛋白酶抑制剂的功能：

1、调节种子蛋白质的分解：

现认为蛋白酶抑制剂可能在种子成熟过程中有防止蛋白质分解的作用，因为人们发现豇豆、大麦和稻米中的抑制剂都有抑制内源蛋白酶活性的作用，而在种子萌发时，抑制剂的量明显减少，有利于蛋白质水解和幼苗生长，但与之矛盾的是大豆、豌豆的抑制剂对内源蛋白酶没有抑制作用，而且大豆萌发时，蛋白酶活性也无变化。此外，还有一些种子的抑制剂不存在于蛋白体中，似乎难于起调节作用。

2、防御作用：

人们发现许多蛋白酶抑制剂可以抑制昆虫消化道中蛋白酶和病原微生物的蛋白酶，特别是在植物受到虫咬或机械损伤时，抑制剂活性升高，甚至在邻近受害叶的

部位也升高。

3、对蛋白质营养价值的有害作用：

蛋白酶抑制剂可降低食物中蛋白质的营养价值，引起动物生长阻滞，如在给大鼠和鸡喂生大豆时，动物的胰脏肿大，机理不完全清楚。从这个角度讲，作物育种时应尽可能降低其蛋白酶抑制剂的含量。

第四节植物的运动收缩蛋白

现在人们已知许多动物都是靠肌肉细胞中存在的肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用进行运动的。虽然植物表面上看没有运动，但实际上在植物界也存在各种非肌细胞的运动。例如，许多植物细胞及花粉管中的细胞质流动；单细胞衣藻的鞭毛运动；真核细胞中有丝分裂时染色体向两极运动等都是非肌细胞的运动。非肌细胞运动与肌细胞运动的机理是相同的，它们也是收缩蛋白相互作用的结果。现已知在非肌细胞中存在两种与细胞运动有关的结构，一种是微丝；另一种是微管，这两种结构都是由蛋白质构成，但蛋白质的组成各不相同。

一、构成微丝的蛋白：

微丝主要由肌动蛋白和肌球蛋白组成，故也称肌动蛋白纤丝，它广泛存在于真核细胞中并参与细胞中许多重要的功能，如肌肉收缩，细胞分裂等，近年来发现微丝骨架网络系统与细胞信号传递和细胞膜形态的维持有关。

1963年中国农大阎隆飞教授从烟草维管束中分离出了肌动蛋白。发现该蛋白具有ATP酶活性后来他领导的研究小组在1985年又从黄瓜的花粉管及豌豆叶片的卷须中分离纯化了肌动蛋白和肌球蛋白。另有报道在番茄内果皮细胞、小麦幼芽、玉米胚和大豆幼苗、芹菜韧皮部都发现存在有肌动蛋白和肌球蛋白，可见肌动蛋白和肌球蛋白在植物界是普遍存在的。

1、肌动蛋白的结构：

肌动蛋白单体外观呈哑铃状，分子量约43KD，进化上相当保守。根据其分子组成的不同，目前发现的肌动蛋白可分α-肌动蛋白、β-肌动蛋白和γ-肌动蛋白三种。α-肌动蛋白为动物肌细胞所特有，β-肌动蛋白或γ-肌动蛋白存在于所有肌细胞和非肌细胞的细胞质中。α-肌动蛋白约含400个AA残基，不同类型肌细胞中的α-肌动蛋白仅相差4-6个氨基酸。β-肌动蛋白和γ-肌动蛋白与α-肌动蛋白相差约25个AA 残基，可见这三种肌动蛋白基因是从同一个祖先基因进化而来的。

由肌动蛋白装配形态上看，可以把肌肉蛋白划分成两种类型，一种为球状肌动蛋白（G-肌动蛋白，G-actin）,另一种为纤维状肌动蛋白（F-肌动蛋白，F-actin）,它是球形肌动蛋白单体形成的多聚体。由于肌动蛋白单体具有极性，聚合时呈头尾相接，故所形成的纤维状F-肌动蛋白也具有极性，并且呈单链右手螺旋，使肌动蛋白形成能与肌球蛋白结合的细丝。

实际上，在大多数非肌肉细胞中，微丝是一种动态结构，即组装和解聚在不断地反复进行，G-肌动F-肌动蛋白。而且这一组装过程与球形肌动蛋白单体的浓度、ATP、Ca2+ 、Mg2+、Na+、K+浓度有关。一般在含有ATP和Ca2+以及很低Na+ 、K+浓度的溶液中，微丝趋于解聚成单体，而在Mg2+和高浓度Na+、K+溶液中，G-actin 趋向于装配成F-actin。

2、肌球蛋白的结构：

高纯度的肌球蛋白是一个长形不对称分子，分子量为460000道尔顿，长约160nm，有两个球状头部和一个长的尾部。它通常由两个相同的长肽链和4条短肽链组成，长链称为重链，短链称为轻链。用浓脲溶液或盐酸胍溶液处理可使两条重链分开。每条重链含有1800个AA左右的残基，是迄今所知最长多肽链之一。重链的头部含有3-甲基His、ε-N-甲基Lys和ε-N-三甲基Lys等稀有AA。重链的二级结构为α-螺旋构象，然后两条链缠绕在一起构成杆部，另一部分折迭成球状结构并构成头部。

用胰蛋白酶处理肌球蛋白，将其杆部切断，得到带头部的重酶解肌球蛋白和轻酶解肌球蛋白，然后再用木瓜蛋白酶处理重酶解肌球蛋白就可以获得肌球蛋白头部和杆部。研究表明，肌球蛋白头部具有ATP酶活力和一个肌动蛋白结合部位。它可以水解ATP末端的磷酸基团，也可以水解GTP和CTP。

以上肌球蛋白与肌动蛋白结合后形成肌动球蛋白复合物。当把这种复合物浸入含

ATP、K+和Mg2+的溶液中，则分子将发生收缩，单独的肌动蛋白或肌球蛋白则不发生收缩。实验表明，肌肉收缩力来源于肌球蛋白和ATP的相互作用，而蛋白复合体是肌细胞和非肌细胞收缩运动的基础。