基本介紹
- 中文名：凝集素
- 外文名：Lectin
- 常用的：植物凝集素、花生凝集素等
- 提取物：糖蛋白或結合糖的蛋白
- 主要形式存在：以糖蛋白和糖脂的形式存在
- 特徵：多價結合能力等
簡介,植物凝集素,特性,性質及套用,套用,分類,性質,研究意義,
簡介
凝集素是動物細胞和植物細胞都能夠合成和分泌的、能與糖結合的蛋白質,在細胞識別和粘著反應中起重要作用,主要是促進細胞間的粘著。凝集素具有一個以上同糖結合的位點，因此能夠參與細胞的識別和粘著,將不同的細胞聯繫起來。
木鳳梨凝集素
木鳳梨凝集素凝集素（Lectin）是指一種從各種植物，無脊椎動物和高等動物中提純的糖蛋白或結合糖的蛋白，因其能凝集紅血球（含血型物質），故名凝集素。其常見種類見表6-1。常用的為植物凝集素（Phytoagglutin, PNA），通常以其被提取的植物命名，如刀豆素A（Conconvalina,ConA）、麥胚素（Wheat germ agglutinin, WGA）、花生凝集素（Peanut agglutinin, PNA）和大豆凝集素（Soybean agglutinin, SBA）等，凝集素是它們的總稱。凝集素不是來源或參與免疫反應的產物，凝集素具有的某些“親合”特性，能被免疫細胞化學技術方法所套用。因此，Ponder（1983）提出應稱“凝集素組織化學”而不能稱為“凝集素免疫組織化學”。
雖然人們認為在植物中凝集素的功能是結合細胞表面上的糖蛋白，然而在動物中它的功能也包括結合可溶性的細胞外或細胞內糖蛋白。舉例來說，有一種凝集素被發現在哺乳類動物肝細胞的表面上，能夠專一性的識別乳糖殘基。人們相信這些細胞表面上的接受器是負責將循環系統中的特定糖蛋白移除。另一個例子是甘露糖-6-磷酸接受器能夠識別含有此種殘基的水解酵素，隨後標定這些蛋白將其送至溶小體。它們提供許多不同的生物功能——從細胞附著的調控，到糖蛋白合成，以及血液中蛋白質的濃度。凝集素也能夠藉由識別僅在病原中發現或是無法進入宿主細胞的的糖類而在免疫系統中扮演重要的角色。
植物凝集素
植物凝集素是來源於植物的一類能凝集細胞和沉澱單糖或多糖複合物的非免疫來源的非酶蛋白質。由於其對於單糖或糖複合物特異性結合的能力，使得其在如信號轉導、免疫反應、植物防禦等諸多信號過程中均具有重要作用。同時植物凝集素具有細胞凝集、抗病毒、抗真菌及誘導細胞凋亡或自噬等多種能力，因此在生命科學、醫學及農業方面均有較好的研究價值和套用前景。
凝集素是指非免疫來源的糖結合蛋白或糖蛋白，並應有使細胞凝集或糖複合物沉澱的能力。此定義包含三個要點：(1) 凝集素是蛋白質或糖蛋白 ；(2) 凝集素必須有專一的與糖基結合的特性，但是排除了免疫來源的針對糖基的抗體 ；(3) 因為規定了能使細胞凝集或是糖複合物沉澱的特性，所以凝集素分子必須具有兩個或更多糖結合位點，這樣把一些雖有糖結合能力但是糖結合位點僅有一個的酶、轉運蛋白、激素、毒素等排除在外。凝集素可以識別糖蛋白和糖脂中複雜的碳水化合物結構，也識別細胞膜表面的糖基，因此，凝集素可以作為研究細胞膜結構的有利工具。此外，凝集素由於具有多價結合能力，能與螢光素、酶、生物素、鐵蛋白及膠體金等結合而不影響其生物活性，因此，凝集素也可用於免疫細胞化學的研究，以及腫瘤的診斷評價等。凝集素蛋白至少包含一個可以結合碳水化合物的結構域，基於此，凝集素可以被分成主要的四類，部分凝集素(merolectins)、全凝集素 (hololectins)、超凝集素 (superlectin)以及嵌合凝集素 (chimerolectins)。
純化的凝集素對於臨床套用非常重要，因為它能夠用來鑑定血型。有些存在人類紅血球上的糖脂質以及糖蛋白能夠經通過凝集素來鑑定。一種來自於雙花扁豆（Dolichos biflorus）的凝集素，經鑑定後發現可識別A1血型。來自於植物Ulex europaeus（重瓣刺金雀/荊豆/烏樂樹）的凝集素，經鑑定後發現可識別H血型抗原，而來自於植物Vicia gramineae（野豌豆屬禾本科）的凝集素則可識別N血型抗原。
凝集素被視為免疫系統中的直接演化前身，而且它們至今依然在此扮演重要角色 - 凝集素補體激活途徑、甘露糖結合凝集素、S、P、E凝集素,等等。
一個凝集素在生物學上強大的例子是生化戰劑蓖麻毒素。蓖麻毒素是一種由兩個功能結構域所組成而自從蓖麻中純化的蛋白質。其一是一個能夠結合細胞表面上的半乳糖殘基而能夠使蓖麻毒素進入細胞的凝集素，第二個功能結構域是一個能夠將核糖體RNA中的鹼基切除的N-glycosidase，該作用會抑制蛋白質的合成，並進而導致細胞死亡。
特性
凝集素具有多方面的特性，在此我們僅簡要提及其與免疫細胞化學技術方法套用有關的某些特性。我們知道，生物膜中含有一定量的糖類，主要以糖蛋白和糖脂的形式存在。凝集素最大的特點在於它們能識別糖蛋白和糖肽中，特別是細胞膜中複雜的碳水化合物結構，即細胞膜表面的碳脂化合物決定簇。一種凝集素具有對某一種特異性糖基專一性結合的能力，如刀豆素與α—D—吡喃糖基甘露糖（α—D—Mannopyranosy）結合；麥芽素與N—乙醯糖胺（N—acetyl glucosamine）結合；菜豆凝集素與N—乙醯乳糖胺結合（見本章 表6—1）。 因此，凝集素可以作為一種探針來研究細胞膜上特定的糖基。另一方面，凝集素具有多價結合能力，能與螢光素、生物素、酶、膠體金和鐵蛋白等示蹤物結合，從而在光鏡與/或電鏡水平顯示其結合部位。
凝集素的標記技術
凝集素的標記技術性質及套用
套用
一般認為細胞膜上特定的糖基可用以區別細胞的類型和反映細胞在分化、成熟和腫瘤細胞性變中的變化。僅在某些特殊的例子，其細胞結合凝集素的性能可以預先估計，如雙花扁豆素之於血型A物質的特異性，荊豆凝集素之於血型O物質2—L—岩藻糖的特異性，然而在絕大多數情況下，關於由凝集素所識別的碳水化合物決定簇的種類，關於攜帶決定簇的分子的性質和機能，完全憑實驗經驗去發現。
分類
凝集素可按糖的特異性、分子結構、結合位點和其功能進行分類。動物凝集素按分子結構分為C-型凝集素、S-型凝集素、P-型凝集素、I-型凝集素和正五聚蛋白（Pentraxins）。C-型凝集素是Ca2+依賴的凝集素；S-型凝集素是特異性識別β-半乳糖苷鍵的凝集素；P-型凝集素是特異性識別6磷酸甘露糖的凝集素；I-型凝集素是類似免疫球蛋白的凝集素；正五聚蛋白（Pentraxins）是有五個亞基的凝集素。
性質
至今在無脊椎動物體內發現的凝集素均是糖蛋白，糖以共價鍵形式結合進凝集素中，糖的種類主要包括有甘露糖、氨基葡萄糖、半乳糖，而少見木糖，阿拉伯糖。動物凝集素所含糖的種類和植物、微生物凝集素所含糖的種類不一樣，凝集素中蛋白質部分主要由天冬氨酸、絲氨酸和蘇氨酸組成，少見含硫胺基酸。與部分凝集素活性相關的金屬離子常是Ca2+和Mg2+，這是許多糖進行結合或凝集活動所必需的。很多凝集素(如C一類型凝集素)發生凝集的一個必不可少的條件就是存在Ca2+ 。在賞凝集素(Limulin)中需要C擴+以類鈣調素形式進行生理活動;而在Anthocidariscr assispina中，則是Ca2+ 影響凝集素分子構型:Ca2+影響牡蠣凝集素則是通過改變蛋白質構型，而不是直接參與配體結合。有人認為Ca2+ 通過離子鍵與梭基等作用，以穩定結構，增強氫鍵和疏水基團的相互作用。
凝集素進行的凝集反應常被單糖所抑制，有的卻需某些二糖、三糖或多糖，被抑制的敏感性差別較大。某些典型特效凝集素易被相應血型物質中部分糖類所抑制，如A型血抗原特效的凝集素被N-乙醯-D一半乳糖所抑制;O型特效的凝集素被L一岩藻糖所抑制。凝集素結合糖類的專一性範圍不一。少數凝集素的結合範圍相當窄。用蛋白酶，如胰蛋白酶、鏈霉蛋白酶等溫和處理凝集素，可使其凝集活動的敏感性得到提高，一些添加劑、金屬離子也影響凝集素活動。
研究意義
凝集素在動、植物體內廣泛存在。凝集素最大的特點是能識別糖蛋白和糖脂中，特別是細胞膜中複雜的碳水化合物結構，即細胞膜表面的糖基。一種凝集素具有隻對某一種特異性糖基專一性結合的能力。因此，凝集素可以作為研究細胞膜結構的探針。凝集素在無脊椎動物血液中具有多種生物活性，可以選擇凝集各種細胞，對腫瘤細胞有特異性凝集作用等，是免疫防禦的重要體液因子之一。另一方面，凝集素具有多價結合能力，能與螢光素、酶、生物素、鐵蛋白及膠體金等結合、而不影響其生物活性，可用於光鏡或電鏡水平的免疫細胞化學研究工作，在探索細胞分化、增生和惡變的生物學演變過程，顯示腫瘤相關抗原物質，以及對腫瘤的診斷評價等方面均有一定的價值。此外，植物凝集素在植物體內也具有相當重要的作用，如在種子萌發過程中的作用；作為植物胚細胞的促有絲分裂因子；在作物害蟲防治方面表現出的保護功能等等。研究凝集素的特異性有助於以分子或原子層次 (Molecular or atomic level) 了解生命現象或病理變化。
