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三叶半夏(Pinelli.ternate)和掌叶半夏(Pinelli.pedatisecta)都属天南星科半夏属植物。半夏是传统中药材,在800多种常用中药中使用频率排名第22位,在我国已经有2000多年的药用历史。主要活性成分除活性多糖、生物碱、甾醇外,还有蛋白质。其中,凝集素是半夏总蛋白的重要组分之一。现已发现的三叶半夏和掌叶半夏的凝集素属于单子叶植物中甘露糖凝集素家族。三叶半夏和掌叶半夏在形态上十分相似,同时也含有相似的化学成分,但是在中国传统的中药处方中,三叶半夏主要用来镇吐、止咳、祛痰、抗早孕等,而掌叶半夏除了镇吐、止咳、祛痰外,在抗肿瘤方面疗效更加明显。半夏作为传统中药其药用价值已被公认,但其抗呕,抗早孕、抗肿瘤等机制及其有效组分仍不清楚。同时,由于连年栽培导致各种病毒和病虫害的侵染,半夏种质日益退化,产量逐年递减,市场缺口逐年扩大。
本研究将三叶半夏凝集素(PTA)和掌叶半夏凝集素(PPA)基因ORF克隆到表达载体pET-28a(+)上,成功构建了表达质粒,并转化大肠杆菌BL21(DE3),经PCR、双酶切鉴定以及测序分析显示为正确重组。经IPTG诱导表达后,裂解菌液作SDS-PAGE分析,在28kDa处有一条信号特别的条带,与预期相符,显示表达量可达菌体总蛋白的70%左右,且融合蛋白以不溶性的包涵体形式存在。超声波裂解菌体分离包涵体并离心、洗涤,对包涵体进行溶解和梯度透析复性;复性后,经SDS-PAGE检测发现蛋白纯度较高,可直接用于后续实验。为进一步探讨半夏凝集素亚基之间的相互作用及凝集活性的差异,用同样的方法成功构建半夏凝集素亚基原核表达质粒,半夏凝集素亚基同样以包涵体的形式存在,包涵体经过梯度透析后纯度较高,直接用于后续实验。
三叶半夏和掌叶半夏凝集素及其亚基对兔血红细胞的凝集试验表明,掌叶半夏凝集素的凝集活力为三叶半夏凝集素的4倍,凝集素第三个活性位点两个氨基酸的差异可能是引起三叶半夏和掌叶半夏凝集素凝集活性不同甚至药理作用不同的主要原因。原核表达系统获得的凝集素亚基不能凝集兔血红细胞。推测产生以上结果的原因可能有两个:一,单个亚基在复性过程中,不能很好的折叠,使得凝集素凝集活性丧失;二,半夏凝集素需要两个亚基的三个活性位点形成特定的空间结构才能发挥其功能。该研究为深入探讨两种半夏凝集素的区别,半夏凝集素亚基之间的相互作用及凝集活性的差异打下了基础,也为解决半夏资源紧缺提供了一个可能的方法。