蛋白水解酶
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催化多肽或蛋白質(zhì)水解的酶的統(tǒng)稱，簡稱蛋白酶。廣泛分部于動物、植物以及細(xì)菌當(dāng)中，種類繁多，在動物的消化道以及體內(nèi)各種細(xì)胞的溶酶體內(nèi)含量尤為豐富。蛋白酶對機體的新陳代謝以及生物調(diào)控起重要作用。分子量一般在2--3萬左右。
蛋白酶按水解底物的部位可分為內(nèi)肽酶以及外肽酶，前者水解蛋白質(zhì)中間部分的肽鍵，后者則自蛋白質(zhì)的氨基或羧基末端逐步降解氨基酸殘基?！ ?/p>
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按蛋白水解酶活性部位的性質(zhì)分類
根據(jù)各種蛋白酶活性部位的性質(zhì)可分之為四大類：
絲氨酸蛋白酶
其活性中心除絲氨酸外還包括組氨酸和天冬氨酸殘基，如胰臟所分泌的各種內(nèi)肽酶和與凝血、溶血纖維、補體系統(tǒng)有關(guān)的各種蛋白酶?！ ?/p>
巰基蛋白酶
其活性中心除半胱氨酸外還需有組氨酸殘基參與，如植物來源的和細(xì)胞溶酶體內(nèi)的某些組織蛋白酶?！ ?/p>
天冬氨酸蛋白酶
它們的活性中心是由兩個天冬氨酸殘基所組成，如由胃膜分泌的胃蛋白酶、腎臟中的血管緊張素釋放酶及細(xì)胞溶酶體中的某些組織蛋白酶等?！ ?/p>
金屬蛋白酶
其活性中心除金屬離子外還需有其他氨基酸殘基參與,如胰臟羧肽酶A的活性中心包括鋅離子(Zn2+) 及谷氨酸、酪氨酸殘基。多數(shù)外肽酶及某些細(xì)菌蛋白酶往往屬于這一類。
各種蛋白酶除需有參與催化肽鍵水解的基團外，還需有一定的與底物相結(jié)合的部位，由于這些部位的不同，從而決定了各種蛋白酶的不同專一性。
按其生理功能及其專一性來分類
自從發(fā)現(xiàn)蛋白酶在生物調(diào)控過程中的重要作用后，又可按其生理功能及其專一性來分類?！ ?/p>
非限制性水解蛋白酶
是指酶的專一性很差，能水解蛋白質(zhì)中的很多肽鍵，使生成各種小肽甚至游離氨基酸。這類蛋白酶的生理功能主要是參與體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解作用，例如胃腸道系統(tǒng)所分泌的各種蛋白酶將體外攝入的食物蛋白消化分解；細(xì)胞溶酶體內(nèi)各種組織蛋白酶能清除體內(nèi)各種代謝產(chǎn)物。平均壽命為 120天的紅細(xì)胞，其血紅蛋白即由組織蛋白酶所降解?！ ?/p>
限制性水解蛋白酶
是指酶的專一性很強，只作用于某一特定的蛋白質(zhì)底物，水解其中特定的肽鍵，并隨之產(chǎn)生各種具有不同生理功能的活性多肽或蛋白質(zhì)。這類蛋白酶在體內(nèi)即起生物調(diào)控作用，它們大多屬于絲氨酸蛋白酶，從其專一性來看類似于胰蛋白酶，即只作用于精氨酸或賴氨酸的羧基端所組成的肽鍵。這些蛋白酶和一般的蛋白酶不同，對常見的蛋白質(zhì)如酪蛋白或血紅蛋白的降解活力很低甚至不起作用，即使對其專一水解的蛋白底物，在構(gòu)象上也有嚴(yán)格要求，底物一旦變性就不能被它降解，而非限制性水解的蛋白酶卻相反，蛋白底物變性程度愈大愈易水解。例如凝血酶在使纖維蛋白原激活時,在150個精氨酸或賴氨酸殘基的肽鍵中只水解纖維蛋白原α、β兩亞基N 端附近的精-甘肽鍵，釋放出血纖維肽A、B，從而使可溶性的血纖維蛋白原轉(zhuǎn)變成凝膠網(wǎng)狀的血纖維蛋白。
蛋白酶生物調(diào)控作用
體內(nèi)很多重要的生理效應(yīng)與蛋白酶的生物調(diào)控有關(guān)，如表中所列，當(dāng)機體受到外界刺激作出相應(yīng)的生理反應(yīng)時就動員體內(nèi)蛋白酶使原來不具有生理活性的某些多肽或蛋白質(zhì)，迅速成為功能很強的相應(yīng)產(chǎn)物，從而達(dá)到機體的防御、生存與繁殖的目的。有的動員過程較簡單，可通過一次催化反應(yīng)來完成。如胃腸道中無活性的胰蛋白酶原當(dāng)其 N末端被腸激酶水解除去一個 6肽后即產(chǎn)生出有活性的胰蛋白酶。有的過程相當(dāng)復(fù)雜，需通過多次催化反應(yīng)，如血液凝固及補體反應(yīng)過程中約有10個以上組分共同參與?！ ?/p>
蛋白酶在生物調(diào)控體系中的作用特點
生物效應(yīng)是瞬時的
通過對體內(nèi)活性蛋白前體的激活而迅速表現(xiàn)出活性。因為無需通過基因復(fù)制轉(zhuǎn)錄及表達(dá)等復(fù)雜的過程，所以能迅速對外界信號作出反應(yīng)。此外這種反應(yīng)又是定向而不可逆的，不同于體內(nèi)其他一些酶的生物調(diào)控機制，例如一些磷酸化激酶，通過對蛋白質(zhì)的磷酸化及去磷酸化使產(chǎn)生變構(gòu)效應(yīng)，從而進(jìn)行可逆的生物調(diào)控。
以級聯(lián)反應(yīng)的方式表達(dá)
即在第一級反應(yīng)中被激活的蛋白質(zhì),本身就是催化下一級反應(yīng)的蛋白酶,這樣就起著逐級放大的作用。例 2如一分子酶即使以很低的水平催化1000個分子底物反應(yīng)，經(jīng)兩級催化反應(yīng)后就放大了100萬倍,因而機體對微弱的外界信號也能產(chǎn)生很強的生物效應(yīng)。
存在正負(fù)反饋系統(tǒng)
從而使整個多級反應(yīng)體系處于最佳狀態(tài)，例如在血凝過程中被激活的凝血酶既能催化血纖維蛋白原使之轉(zhuǎn)變?yōu)檠w維蛋白，又能激活凝血因子Ⅷ及Ⅴ，后者又進(jìn)一步促進(jìn)凝血酶原的激活，這是正反饋，但凝血酶又能自身降解凝血酶原，使之不能再被激活，這是負(fù)反饋。
在催化同一活性蛋白前體時有時能產(chǎn)生兩種或兩種 以上生物功能各不相同的組分 例如促腎上腺激素、β-促脂肪激素及內(nèi)啡肽都由同一前體蛋白水解產(chǎn)生。
參與生物調(diào)控的蛋白酶有時可通過兩種不同途徑產(chǎn)生同一生理效應(yīng)，彼此間起到一定的互補作用。例如凝血反應(yīng)中既有血液中的內(nèi)源性激活系統(tǒng)，又有組織中的外源性激活系統(tǒng),兩者最后都通過凝血因子X使凝血酶原激活。
在蛋白酶所參與的一些重要生物調(diào)控體系中幾乎毫無例外都有相應(yīng)的蛋白酶抑制劑存在。若在某些體系中蛋白酶與其相應(yīng)抑制劑的平衡失調(diào)，就會引起病變。例如先天性靜脈血栓和血管神經(jīng)性浮腫往往是與體內(nèi)缺乏相應(yīng)的抗凝血酶抑制劑Ⅲ及補體C1抑制劑有關(guān)?！ ?/p>
蛋白酶的應(yīng)用
由于蛋白酶來源豐富，除從動、植物中提取外，還可由細(xì)菌大量發(fā)酵生產(chǎn)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品、制革、繅絲等工業(yè)，也可作為重要的生化試劑。例如胰凝乳蛋白酶用于白內(nèi)障摘除手術(shù),使手術(shù)簡化,成功率提高；胰蛋白酶對清除壞死組織，消炎化膿，愈合傷口有明顯效果；尿激酶、鏈激酶用于治療靜脈血栓，脈管炎；激肽釋放酶用于改善冠心病，使微血管舒張，血壓下降；彈性蛋白酶對血管硬化有一定療效；細(xì)菌蛋白酶用于皮革脫毛、蠶絲膠膠。凝乳酶用于制造乳酪制品；木瓜或菠蘿蛋白酶用作啤酒穩(wěn)定劑，能消除由于啤酒冷藏而產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀等。
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