关于蛋白水解酶介绍

[拼音]：danbai shuijiemei

[外文]：protease， proteinase

催化多肽或蛋白质水解的酶的统称，简称蛋白酶。广泛分布于动、植物及细菌中，种类繁多，在动物的消化道及体内各种细胞的溶酶体内含量尤为丰富。蛋白酶对机体的新陈代谢及生物调控起重要作用。分子量一般在2～3万左右。

蛋白酶按水解底物的部位可分为内肽酶及外肽酶，前者水解蛋白质中间部分的肽键，后者则自蛋白质的氨基或羧基末端逐步降解氨基酸残基。

类别

根据各种蛋白酶活性部位的性质可分之为四大类：

其活性中心除丝氨酸外还包括组氨酸和天冬氨酸残基，如胰脏所分泌的各种内肽酶和与凝血、溶血纤维、补体系统有关的各种蛋白酶。

其活性中心除半胱氨酸外还需有组氨酸残基参与，如植物来源的和细胞溶酶体内的某些组织蛋白酶。

它们的活性中心是由两个天冬氨酸残基所组成，如由胃膜分泌的胃蛋白酶、肾脏中的血管紧张素释放酶及细胞溶酶体中的某些组织蛋白酶等。

其活性中心除金属离子外还需有其他氨基酸残基参与，如胰脏羧肽酶A的活性中心包括锌离子(Zn2+) 及谷氨酸、酪氨酸残基。多数外肽酶及某些细菌蛋白酶往往属于这一类。

各种蛋白酶除需有参与催化肽键水解的基团外，还需有一定的与底物相结合的部位，由于这些部位的不同，从而决定了各种蛋白酶的不同专一性。

自从发现蛋白酶在生物调控过程中的重要作用后，又可按其生理功能及其专一性来分类。

是指酶的专一性很差，能水解蛋白质中的很多肽键，使生成各种小肽甚至游离氨基酸。这类蛋白酶的生理功能主要是参与体内蛋白质的降解作用，例如胃肠道系统所分泌的各种蛋白酶将体外摄入的食物蛋白消化分解；细胞溶酶体内各种组织蛋白酶能清除体内各种代谢产物。平均寿命为 120天的红细胞，其血红蛋白即由组织蛋白酶所降解。

是指酶的专一性很强，只作用于某一特定的蛋白质底物，水解其中特定的肽键，并随之产生各种具有不同生理功能的活性多肽或蛋白质。这类蛋白酶在体内即起生物调控作用，它们大多属于丝氨酸蛋白酶，从其专一性来看类似于胰蛋白酶，即只作用于精氨酸或赖氨酸的羧基端所组成的肽键。这些蛋白酶和一般的蛋白酶不同，对常见的蛋白质如酪蛋白或血红蛋白的降解活力很低甚至不起作用，即使对其专一水解的蛋白底物，在构象上也有严格要求，底物一旦变性就不能被它降解，而非限制性水解的蛋白酶却相反，蛋白底物变性程度愈大愈易水解。例如凝血酶在使纤维蛋白原激活时，在150个精氨酸或赖氨酸残基的肽键中只水解纤维蛋白原α、β两亚基N 端附近的精-甘肽键，释放出血纤维肽A、B，从而使可溶性的血纤维蛋白原转变成凝胶网状的血纤维蛋白。

生物调控作用

体内很多重要的生理效应与蛋白酶的生物调控有关，如表中所列，当机体受到外界刺激作出相应的生理反应时就动员体内蛋白酶使原来不具有生理活性的某些多肽或蛋白质，迅速成为功能很强的相应产物，从而达到机体的防御、生存与繁殖的目的。有的动员过程较简单，可通过一次催化反应来完成。如胃肠道中无活性的胰蛋白酶原当其 N末端被肠激酶水解除去一个 6肽后即产生出有活性的胰蛋白酶。有的过程相当复杂，需通过多次催化反应，如血液凝固及补体反应过程中约有10个以上组分共同参与。

蛋白酶在生物调控体系中的作用特点是：

通过对体内活性蛋白前体的激活而迅速表现出活性。因为无需通过基因复制转录及表达等复杂的过程，所以能迅速对外界信号作出反应。此外这种反应又是定向而不可逆的，不同于体内其他一些酶的生物调控机制，例如一些磷酸化激酶，通过对蛋白质的磷酸化及去磷酸化使产生变构效应，从而进行可逆的生物调控。

即在第一级反应中被激活的蛋白质，本身就是催化下一级反应的蛋白酶，这样就起着逐级放大的作用。例 2如一分子酶即使以很低的水平催化1000个分子底物反应，经两级催化反应后就放大了100万倍，因而机体对微弱的外界信号也能产生很强的生物效应。

从而使整个多级反应体系处于最佳状态，例如在血凝过程中被激活的凝血酶既能催化血纤维蛋白原使之转变为血纤维蛋白，又能激活凝血因子Ⅷ及Ⅴ，后者又进一步促进凝血酶原的激活，这是正反馈，但凝血酶又能自身降解凝血酶原，使之不能再被激活，这是负反馈。

例如促肾上腺激素、β-促脂肪激素及内啡肽都由同一前体蛋白水解产生。

参与生物调控的蛋白酶有时可通过两种不同途径产生同一生理效应，彼此间起到一定的互补作用。例如凝血反应中既有血液中的内源性激活系统，又有组织中的外源性激活系统，两者最后都通过凝血因子X使凝血酶原激活。

在蛋白酶所参与的一些重要生物调控体系中几乎毫无例外都有相应的蛋白酶抑制剂存在。若在某些体系中蛋白酶与其相应抑制剂的平衡失调，就会引起病变。例如先天性静脉血栓和血管神经性浮肿往往是与体内缺乏相应的抗凝血酶抑制剂Ⅲ及补体C1抑制剂有关。

应用

由于蛋白酶来源丰富，除从动、植物中提取外，还可由细菌大量发酵生产，已广泛应用于医疗、食品、制革、缫丝等工业，也可作为重要的生化试剂。例如胰凝乳蛋白酶用于白内障摘除手术，使手术简化，成功率提高；胰蛋白酶对清除坏死组织，消炎化脓，愈合伤口有明显效果；尿激酶、链激酶用于治疗静脉血栓，脉管炎；激肽释放酶用于改善冠心病，使微血管舒张，血压下降；d性蛋白酶对血管硬化有一定疗效；细菌蛋白酶用于皮革脱毛、蚕丝胶胶。凝乳酶用于制造乳酪制品；木瓜或菠萝蛋白酶用作啤酒稳定剂，能消除由于啤酒冷藏而产生的蛋白质沉淀等。