蛋白酶催化蛋白质水解

蛋白酶催化蛋白质水解

1、酶的重要性

生命的最主要、最基本的特征在于生物体的新陈代谢，具体表现为活体经常由外部摄取所需要的物质，以生物能为动力，经过体内同化、更新、异构化，并排出一些物质，发散热能至外界。机体或单个细胞的所有这些化学反应，基本上是在催化剂作用下完成的。酶是人体内新陈代谢的催化剂，只有酶存在，人体内才能进行各项生化反应。人体内酶越多，越完整，其生命就越健康。当人体内没有了活性酶，生命也就结束。人类的疾病，大多数均与酶缺乏或合成障碍有关。

2、酶的生物学功能

在生物体内，酶发挥着非常广泛的功能，具体功能如下：

（1）信号转导和细胞活动的调控都离不开酶。特别是激酶和磷酸酶的参与。

（2）酶也能产生运动。通过催化肌球蛋白上ATP的水解产生肌肉收缩，并且能够作为细胞骨架的一部分参与运送胞内物质。

（3）参与在动物消化系统的工作。以淀粉酶和蛋白酶为代表的一些酶可以将进入消化道的大分子（淀粉和蛋白质）降解为小分子，以便于肠道吸收。淀粉不能被肠道直接吸收，而酶可以将淀粉水解为麦芽糖或更进一步水解为葡萄糖等肠道可以吸收的小分子。不同的酶分解不同的食物底物。

（4）在代谢途径中，多个酶以特定的顺序发挥功能：前一个酶的产物是后一个酶的底物；每个酶催化反应后，产物被传递到另一个酶。有些情况下，不同的酶可以平行地催化同一个反应，从而允许进行更为复杂的调控：比如一个酶可以以较低的活性持续地催化该反应，而另一个酶在被诱导后可以较高的活性进行催化。酶的存在确定了整个代谢按正确的途径进行；而一旦没有酶的存在，代谢既不能按所需步骤进行，也无法以足够的速度完成合成以满足细胞的需要。实际上如果没有酶，代谢途径，如糖酵解，无法独立进行。例如，葡萄糖可以直接与ATP反应使得其一个或多个碳原子被磷酸化；在没有酶的催化时，这个反应进行得非常缓慢以致可以忽略；而一旦加入己糖激酶，在6位上的碳原子的磷酸化反应获得极大加速，虽然其他碳原子的磷酸化反应也在缓慢进行，但在一段时间后检测可以发现，绝大多数产物为葡萄糖-6-磷酸。于是每个细胞就可以通过这样一套功能性酶来完成代谢途径的整个反应网络。3、酶的分类

酶可分为二类，第一类是所谓的单纯酶，其催化活性仅由酶蛋白提供；第二类称为结合酶，除了蛋白质外，还需含有其他成分才呈现催化活性。这些成分包括无机离子，Fe卄、Zn卄.Mn卄等或有机化合物，如硫胺素焦磷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸等。这些化学组分称为辅助因子，这类化合物称为辅酶。这类酶也称为全酶。

按国际生化会的规定，将现已分离得到的2000多种酶按所催化的反应类型分类，可分为以下六种。

(1)氧化还原酶

用于催化氧化-还原反应和加氧反应、脱氢反应，如葡萄糖氧化酶等。

(2)水解酶

用于催化水解反应，包括酯、酰胺、肽和其他含C一键的化合物以及酸酐和糖甙等。如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、核糖核酸酶及纤维素酶等。

(3)异构酶

用于催化多种类型的异构化反应。、如双键位移、顺反异构和消旋化反应。如葡萄糖异构酶等。

(4)裂解酶

用于催化C一C、C一0、C一N键裂解反应。如脱羧酶等。

(5)连接酶

也称为合成酶。用于催化形成C一C、C一0、C一N键以及磷酸酯键。这类酶一般指有腺苷三磷酸(ATP)参加的合成反应，关系着许多重要生命物质的合成、，如蛋白质、核酸等。

4、蛋白酶

4.1蛋白酶的基本信息

中文名称:蛋白酶 (枯草杆菌)

中文别名:蛋白酶A.S1398; 枯草溶菌素; 蛋白酶2709; 蛋白酶A.S 1398;

英文名称:bacillopeptidaseb

4.2蛋白酶的定义

蛋白酶又称蛋白水解酶，是催化肽键水解的一类酶。其参与了生物体的多种生物过程。它们不仅能催化底物水解，更能调节蛋白质的定位与活性，调节蛋白质与蛋白质的相互作用，参与胞内信号传导以及新的生物活性分子的生成。

4.3蛋白酶的分类

（1）按其水解多肽的方式，可以将其分为内肽酶和外肽酶两类。内肽酶将蛋白质分子内部切断，形成分子量较小的短肽。外肽酶从蛋白质分子的游离氨基或羧基的末端逐个将肽键水解，而游离出氨基酸，前者为氨基肽酶后者为羧基肽酶。

（2）按活性中心可将蛋白酶分为四类:丝氨酸蛋白酶、天门冬氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、金属蛋白酶。

（4）按其反应的最适pH值，分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。

4.4蛋白酶的应用

(1)蛋白酶用于洗涤剂。

(2) 蛋白酶用于制革工业。

(3) 蛋白酶在裘皮工业上的应用。

(4)蛋白酶用于明胶工业。

(5)蛋白酶用于丝绸脱胶。

(6)蛋白酶在食品工业上的应用。

5、蛋白酶催化蛋白质水解机理

5.1酶与底物间的作用力

在酶催化过程中，酶与底物之间普遍存在着三种力。即离子键、氢气和范德华力。离子道指的是底物上的一个带电荷的基团与酶上一种带相反电荷的基团间的静电作用。如带负电荷的底物能与带正电荷的精氨酸或赖氨酸残基上带正电荷的侧链形成离子健。氢键则存在于底物和酶蛋白的两个负电性较大的原子之间。范德华力指两个原子相间0.3-0.4nm的普遍存在的一种非专一性的吸引力。尽管这种力很小，但对于以水溶液为介质的酶催化反应来说，却是十分重要的。

5.2酶催化的基元反应

酶催化反应可以分为广义酸碱催化、共价催化和金属离子催化几类。在酶催化过程中有的酶是作为一个质子供与体或质子受体促进反应速度的，称为广义酸碱催化。如羰基加成为酮基和烯醇的互变异构、酯的水解和氨解等反应就属于广义的酸碱催化反应。当酶与底物形成的酶-底物共价化合物(或复合物)是由酶上带有亲核电子进攻底物形成时，称为亲核催化；反之，由酶上带有亲电基团进攻底物形成时，则称为亲电催化。胰凝乳蛋白酶是通过亲核机理实现水解肽健的过程，而以磷酸吡哆醛为辅酶的天门冬氨酸基转移酶、丙氨酸消旋酶则是通过亲电机理进行的。以金属离子为辅酶的酶催化剂，金属离子参与催化的作用与酸相似。此外金属离子有络合效应，可将底物固定到酶上。

第一步、多肽碎片(底物)被酶特殊部分以氢键、静电引力、非