李依 食品酶学 丝氨酸蛋白酶

丝氨酸蛋白酶的研究

【摘要】

综述了丝氨酸蛋白酶的结构与功能、蛋白质工程、表达系统和应用。丝氨酸蛋白酶是一类以丝氨酸为活性中心的重要的蛋白水解酶，在生物有机体中发挥着重要而又广泛的生理作用，具有广泛的研究和应用价值。它们的活性部位都含Ser、His、Asp，并具有相同的催化机制。丝氨酸蛋白酶超家族成员执行多种多样的生理功能，在很多致病过程以及细胞内的信号转导等方面起着重要作用。正是由于丝氨酸蛋白酶在结构上的微小变化，从而引起了其在功能上的进化。

On serine protease

Abstract： This paper reviews the serine proteases’structures，functions，protein engineering，expression system，and applications．Serine protease is a group of proteolytic enzymes that are important for its potential applications．All serine proteases have serine，histidine and aspartic acid in their active domain，and same catalytic mechanism．The members in the serine protease super family serve a wide range of physiological functions，especially in thepathogenesis of many diseases and intracellular signal transduction．Any minute alternations in their structures canresult in significant functional changes．

【关键词】丝氨酸蛋白酶抑制剂表达结构

【正文】

一丝氨酸蛋白酶的概述

1 简介

丝氨酸蛋白酶是一个蛋白酶家族，它们的作用是断裂大分子蛋白质中的肽键，使之成为小分子蛋白质。其激活是通过活性中心一组氨基酸残基变化实现的，它们之中一定有一个是丝氨酸（其名字的由来）。在哺乳类动物里面，丝氨酸蛋白酶扮演着很重要的角色，特别是在消化，凝血和补体系统方面。

(1)消化酶胰分泌的酶里面有三种是丝氨酸蛋白酶：

A 糜蛋白酶

糜蛋白酶，又称为胰凝乳蛋白酶，水解酶类的一种肽链内切酶，主要促使疏水性氨基酸尤其是酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸及亮氨酸的羧基端多肽裂解。由胰以糜蛋白酶原的形式分泌，在小肠内经胰蛋白酶作用而激活。糜蛋白酶A及B 分子大小不同，但特异性则相似。

B 胰蛋白酶

胰蛋白酶属水解酶类，促使肽链分裂，作用部位为精氨酸或赖氨酸羧基。此酶以酶原形式由胰释出，在小肠中转化为活性形式。

C 弹性蛋白酶

弹性蛋白酶（EC 3.4.21.36.）：水解酶类的一种，对丙氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、亮氨酸或缬氨酸等含羧基的多肽键起催化水解的作用，因曾认为此酶主要作用于弹性蛋白而有此命名。它是胰以酶原(弹性蛋白酶原)形式分泌的一种丝氨酸蛋白酶，参与肠内蛋白消化。

这三种酶的一级结构（氨基酸序列）和三级序列（所有原子的空间排布）相似。它们的活性丝氨酸残基都是在同一位置(Ser-195)。

(2)凝血因子几种激活的凝血因子都是丝氨酸蛋白酶，包括：

A凝血第十因子（X），也称Stuart因子，参于内源性和外源性凝血途径的一种耐贮存因子。缺乏可致系统性凝血障碍（第十因子缺乏症）。

B凝血第十一因子（XI），即是血浆凝血酶致活酶先质：作用于内源性凝血途径的一种稳定因子。缺乏这种因子会引起系统性血凝缺陷，即C型血友病或Rosenthal综合征，与典型血友病相似。

凝血酶来自凝血酶原，可促使纤维蛋白质变为纤维蛋白的酶；

C纤维蛋白溶酶，胞浆素，：是溶解纤维蛋白或血凝块系统的有效部分，是对纤维蛋白有高度特异性的蛋白分解酶，对已经形成的纤维蛋白凝块有特别的溶解力，对其他血浆蛋白、凝固因子和一般蛋白质也有类似作用。

（3）补体系统补体系统里面有几种蛋白质属于丝氨酸蛋白酶，包括：

A C1r 和 C1s

B C3转化酶裂解补体成分C3为C3a和C3b的酶；经典途径C3转化酶是C4b，2a；旁路C3转化酶是C3b，Bb和C3b，Bb

（4）作用原理

A 通过邻近的氨基酸残基链，丝氨酸残基在活性中心被激活。

B 被激活的羟基与肽键的碳原子发生亲核反应。

C 肽键断裂后，酰基上的碳被酯化，肽键的氮端会被释放游离。

D 水解反应，与酶相连的碳端产物被释放。反应完成。【1】【2】

2 作用

丝氨酸蛋白酶存在于大多数的生物体内。迄今为止,基于不同的氨基酸序列、氨基酸三级结构以及催化残基的序列丝氨酸残基、组氨酸残基、天门冬氨酸残基组成了至少个不同的家族类型。丝氨酸蛋白酶主要包括肠激酶、凝血酶、纤溶酶、类胰蛋白酶、粒酶、胰酶、血浆激肚释放酶等。这类酶都具有丝氨酸残基,组氨酸残基,天门冬氨酸残基,在催化过程中,酶残基中的经基氧对肤链中的拨基碳进行亲核进攻,进而将肤链水解为段。近年来对这类酶已经有广泛研究,发现它们在一系列的生理过程如消化、凝血、胚胎发育以及免疫应答等中起重要作用。丝氨酸蛋白酶催化的串连水解过程是由一系列非活性的丝氨酸前蛋白和一个能引发相应应答的特异性刺激物组成,一旦串连水解被激活,不同的前蛋白就会逐步激活,导致迅速不可逆的特异性细胞应答,这些酶对维持机体的内环境稳定有重要作用,一旦它们处于不规则状态下,机体正常的生理条件就可能遭到破坏。【4】

二丝氨酸蛋白酶的抑制

蛋白酶抑制剂（Ｐｒｏｔｅａｓｅｉｎｈｉｂｉｔｏｒ，ＰＩ）是一类具有抑制蛋白酶活性的物质，有机体内的内源性蛋白酶抑制剂一般是分子量相对较低的生物大分子，而小的非蛋白类抑制剂大多来源于微生物［１］．丝氨酸蛋白酶抑制剂作为主要的蛋白酶抑制剂之一，可以调控生物体内的多种生理反应、与蛋白酶的活性部位结合、抑制酶的催化作用或阻止酶原转化为有活性的酶．在调节蛋白酶活性和蛋白质代谢等方面起着重要的作用，在一系列的生理病理过程中也起着关键性的调控作用．有关抑制剂对蛋白酶活性的抑制作用机理，目前主要通过Ｌａｓｋｏｗｓｋｉ的“标准机制”进行解释．同时，Ｒａｄｉｓｋｙ的“排水沟阻塞机制”和Ｄａｖｉｄ的抑制剂分子刚柔性观点则从