畢秋蕓 謝宜飛

(1.淄博職業(yè)學(xué)院制藥與生物工程系教師 山東淄博 255314； 2.淄博市工程質(zhì)量監(jiān)督站監(jiān)督科 山東淄博 255000)

鈣蛋白酶、又稱鈣激活蛋白酶、依鈣蛋白酶或鈣依賴性中性蛋白酶,廣泛分布于絕大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞中,最早是從大鼠腦組織勻漿液中提取。后來從大鼠腎臟純化出對(duì)鈣敏感性不同的2種鈣蛋白酶亞型,即鈣蛋白酶一和鈣蛋白酶二。激活2者表現(xiàn)半最高活性所需的鈣離子濃度不同,鈣蛋白酶一所需鈣離子濃度為1～20nmol/L,鈣蛋白酶二所需鈣離子濃度為250～750nmol/L。

后來又發(fā)現(xiàn)了組織特異表達(dá)的鈣蛋白酶,為骨骼肌特異性蛋白,即鈣蛋白酶三是骨骼肌特異蛋白,也有人發(fā)現(xiàn)還存在于晶狀體和視網(wǎng)膜中。

1 鈣蛋白酶結(jié)構(gòu)及功能

鈣蛋白酶一、二都由2個(gè)亞基組成,其中小亞基在2種鈣蛋白酶中是相同的,是單個(gè)基因的產(chǎn)物,而大亞基則是不同基因的產(chǎn)物。鈣蛋白酶三沒有小亞基,只有大亞基,但它的主要部分與鈣蛋白酶一、二的四個(gè)結(jié)構(gòu)域類似,鈣蛋白酶三與鈣蛋白酶一、二可能具有基因同源性。

鈣蛋白酶系統(tǒng)主要作用對(duì)象是細(xì)胞骨架蛋白、蛋白激酶和磷酸酶以及激素受體,參與如細(xì)胞凋亡、細(xì)胞分裂和肌源性分化等各種過程,主要參與居間纖維的分解、神經(jīng)絲蛋白的水解、表皮生長(zhǎng)因子受體的降解、成肌細(xì)胞的融合、類固醇激素結(jié)合蛋白的轉(zhuǎn)化、血小板的凝集等作用。鈣蛋白酶一不僅參與正常的細(xì)胞內(nèi)級(jí)聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),也與機(jī)體內(nèi)發(fā)生的各種病理狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。

2 鈣蛋白酶活性調(diào)節(jié)

鈣蛋白酶一屬于細(xì)胞內(nèi)壽命較長(zhǎng)的蛋白質(zhì),活性受嚴(yán)格的調(diào)控,目前發(fā)現(xiàn)的主要調(diào)節(jié)因素有以下幾種:

2.1 鈣離子與鈣蛋白酶抑制蛋白

鈣離子與鈣蛋白酶抑制蛋白是鈣蛋白酶的主要調(diào)節(jié)因素,是胞內(nèi)專一抑制鈣蛋白酶活性的蛋白質(zhì),可以識(shí)別鈣蛋白酶與鈣離子結(jié)合引起的構(gòu)象變化并與之特異性結(jié)合,大多數(shù)組織中的鈣蛋白酶抑制蛋白濃度足以抑制鈣蛋白酶活性。當(dāng)鈣蛋白酶被鈣離子激活后,如果附近有鈣蛋白酶抑制蛋白存在,將迅速與之結(jié)合,而抑制蛋白酶活性,從而保證鈣蛋白酶對(duì)底物只進(jìn)行局部的特定位點(diǎn)的水解。

2.2 鈣蛋白酶激活蛋白

鈣蛋白酶激活蛋白是一種熱穩(wěn)定性蛋白質(zhì),能提高鈣蛋白酶的水解速率約25倍。它可在較正常情況下鈣蛋白酶所需鈣離子濃度低的情況下,抑制鈣蛋白酶二的自溶作用,可以增加蛋白酶對(duì)同源性鈣蛋白酶抑制蛋白的降解作用。

2.3 其他

研究發(fā)現(xiàn),服用雌激素可以降低運(yùn)動(dòng)后鈣蛋白酶的活性;注射腎上腺素也可使鈣蛋白酶活性升高;磷脂對(duì)鈣蛋白酶活性也有調(diào)節(jié)作用,研究發(fā)現(xiàn)磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇能降低鈣蛋白酶自溶所需的鈣離子濃度,多聚磷酸肌醇鹽對(duì)鈣蛋白酶具有更強(qiáng)的激活作用。

3 鈣蛋白酶與運(yùn)動(dòng)引起的骨骼肌結(jié)構(gòu)變化

運(yùn)動(dòng)性骨骼肌損傷是一種高強(qiáng)度和(或)長(zhǎng)時(shí)間后發(fā)生的、骨骼肌纖維的微細(xì)損傷,常表現(xiàn)為延遲性肌肉酸痛。的產(chǎn)生機(jī)制有人認(rèn)為是由于運(yùn)動(dòng)引起的肌纖維結(jié)締組織的機(jī)械損傷所致,尤其是離心運(yùn)動(dòng)收縮后,肌纖維和結(jié)締組織出現(xiàn)破裂,部分肌絲斷裂或消失等現(xiàn)象。骨骼肌離心收縮過程中有些骨架蛋白會(huì)發(fā)生變化,如結(jié)蛋白會(huì)發(fā)生斷裂、降解甚至很快消失。離心運(yùn)動(dòng)中,肌細(xì)胞及周圍結(jié)締組織被重復(fù)拉長(zhǎng),部分膠原斷裂及細(xì)胞細(xì)微損傷,肌細(xì)胞膜通透性異常,細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)及其他原生質(zhì)流失,細(xì)胞及組織滲透壓改變,鈣離子大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),激活鈣蛋白酶,導(dǎo)致肌節(jié)結(jié)構(gòu)紊亂。

IB Nazarov等在研究中發(fā)現(xiàn)一次運(yùn)動(dòng)后休息24～48h骨骼肌中鈣蛋白酶活性和總嗜中性粒細(xì)胞過氧化物酶升高,系統(tǒng)訓(xùn)練后蛋白水解酶的變化較小,骨骼肌中游離泛素含量在運(yùn)動(dòng)后沒有變化;AN Belcastro等發(fā)現(xiàn)直線跑運(yùn)動(dòng)增加鈣蛋白酶的活性,此酶能加速運(yùn)動(dòng)引起的肌肉損傷或疲勞,后來他又提出了運(yùn)動(dòng)損傷的鈣蛋白酶假說,運(yùn)動(dòng)本身會(huì)增加鈣蛋白酶的總量,提高細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度會(huì)激活鈣蛋白酶,因?yàn)殁}蛋白酶粘著于骨骼肌細(xì)胞和肌纖維底層,鈣蛋白酶參與的降解過程被認(rèn)為對(duì)運(yùn)動(dòng)后即刻引起的肌肉結(jié)構(gòu)和功能變化有作用。

鈣蛋白酶能引起肌肉中蛋白質(zhì)的水解,但總的來說,鈣蛋白酶系統(tǒng)的具體調(diào)控及生理功能還不很清楚,還需通過分子生物學(xué)技術(shù)等相關(guān)手段加以研究。

[1]Guroff G.A neutral.calcium-activated proteinase from the soluble fraction of rat brain[J].J Biol Chem,1964,239(1):149～155.

[2]Yoshimura N,Kikuchi T,Sasaki T,et al.Two distinct Ca2+proteases(calpainIand calpainⅡ)purified concurrently by the same method from rat kidney[J].J Biol Chem,1983,258(14):8883～8889.

[3]Saido TC,Sorimachi H,Suzuki K.Calpain:new perspectives in molecular diversity and physiological-pathological involvement[J].FASEB J,1994,8(11):814～822.