丝氨酸蛋白酶

丝氨酸蛋白酶（或丝氨酸内肽酶）是酶的是切割肽键在蛋白质，其中丝氨酸作为亲核氨基酸在（酶的）活性位点。它们普遍存在于真核生物和原核生物中。丝氨酸蛋白酶根据其结构分为两大类：胰凝乳蛋白酶样（胰蛋白酶样）或枯草杆菌蛋白酶样。

在MEROPS蛋白酶分类系统16个计数超家族（如2013），每个包含许多家庭。每个超家族使用催化三联体在不同的或成对蛋白质折叠等代表趋同进化的的催化机制。大多数属于蛋白酶的PA家族（超家族）的S1家族。

对于超家族，P=超家族，包含亲核类家族的混合物，S=纯丝氨酸蛋白酶。超家族。在每个超家族中，家族由其催化亲核试剂指定（S=丝氨酸蛋白酶）。

丝氨酸蛋白酶的特点是具有独特的结构，由两个在催化活性位点会聚的β-桶结构域组成。这些酶可以根据它们的底物特异性进一步分类为胰蛋白酶样、胰凝乳蛋白酶样或弹性蛋白酶样。

丝氨酸蛋白酶催化机制的主要参与者是催化三联体。三联体位于酶的活性位点，在那里发生催化作用，并保存在丝氨酸蛋白酶的所有超家族中。三联体是由三个氨基酸组成的协调结构：His57、Ser195（因此得名“丝氨酸蛋白酶”）和Asp102.这三种关键氨基酸均在蛋白酶的切割能力中发挥重要作用。虽然三联体的氨基酸成员在蛋白质序列上彼此远离，但由于折叠，它们在酶的核心彼此非常接近。三元组成员的特定几何形状对其特定功能具有高度特征：表明三元组中仅四个点的位置表征了包含酶的功能。

在催化的情况下，会发生一种有序的机制，其中会生成几个中间体。肽裂解的催化可以看作是乒乓催化，其中底物结合（在这种情况下，多肽被裂解），一个产物被释放（肽的N端“一半”），另一个底物结合（在这种情况下是水），并释放另一种产物（肽的C端“一半”）。

三联体中的每个氨基酸在此过程中执行特定任务：

• 所述丝氨酸具有-OH基团，其能够充当亲核试剂，攻击羰基的碳的易断裂的基板的肽键。
• 组氨酸氮上的一对电子具有从丝氨酸-OH基团接受氢的能力，从而协调肽键的攻击。
• 在羧基上的组天冬氨酸反过来氢键与组氨酸，使氮原子上述更加电负性。

整个反应可以概括如下：

• 所述多肽底物结合到所述丝氨酸的表面蛋白酶，使得所述易断裂键被插入到酶的活性部位，与该键位于靠近的羰基碳的亲核丝氨酸。
• 所述丝氨酸-OH攻击羰基碳，和中的氮组氨酸接受从的-OH和从的双键的一对电子的氢羰基氧移动到氧。结果，生成了四面体中间体。
• 肽键中连接氮和碳的键现在被破坏了。产生这种键的共价电子移动攻击组氨酸的氢，破坏连接。先前从羰基氧双键移出的电子从负氧移回以重建键，生成酰基酶中间体。
• 现在，水进入反应。水取代裂解肽的N端，并攻击羰基碳。再一次，当水的氧和碳之间形成键时，来自双键的电子移动到氧上，使其变为负电。这是由组氨酸的氮协调，它接受来自水中的质子。总的来说，这产生了另一个四面体中间体。
• 在最后的反应中，丝氨酸和羰基碳之间在xxx步中形成的键移动以攻击组氨酸刚刚获得的氢。现在缺电子的羰基碳与氧重新形成双键。结果，肽的C端现在被弹出。

宿主生物必须确保丝氨酸蛋白酶的活性得到充分调节。这是通过对初始蛋白酶激活和抑制剂分泌的要求来实现的。

突变可能导致酶活性降低或增加。这可能会产生不同的后果，具体取决于丝氨酸蛋白酶的正常功能。例如，蛋白C的突变会导致蛋白C缺乏和易患血栓形成。此外，一些蛋白酶通过引发病毒的Spike蛋白显示名为“融合蛋白”的蛋白质（TMPRSS2激活SARS-CoV-2融合），在宿主细胞-病毒融合激活中发挥着至关重要的作用。

丝氨酸蛋白酶水平的测定在特定疾病的背景下可能有用。

• 在诊断出血性或血栓性病症时可能需要凝血因子水平。
• 粪便弹性蛋白酶用于确定胰腺的外分泌活性，例如在囊性纤维化或慢性胰腺炎中。
• 血清前列腺特异性抗原用于前列腺癌筛查、风险分层和治疗后监测。
• 由肥大细胞释放的丝氨酸蛋白酶是1型超敏反应（例如过敏反应）的重要诊断标志物。由于更长的半衰期，比组胺更有用，这意味着它在系统中保留临床有用的时间长度。