蛋白水解

蛋白水解是将蛋白质分解成更小的多肽或氨基酸。未催化的水解的肽键极为缓慢，以数百年。蛋白水解通常由称为蛋白酶的细胞酶催化，但也可能通过分子内消化发生。

生物体中的蛋白水解作用有多种用途；例如，消化酶分解食物中的蛋白质，为生物体提供氨基酸，而多肽链合成后的蛋白水解加工可能是产生活性蛋白质所必需的。它在调节一些生理和细胞过程（包括细胞凋亡）以及防止细胞中不需要或错误折叠的蛋白质的积累方面也很重要。因此，蛋白水解调节的异常会导致疾病。

蛋白质水解也可用作实验室研究蛋白质的分析工具，也可用于工业，例如食品加工和去污。

某些蛋白质会发生自蛋白水解，从而肽键在自催化的分子内反应中被裂解。与酶原不同，这些自体蛋白水解蛋白参与“单一周转”反应并且不催化切割后的进一步反应。例子包括在血管性血友病因子D型(VWD)域和脑膜炎奈瑟菌FrpC自加工域的子集中裂解Asp-Pro键，在沙门氏菌FlhB中裂解Asn-Pro键蛋白质，耶尔森氏菌YscU蛋白质，以及在海胆精子蛋白、肠激酶和集聚蛋白(SEA)域的子集中切割Gly-Ser键。在某些情况下，肽键的构象应变促进了自体蛋白水解切割。

异常的蛋白水解活性与许多疾病有关。在胰腺炎，蛋白酶的泄漏和在的自身消化胰腺结果他们的过早激活胰腺。与人的糖尿病可能增加溶酶体活性和一些蛋白质的降解可显著增加。慢性炎症性疾病如类风湿性关节炎可能涉及溶酶体酶释放到细胞外空间，破坏周围组织。由于在细胞中聚集的肽的产生和无效去除，异常的蛋白水解可能导致许多与年龄相关的神经系统疾病，例如阿尔茨海默氏症。

蛋白酶可能受抗蛋白酶或蛋白酶抑制剂的调节，蛋白酶和抗蛋白酶之间的失衡可导致疾病，例如吸烟引起肺气肿中肺组织的破坏。吸烟被认为会增加肺中的中性粒细胞和巨噬细胞，它们会释放过量的蛋白水解酶如弹性蛋白酶，使它们不再受到丝氨酸蛋白酶抑制剂如α1-抗胰蛋白酶的抑制。，从而导致肺中结缔组织的分解。其他蛋白酶及其抑制剂也可能与这种疾病有关，例如基质金属蛋白酶（MMPs）和金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPs）。

与异常蛋白水解有关的其他疾病包括肌肉萎缩症、退行性皮肤病、呼吸系统和胃肠道疾病以及恶性肿瘤。

蛋白质骨架在中性pH值和室温下在水中非常稳定，尽管不同肽键的水解速率可能会有所不同。在正常条件下，肽键的半衰期可以从7年到350年不等，对于受修饰末端保护或在蛋白质内部的肽，半衰期甚至更长。然而，极端的pH值和热量会显着增加水解速率。蛋白质的自发裂解也可能涉及锌对丝氨酸和苏氨酸的催化作用。

强无机酸可以很容易地水解蛋白质中的肽键（酸水解）。将蛋白质或肽水解为其组成氨基酸进行分析的标准方法是将其在6M盐酸中加热至105°C约24小时。然而，一些蛋白质对酸水解具有抗性。一个众所周知的例子是核糖核酸酶A，它可以通过用热硫酸处理粗提物来纯化，这样其他蛋白质就会降解，而核糖核酸酶A则保持完整。

某些化学物质仅在特定残基后才会引起蛋白水解，这些可用于选择性地将蛋白质分解成更小的多肽以进行实验室分析。例如，溴化氰在甲硫氨酸之后裂解肽键。类似的方法可用于特异性裂解色氨酸、天冬氨酰、半胱氨酰和天冬酰胺酰肽键。酸如三氟乙酸和甲酸可用于裂解。

与其他生物分子一样，蛋白质也可以单独通过高温分解。在250°C时，肽键很容易水解，其半衰期下降到约1分钟。蛋白质也可以在不通过热解水解的情况下分解；降解后可能开始形成小的杂环化合物。高于500°C，也可能形成多环芳烃，这在烟草烟雾和高温烹饪中致癌物质的研究中很重要。

蛋白水解也用于研究和诊断应用：

• 融合蛋白的裂解，以便去除用于蛋白表达和纯化的融合配偶体和蛋白标签。所使用的蛋白酶具有高度的特异性，如凝血酶、肠激酶和TEV蛋白酶，因此可能只切割目标序列。
• 完全灭活不需要的酶活性或去除不需要的蛋白质。例如，蛋白酶K是一种在尿素和SDS中稳定的广谱蛋白酶，通常用于制备核酸以去除不需要的核酸酶污染物，否则这些污染物可能会降解DNA或RNA。
• 部分失活或改变特定蛋白质的功能。例如，用枯草杆菌蛋白酶处理DNA聚合酶I会产生Klenow片段，该片段保留其聚合酶功能但缺乏5′-外切核酸酶活性。
• 用液相色谱-质谱法(LC-MS)消化蛋白质组分析溶液中的蛋白质。这也可以通过凝胶电泳分离后的蛋白质在凝胶内消化来完成，以便通过质谱进行鉴定。
• 折叠域在各种条件下的稳定性分析。
• 提高结晶项目的成功率
• 消化的蛋白质的生产在生长培养基中用于培养细菌和其它生物，例如胰蛋白胨在溶菌肉汤。