酶是一类由生物细胞合成的具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质。生物细胞均产生自己所需要的酶。生物体内的各种代谢反应,均需特殊的酶参加催化。存在于细胞内的酶称胞内酶。由细胞内合成而分泌到细胞外起作用的酶称胞外酶,如消化液及其它体液中的酶类。在酶作用下进行化学变化的物质称底物。酶催化的化学反应称酶促反应。
各种动物器官和体液含有酶的种类和数量差别甚大。一般所含酶的总量并不很少,但每一种酶的含量却很少,常用百万分之一至百分之几,如胰腺中含有5.0%的胰蛋白酶,而脱氧核糖核酸酶仅含0.004%(按干重计算)。在高等动物中,具有特殊功能的酶常只存在于某些专门器官细胞,如胃蛋白酶只存在于胃底粘膜腺的主细胞,脂肪酶存在于上皮细胞等。
酶催化活性的高效和专一性是其他催化剂所无法比拟的。一切生命现象几乎均在酶的参与下进行,各种代谢异常性疾病无不与酶失调有关。有些先天性障碍就是由于溶酶体中某些酶的缺乏所致。
中国早有对富酶成分鸡内金、五谷虫等入药的记载。近20年来酶与临床医学的关系愈来愈密切,现在酶在人体上的应用已经越来越广泛,涉及化妆品、美容、保健等多个领域。
弹性(蛋白)酶(Elastase,Pancreatopeptidase E,EC3.4.21.11)
是一种肽链内切酶,也属一种丝氨酸蛋白酶。早在1890年Wald就发现胰提取液具有溶解结缔组织弹性蛋白的功能。1949年Balo等发现胰脏提取物中含有一种能溶解主动脉壁上弹性纤维蛋白的新酶,命名为弹力纤维溶解酶(Elastolytic enzyme)或弹性(蛋白水解)酶。Davis首先从猪胰中分出弹性蛋白酶。1952年Banga得到牛胰弹性蛋白酶结晶之后,Hall从弹性酶中分出Elastomucase(E1)和Elastropoteinase(E2)两种成分。E1具有水解弹性粘蛋白活性,E2具有水解弹性蛋白的活性[89]。Naragunan等(1969)用层析法制得电泳均一的弹性酶[90]。Shotton(1970)报告了它的一级结构。
弹性酶广泛存在于哺乳动物及人的各种组织(胰、脾、肺、主动脉管及皮肤等)和体液(血液、血小板)中。在白细胞及巨噬细胞中也有发现。某些微生物如绿脓杆菌等也产生弹性酶。
胰弹性酶由胰腺细胞分泌,进入十二指肠,经胰蛋白酶或肠激酶,或自身激活后由酶原转为活性。人胰含弹性酶0.3~6.2U/g,牛胰含量约为人胰的5倍,猪胰蛋白酶制剂(Trypsin-300)含弹性酶为360U/g,大鼠胰弹性酶含量较高,猫、鸡、狗的胰液中也检验出弹性酶,人、猪、豚鼠的弹性酶具有不同的免疫特性。铵康(Lophius piscatorius)也含弹性酶。
活性及应用
影响脂质代谢、降低胆固醇、抑制动脉硬化发展
巴罗.巴克夫妇最初观察到动脉硬化患者胰脏分泌弹性酶减少。弹性酶的存在使动脉脉壁具有一定的弹性。血管壁中含有丰富的弹性蛋白,它来源于弹性蛋白原。弹性蛋白原分子量约76000,富含赖氨酸,还含有很大一部分非极性氨基酸,其结构中常借分子间隙赖氨酸正电荷与带负电荷的细胞间隙微原纤维糖蛋白相结合。在正常情况下,未伸长的肽键呈卷曲结构,把水分排于外部,并由疏水基因相互制约而保持稳定。在伸长情况下,疏水基的相互制约作用减弱,水分子即有机会和分子内的疏水结构部分相接触。脂类物质与弹性蛋白的疏水区相互作用,并由于疏水基的相互穿插,使结构松弛。因此由于脂质饱和而膨胀的弹性蛋白在弹性酶的作用下,势必很易水解成可溶性的肽段。
血管硬化时弹性蛋白所构成的弹性纤维断裂,断裂空隙中堆积胆固醇等脂质。为阐明原理用胆甾醇、胆酸、猪油等喂养大鼠造成动物病理模型,与给予弹性酶实验组比较,证明弹性酶对动脉硬化有预防作和保护作用,并使已硬化的血管“返轻化”。弹性酶还利于新弹性蛋白合成。实验表明,动脉硬化患者胰内弹性酶活力较健康青年低。老小鼠胰内弹性酶活力也较幼小鼠有明显的降低。而胆甾醇或弹性蛋白酶抑制剂则直接影响体内弹性酶的产生和激活,以致破坏体内酶的动态平衡,注入弹性酶可以使平衡获得恢复。
Dovid曾用公鸡实验发现,弹性酶能降低血中胆甾醇及游离脂酸量。给已动脉硬化的家兔及时口服弹性酶,可延缓动脉粥样斑块形成。大鼠实验证明,对正常动脉弹性纤维的走向和排列完全无影响,但在发生动脉硬化的大鼠则选择性地作用于病变部位的动脉,能抑制和除去动脉壁变性弹性蛋白上的脂肪和钙的沉积。
弹性蛋白酶能促进弹性纤维的新生,保持动脉壁正常。经电子显微镜观察和生化检验证实,能生理性地除去动脉壁的变性弹性蛋白。经大鼠、鸡胚和小鸡实验表明,弹性蛋白酶还具有促进大动脉平滑肌的纤维新生,促进动脉壁酸性粘多糖的产生和增强动脉壁的基质代谢等作用。
此外,弹性酶还可改善血清和组织中的异常代谢,促进肝中胆固醇的异化和排泄,提高脂蛋白酶的活性,使脂肪和脂蛋白代谢尤其对极低密度脂蛋白(VLDL)和低密度脂蛋白(LDL)的代谢有所改善,同时使血清、肝大动脉和脂肪组织异常脂酸组成正常化。体外实验证实,弹性蛋白酶明显的β-脂蛋白酶作用,分解乳糜微粒,切断酸性粘多糖和脂蛋白的结合,故可降血脂。同时还有促进胆甾醇异生为胆酸和加速胆汁排泄作用。有人认为弹性酶可降低血中胆甾醇、甘油三酯及磷脂,增加亚油酸,对动脉粥样硬化有阻止作用。
抑制实验性肝纤维化、脂肪肝增强肝中脂肪分解作用
有人发现弹性酶能活化磷酯酶A,增加脂蛋白脂肪酶,有显著抗脂肪肝作用。弹性酶对变性胶原蛋白的水解速率比对弹性蛋白水解速率高10倍。因此在四氯化碳诱发肝损害中弹性酶可抑制由此引起的肝纤维化。病人血液中常有弹性酶抑制剂。口服弹性酶抑制血中抑制剂的活力,参与重建血液中弹性酶--抑制剂系统的平衡。
弹性酶对由四氯化碳引起的慢性肝障碍的大鼠,可使肝纤维化得到抑制,使脂肪肝的脂质总量下降,脂肪肝的发生得到抑制。服弹性酶后动物肝细胞中的糖元显著增加,从而有保肝作用。
具有降血压耐缺氧保护心肌作用
实验表明,弹性酶能使减压缺氧的小白鼠的存活时间延长,降低异丙肾上腺素使小鼠缺氧的死亡率。对实验性大鼠的急性心肌缺血也有保护作用。对麻醉猫有明显降血压作用。对大鼠下肢血管有扩张作用。具有显著增加心肌营养性血流和扩张心肌血管作用。可使犬冠状动脉血流量增加,血中cAMP含量增高,利于解聚血小板凝集等。此外,还可扩张周围血管和毛细血管,其降压作用不受抗组胺药物影响。
其他作用
弹性酶可抑制大白鼠和小白鼠自发性糖尿病。增加蛙的平滑肌紧张。对动情期小白鼠增加子宫收缩。
白细胞及巨噬细胞的弹性酶样酶参与血中异物处理,尤其通过血浆α1-胰蛋白酶抑制剂调节其活性,该抑制剂缺乏时易患肺气肿。原因是由于血中弹性酶异常增大破坏肺泡所致。
又据实验表明,由于弹性组织的蛋白水解作用,游离促弹性组织分解活力可引起动脉炎、肺气肿等病理状态。有关它的生化、酶与抑制剂的相互作用以及在上述病理状态中酶在病因学中的作用研究,均需对其活力进行灵敏而精确的分析。
曾用碘标记的弹性酶进行口服后吸收、分布及排泄实验。发现肠道吸收酶在1%以下,给药6h后兔血浓度达高峰。吸收后与血清蛋白结合分布于各脏器,主要在肝中代谢。
毒性实验
急性毒性 小鼠ipLD50101.6mg/kg.小鼠灌胃及十二指肠给药均未见任何毒性反应。
亚急性毒性 对实验犬的体重、体温、血像、肝功、肾功、心电图等均无不良影响,组织学和病理学检查也未见任何毒性反应。
应用
弹性酶主要用于防治动脉硬化症、高脂血症(高胆甾醇、高甘油三酯)、高血压、糖尿病、脂肪肝等。也试用于外部溃疡(烫伤、皮肤溃疡、口腔溃疡)、慢性支气管炎及肺气肿等。
不良反应 罕见瘙痒感、有时腹泻、便秘、胃功能障碍,食欲不振及腹部胀感等。