钙蛋白酶与运动性骨骼肌损伤

毕秋芸 谢宜飞

(1.淄博职业学院制药与生物工程系教师 山东淄博 255314； 2.淄博市工程质量监督站监督科 山东淄博 255000)

钙蛋白酶、又称钙激活蛋白酶、依钙蛋白酶或钙依赖性中性蛋白酶,广泛分布于绝大多数动物细胞中,最早是从大鼠脑组织匀浆液中提取。后来从大鼠肾脏纯化出对钙敏感性不同的2种钙蛋白酶亚型,即钙蛋白酶一和钙蛋白酶二。激活2者表现半最高活性所需的钙离子浓度不同,钙蛋白酶一所需钙离子浓度为1～20nmol/L,钙蛋白酶二所需钙离子浓度为250～750nmol/L。

后来又发现了组织特异表达的钙蛋白酶,为骨骼肌特异性蛋白,即钙蛋白酶三是骨骼肌特异蛋白,也有人发现还存在于晶状体和视网膜中。

1 钙蛋白酶结构及功能

钙蛋白酶一、二都由2个亚基组成,其中小亚基在2种钙蛋白酶中是相同的,是单个基因的产物,而大亚基则是不同基因的产物。钙蛋白酶三没有小亚基,只有大亚基,但它的主要部分与钙蛋白酶一、二的四个结构域类似,钙蛋白酶三与钙蛋白酶一、二可能具有基因同源性。

钙蛋白酶系统主要作用对象是细胞骨架蛋白、蛋白激酶和磷酸酶以及激素受体,参与如细胞凋亡、细胞分裂和肌源性分化等各种过程,主要参与居间纤维的分解、神经丝蛋白的水解、表皮生长因子受体的降解、成肌细胞的融合、类固醇激素结合蛋白的转化、血小板的凝集等作用。钙蛋白酶一不仅参与正常的细胞内级联信号转导,也与机体内发生的各种病理状态相关联。

2 钙蛋白酶活性调节

钙蛋白酶一属于细胞内寿命较长的蛋白质,活性受严格的调控,目前发现的主要调节因素有以下几种:

2.1 钙离子与钙蛋白酶抑制蛋白

钙离子与钙蛋白酶抑制蛋白是钙蛋白酶的主要调节因素,是胞内专一抑制钙蛋白酶活性的蛋白质,可以识别钙蛋白酶与钙离子结合引起的构象变化并与之特异性结合,大多数组织中的钙蛋白酶抑制蛋白浓度足以抑制钙蛋白酶活性。当钙蛋白酶被钙离子激活后,如果附近有钙蛋白酶抑制蛋白存在,将迅速与之结合,而抑制蛋白酶活性,从而保证钙蛋白酶对底物只进行局部的特定位点的水解。

2.2 钙蛋白酶激活蛋白

钙蛋白酶激活蛋白是一种热稳定性蛋白质,能提高钙蛋白酶的水解速率约25倍。它可在较正常情况下钙蛋白酶所需钙离子浓度低的情况下,抑制钙蛋白酶二的自溶作用,可以增加蛋白酶对同源性钙蛋白酶抑制蛋白的降解作用。

2.3 其他

研究发现,服用雌激素可以降低运动后钙蛋白酶的活性;注射肾上腺素也可使钙蛋白酶活性升高;磷脂对钙蛋白酶活性也有调节作用,研究发现磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇能降低钙蛋白酶自溶所需的钙离子浓度,多聚磷酸肌醇盐对钙蛋白酶具有更强的激活作用。

3 钙蛋白酶与运动引起的骨骼肌结构变化

运动性骨骼肌损伤是一种高强度和(或)长时间后发生的、骨骼肌纤维的微细损伤,常表现为延迟性肌肉酸痛。的产生机制有人认为是由于运动引起的肌纤维结缔组织的机械损伤所致,尤其是离心运动收缩后,肌纤维和结缔组织出现破裂,部分肌丝断裂或消失等现象。骨骼肌离心收缩过程中有些骨架蛋白会发生变化,如结蛋白会发生断裂、降解甚至很快消失。离心运动中,肌细胞及周围结缔组织被重复拉长,部分胶原断裂及细胞细微损伤,肌细胞膜通透性异常,细胞内蛋白质及其他原生质流失,细胞及组织渗透压改变,钙离子大量进入细胞内,激活钙蛋白酶,导致肌节结构紊乱。

IB Nazarov等在研究中发现一次运动后休息24～48h骨骼肌中钙蛋白酶活性和总嗜中性粒细胞过氧化物酶升高,系统训练后蛋白水解酶的变化较小,骨骼肌中游离泛素含量在运动后没有变化;AN Belcastro等发现直线跑运动增加钙蛋白酶的活性,此酶能加速运动引起的肌肉损伤或疲劳,后来他又提出了运动损伤的钙蛋白酶假说,运动本身会增加钙蛋白酶的总量,提高细胞内钙离子浓度会激活钙蛋白酶,因为钙蛋白酶粘着于骨骼肌细胞和肌纤维底层,钙蛋白酶参与的降解过程被认为对运动后即刻引起的肌肉结构和功能变化有作用。

钙蛋白酶能引起肌肉中蛋白质的水解,但总的来说,钙蛋白酶系统的具体调控及生理功能还不很清楚,还需通过分子生物学技术等相关手段加以研究。

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