钙蛋白酶系统

钙蛋白酶系统（Calpainsystem）是高度可调的、依赖于Ca2的蛋白质水解酶系统。钙蛋白酶（calpain）的研究始于1964年，钙蛋白酶抑制蛋白（calpastatin）的研究始于1976年，而钙蛋白酶激活蛋白（calpainactivator）的研究始于1982年。钙蛋白酶系统的研究是畜牧学领域、医学领域、肉类科学领域的热门研究课题。

1钙蛋白酶系统的研究史及分类
1.1钙蛋白酶的研究史及定义
1.2钙蛋白酶的命名
1.3钙蛋白酶的生物进化和分类
1.3.1脊椎动物的钙蛋白酶
1.3.2经典CAPNs进化的路线图
1.3.3理解经典CAPNs在脊椎动物发展史中的价值
1.3.4进化过程中赋予经典CAPNs的选择性特征
1.3.5跨越脊椎动物类群，经典calpainmRNA具有不同的表达
1.3.6人类中经典calpains的表达
1.4人类的钙蛋白酶
1.5其他物种中的钙蛋白酶
1.6线粒体中的钙蛋白酶
1.6.1线粒体中的钙蛋白酶
1.6.2线粒体钙蛋白酶的调控
1.6.3线粒体钙蛋白酶的功能
1.6.4线粒体钙蛋白酶在神经元细胞死亡
2钙蛋白酶系统具有显著特征的成员——CAPN1（μCL）、CAPN2（mCL）和CAST
2.1CAPN1（μCL）、CAPN2（mCL）的特性
2.1.1CAPN1（μCL）、CAPN2（mCL）的cDNA序列
2.1.2CAPN1和CAPN2的基因组序列
2.1.3CAPNs的3D结构研究
2.1.4CAPNs功能表达研究
2.1.5自溶和酶原问题
2.2CAST（calpastatin）的特性
2.2.1CAST的DNA序列
2.2.2CAST的结构域结构
2.2.3与CAPNs的结合
2.2.4CAST的遗传学研究
2.3CAPNs和CAST的纯化及活性检测
2.3.1CAPNs及CAST的分离提纯
2.3.2Caipains的活性测定
3钙蛋白酶系统的其他成员
3.1非经典CAPNs成员中的亚家族
3.1.1严格的PalB同系物（PalB亚家族中的PalB群）
3.1.2PalB亚家族的TRA—3群
3.1.3PalB亚家族的CAPN10群
3.1.4SOL亚家族
3.1.5植物calpain
3.1.6其他calpain成员
3.2普遍存在的组织特异性CAPNs
3.2.1组织特异性CAPNs的表达
3.2.2CAPN3（p94）
3.2.3CAPN8（nCL—2）和CAPN9（nCL—4）
4钙蛋白酶系统的活性调节
4.1钙离子对CAPNs的调节作用
4.1.1钙离子协助CAPNs对底物的精准定位
4.1.2钙离子直接结合于CAPNs的核心结构
4.1.3钙离子与CAPNs的其他结合位点
4.2CAPNs的自溶
4.2.1CAPN1和CAPN2的自溶是分子内反应
4.2.2体外人工纯化后的CAPN1和CAPN2的自溶反应
4.3小亚基解离对CAPNs的调节作用
4.3.1生理条件下，小亚基解离与否
4.3.2小亚基在CAPNs聚集中的作用
4.4CAPNs核心酶的作用
4.4.1抑制剂与CAPNs核心酶的结合
4.4.2使用CAPNs核心酶可以筛选理想的底物序列
4.4.3非核心结构域对CAPNs活性的辅助功能
4.4.4为何CAPN2核心酶的活性较差？
4.4.5其他CAPNs核心酶
4.5CAPNs磷脂化作用
4.6CAPNs活性的负调节——CAST
4.7钙蛋白酶是与膜结合、发生自溶而发挥蛋白酶活性的吗？
4.8钙蛋白酶是受Ca2+和钙蛋白酶抑制蛋白调节的吗？
4.9钙蛋白酶激活因子（CAPNsactivator）
4.9.1钙蛋白酶激活因子（UK114）的结构
4.9.2钙蛋白酶激活因子对钙蛋白酶的激活特性
4.9.3钙激活蛋白酶激活蛋白（UK114）研究进展
5钙蛋白酶系统与相关疾病
5.1CAPN3与相关疾病
5.1.1CAPN3与LGMD2A
5.1.2与CAPN3相作用的分子
5.1.3CAPN3的抑制和激活
5.1.4CAPN3可能参与细胞周期调控
5.1.5CAPN3对疾病的防御作用
5.2CAPNs系统与肿瘤
5.2.1CAPNs在癌症中的上调节或下调节
5.2.2CAPNs与细胞发育
5.2.3CAPNs和细胞迁移—侵袭
5.2.4非典型的和组织特异性的CAPNs与肿瘤的关系
5.3CAPNs系统与糖尿病
5.3.1CAPN10的结构、功能
5.3.2CAPN10与Ⅱ型糖尿病的作用
5.4CAPNs系统与眼部疾病
5.4.1LEC凋亡是白内障形成的细胞学基础
5.4.2CAPNs的激活在白内障发生机制中的作用
5.5胃肠特异性CAPNs
5.6CAPNs系统与阿尔茨海默症
5.6.1阿尔茨海默病的发病机理
5.6.2CAPNs在阿尔茨海默病症中的作用
5.7CAPNs系统与脑部疾病
5.7.1CAPNs与脑缺血疾病
5.7.2CAPNs与脑外伤、脊髓损伤、脱髓鞘性疾病等的神经元退变
6钙蛋白酶系统与肉的品质及肉的嫩化
6.1牛肉的品质性状
6.2影响畜禽肉品质的因素
6.2.1肉本身的因素
6.2.2屠宰前的影响因素
6.2.3宰后的影响因素
6.3有关牛肉用性状的基因
6.3.1有关牛的肉用品质基因标记的概述
6.3.2一些牛肉品质候选基因的概述
6.4钙蛋白酶系统与肉品质的关系
6.4.1CAPNs对肌肉／细胞骨架蛋白质的影响
6.4.2起始肌原纤维蛋白的转换
6.4.3促进肌肉微观组织结构的改变
6.4.4促进宰后动物肌体的蛋白质水解
6.4.5对肌肉嫩化的作用
6.5钙蛋白酶系统是动物宰后促进肌肉嫩化的重要酶系统
6.5.1宰后肉嫩化的机制：酶假说与钙理论
6.5.2内源蛋白酶在肉嫩化中的作用
6.6肉嫩化的方法及机理
6.6.1物理嫩化法
6.6.2化学嫩化法
6.6.3生物嫩化法
参考文献

前言PREFACE钙蛋白酶系统CAPNs（Calpain system）是高度可调的、依赖于Ca2+的蛋白质水解酶系统。钙蛋白酶（calpain）的研究始于1964年，钙蛋白酶抑制蛋白CAST（calpastatin）的研究始于1976年，而钙蛋白酶激活蛋白（calpain activator）的研究始于1982年。钙蛋白酶系统的研究是畜牧学领域、医学领域和肉类科学领域的热门研究课题。Calpain是一种钙激活中性半胱氨酸内肽酶(EC 342217)，分布于所有脊椎动物细胞中，在果蝇属和昆虫中发现了此酶，最新的研究发现植物细胞也含有此酶。虽然不同生物细胞中的钙激活蛋白酶的结构略有不同，但是，钙激活蛋白酶的结构都是由大小两个结构域组成。钙蛋白酶系统的体外研究表明，CAPNs仅裂解蛋白质有限的专一位点，产生大的多肽片段，而不是分解成小肽或氨基酸。这些蛋白酶是高度可调、且依赖于Ca2+的蛋白水解酶系统复合体。该系统在许多细胞骨架蛋白的结合与分解中起—定作用，尤其对依附于质膜或亚细胞结构的细胞骨架纤维部位。CAPNs降解作用较彻底，导致横纹肌的肌原纤维Z盘裂解，从而使肌节部位断裂。因此，CAPNs在动物机体屠宰后，肌肉蛋白的水解引起肉的嫩化中起相当重要的作用。它还参与居间纤维的分解、神经丝蛋白的水解、表皮作用因子受体的降解、成肌细胞融合、磷酸化酶b激酶和蛋白激酶c的活性、类固醇激素结合蛋白的转化、血小板的凝集等。CAPNs不仅参与上述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，肿瘤、局部缺血、老年性痴呆症、白内障、肌肉萎缩、脓毒、切东二氏综合征、炎症、关节炎、疟疾等各种疾病相关联。迄今，钙蛋白酶系统已成为最广泛和深入研究的蛋白酶系统之一，美国、日本、法国、以色列、英国、加拿大和意大利等国家的科学家都对它产生了浓厚的兴趣。我国关于钙蛋白酶系统的研究始于20世纪90年代，本书作者曾于2006年出版过《钙激活蛋白酶与基础研究》一专著，本书更完整、系统地对钙蛋白酶系统的研究史、生物进化、系统命名、活性调节与结构的关系及与疾病的关系进行了叙述和总结。在书的撰写过程中作者还将近年来的科研成果进行了融合和整理，是一本该领域研究的系统性较强的学术专著。本书由常泓和尹淑琴共同编著，其中第一章钙蛋白酶系统的研究史及分类、第二章钙蛋白酶系统具有显著特征的成员——CAPNI（μCL）、CAPN2（mCL）和CAST及第三章钙蛋白酶系统的其他成员由常泓编著；第四章钙蛋白酶系统的活性调节、第五章钙蛋白酶系统与相关疾病及第六章钙蛋白酶系统与肉的品质及肉的嫩化由尹淑琴编著。在编著过程中，研究生张晓红、周全和冯晓赟等同学协助提供资料并进行编辑审核，在此一并表示感谢。由于我们水平有限，加之钙蛋白酶涉及各学科领域广泛，学科发展迅速，书中的疏漏及不妥之处在所难免，殷切期待各位读者和同行的惠正。本书适合于生物学、畜牧学、兽医学、食品科学、医学领域的研究生、科研人员和肉类科学工作者以及其他科学爱好者阅读参考。编著者2016年10月