文档介绍：第八章酶的别构效应
本章中将讨论一些不符合米氏方程的酶动力学,即非双曲线动力学。有些影响酶活性的效应剂(包括激活剂和抑制剂)作用于酶活性部位以外的部位,通过酶分子构象的改变来调节酶的活性。这种效应叫做别构效应(allosteric effects),这种效应剂叫做别构效应剂,受别构效应剂影响的酶叫别构酶(allosteric enzyme)。
别构酶与代谢调节
别构效应在代谢调节中的意义
生物体内的物质代谢都是在酶的直接作用下进行的,要使物质代谢协调有序地进行,酶活性必须根据情况适时地改变。利用别构效应调节酶活性是各种酶活性调节方式中最迅速的一种,大多数代谢物的反馈抑制就属于别构调节,也有一些代谢物可对代谢途径中的酶起别构激活作用。
别构抑制作用
反馈抑制可分为五种类型:
线性通路中的反馈抑制
一条途径的最终产物抑制途径中最初的酶活性。
趋同通路中的反馈抑制
为了有效地合成D,要求B和C的浓度大致相等。当C浓度大时,对产生B的途径的最初的酶有激活作用;当B浓度大时,对产生B的途径的最初的酶有抑制作用。

EC和ED为两种同工酶,分别受C和D的反馈抑制。当C太多时,不仅抑制从B到C的第一个酶,而且抑制从A到B的第一个反应两种同工酶中的一种,使得B合成的速率下降。B的合成不能完全停止,因为合成D还需要B。当D太多时情况相似。

一条途径中有多个反馈抑制步骤。

需要多种代谢物共同作用才能发挥反馈抑制作用。
别构激活作用
当一种代谢物积累后,激活某些酶,从而加强别的代谢途径。如有氧呼吸旺盛时,ATP大量合成,AMP和ADP减少,由于AMP和ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂,因此异柠檬酸和柠檬酸浓度增高,柠檬酸能激活乙酰CoA羧化酶和己糖激酶,同时抑制PFK(磷酸果糖激酶)。激活乙酰CoA羧化酶可增强脂肪酸的合成,激活己糖激酶且抑制PFK,可使G-6-P更多地进入磷酸戊糖途径,合成更多的NADPH,供脂肪酸合成使用。
别构酶的基本概念
一个典型的别构酶——天冬氨酸转氨甲酰酶
天冬氨酸转氨甲酰酶(aspartate transcarbamoylase, ATC)是嘧啶核苷酸生物合成途径的第一个酶(→→→ UTP → CTP)。ATC的活性受到CTP的强烈抑制,又受到ATP的高效激活(见下表)。在对照、加ATP、加CTP三种情况的[S]对V图中可以看出,对照呈S形曲线而不是双曲线;加ATP减小了反应的表观Km值,使曲线向双曲线靠近;加CTP增大了反应的表观Km值,使曲线的S形更加明显。加ATP和CTP并不影响Vm。
效应剂
抑制%
嘧啶族
胞嘧啶
0
胞嘧啶核苷
24
胞苷一磷酸(CMP)
38
胞苷二磷酸(CDP)
68
胞苷三磷酸(CTP)
86
尿苷三磷酸(UTP)
8
嘌呤族
鸟苷三磷酸(GTP)
35
腺苷三磷酸(ATP)
-180(激活)
表效应剂对天冬氨酸转氨甲酰酶活性的作用
为了解释这种现象,研究者设想在酶分子中有两个分开的部位,一个部位与底物结合并催化反应,另一个部位是ATP或CTP等效应剂的结合位点。利用选择性修饰法修饰后一个部位后,ATC的活性并不丧失,但对CTP抑制的敏感性下降,这种现象称为脱敏作用。选择性修饰实验证实了两个部位的设想。现在我们知道,ATC由12条多肽链组成,2个α3亚基,3个β2亚基。
根据对ATC的研究,得出了5点结论:
,结合底物并催化反应的部位叫活性部位,结合效应剂的部位叫别构部位或调节部位。
。
,并产生不同的效应。
,从而影响酶的着底物的结合能力和催化能力。
,而后两者又是代谢调节的有效方式之一。
别构酶的协同效应
协同效应(cooperative effects)也是多亚基别构酶的一个特征。我们把能与酶结合的底物、激活剂和抑制剂统称为配体,所谓协同效应是指当一个配体与酶结合以后,可以促进或抑制另一个配体与酶的结合。
协同效应的分类

同种效应(homotropic effects)指的是一分子配体与酶结合后影响另一分子同种配体与酶的结合;异种效应(heterotropic effects)指的是一分子配体与酶结合后影响另一分子异种配体与酶的结合。

一分子配体与酶结合后促进另一分子配体与酶结合叫正协同(posi