第10章 酶的作用机制和酶的调节3

T状态（对称亚基）
SS
R状态（对称亚基） 对称亚基
S SS S SS S SS
S
SS
齐步变化
对称亚基
序变模型（KNF）：Koshland、Nemethy和Filmer提 出。别构酶中的一条亚基结合了效应物之后，构象 发生改变，并导致其相邻的亚基的构象发生改变， 这种构象变化依次传递，从而影响酶的催化活性
别构效应根据底物对酶的活性的影响分为：
正协同效应：第一个底物与酶的结合使酶的构象发生 改变，有利于后续的底物与酶的结合
负协同效应：第一个底物与酶的结合不利于后续的底 物与酶结合。
别构酶的v~[S]关系大都不遵循米氏动力学。动力 学曲线不是双曲线。
具有正协同效应的别构酶的v对[S]作用呈S形曲线 某些寡聚酶解离成单体后，失去了别构调节能力， 但脱仍敏保作留用催化活性，其v~[S]曲线为米氏曲线，称为
Rs>81 别构酶，负协同效应
Rs<81 别构酶，正协同效应
通过Hill系数（n值）：v=Vm*[S]n/(Km+[S]n)
n=1
米氏酶
n>1
别构酶，正协同效应
n<1
别构酶，负协同效应
a—米氏酶 b--别构酶的S形曲 线
正协同别构酶与米式酶的的动力学曲线
别构效应的生理意义
别构调节是代谢调节的主要方式之一 酶对底物量的变化十分敏感（正协同 ）或不敏感（负协同）
ATCase的结构的X射 线分析
PALA (N-磷乙酰-L-天冬氨酸)是ATCase的底物 过渡态类似物 PALA与酶的结合导致酶结构发生很大变化， 从紧张态（T）变为松驰态（R）
除了底物的结合导致酶的构像发生改变外，效 应物的结合也会导致酶的构像发生改变
CC C
RR RR RR
C CC
无催化活性构象(T-型)
使酶活性降低的效应物是负效应物（别构抑制剂）
例子： aspartate transcarbamoylase (ATCase )天冬氨酸转氨甲酰酶
催化的反应
ATCase
Asp + 氨甲酰磷酸 ――-―-→ 氨甲酰Asp
磷酸
该反应是CTP生物合成的第一个酶，是一个别 构酶 动力学特征：双底物反应，V－[Asp］为S形
具有负协同效应的别构酶动力学曲线近似双曲线
正协同、负协同别构酶与 米氏酶的动力学曲线比较
1.米氏酶 2.正协同别构酶
3.负协同别构酶
正协同别构酶的动力学曲线 ＋为正效应物（别构激活剂） －为负效应物（别构抑制剂）
别构酶的判断
根据饱和比值（Rs值）：
Rs＝［S］90％Vm/［S］10％Vm
Rs=81 米氏酶
对米氏酶而言，［S］90％Vm/［S］10％Vm ＝81，意思是［S］提高了81倍，v才提 高9倍，说明酶对［S］的变化很迟钝 而对于正协同的别构酶而言，［S］90％ Vm/［S］10％Vm＝3，意思是［S］只要提 高了3倍，v就能提高9倍，说明酶对［S ］的变化很敏感
别构效应的解释模型
别构酶的S形动力学曲线是一种复杂的动力学 曲线，为了解释S形曲线，至今已提出多种假 说，并设计了多种酶分子构型，其中最重要的 有两种
效应物：
同促效应物：底物 异促效应物（非底物）：ATP（正效应物）、CTP（ 是代谢途径的终产物，负效应物）
天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）参与核苷酸 生物合成，该酶为别构酶的生理意义：
只在较窄的底物浓度范围内开启产物的合成
ATP是能量充足的信号，促进合成反应 CTP是终产物充足的信号，抑制合成反应
别构酶具有两种构像状态，紧张态（T态），催化 活性低；松弛态（R态），催化活性高。这两种状 态的互变取决于底物和效应物与酶的结合而导致 的亚基相互作用
别构酶具有协同效应，即酶与第一个底物或者效 应物的结合会导致酶的构象发生改变，从而影响 酶的催化活性
别构效应根据效应物的不同分为：
同促作用：效应物就是底物，所有的别构酶都有此 效应，此时活性部位和调节部位相同 （ homotropic effectors） 异促作用：效应物是其它物质，调节部位和活性部 位是分开的 （heterotropic effectors） 使酶活性升高的效应物是正效应物（别构激活剂）
ATP（正效应物） CTP（负效应物）
C CC
RR RR RR
C CC
有催化活性构象(R-型)
别构酶的性质
是寡聚酶，既有活性中心又有别构中心，两个中心 可以分别位于相同的亚基也可以位于不同的亚基上 ，出现了催化亚基和调节亚基
别构调节涉及到亚基间的相互作用，即协同作用
别构酶具有协同效应，即酶与第一个底物或者效应 物的结合会导致酶的构象发生改变，从而影响酶的 催化活性
对称模型（MWC）：Monod、Wyman和Changeux 提出的
别构酶有两种构象状态，紧张态（T态， taut ）和松 弛态（R态， relaxed ），无底物时呈T态，底物与R 态结合更紧
该模型中，所有亚基处于同样的构象状态。一条亚基 结合了效应物之后，构象发生改变，导致其它所有亚 基的构象一起变化，使其他亚基易于与底物结合，适 合于正协同别构酶
酶活性的调节
酶活性的调节
在现成的酶分子上进行加工，相对遗传控制调 节酶的合成来得快 调节方式：别构调节、共价修饰、酶原激活、 同工酶等
别构酶和别构调节
有些酶分子表面除了具有活性部位外，还存在 调节部位（别构位点） 调节物（效应物）结合到别构位点上引起酶的 构象发生变化，导致酶的活性提高或下降，这 种现象称为别构效应（allosteric effect） 具有别构效应的酶称别构酶（allosteric enzyme） 别构酶往往是代谢途径中的关键酶，别构调节 是机体代谢调节的重要方式，效应物往往是前 馈激活剂或者反馈抑制剂
本质：酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级结构 的改变。酶原分子一级结构的改变导致了酶原分 子空间结构的改变，酶原的激活实质上是酶活性 部位形成或暴露的过程
SS
亚基全部 处于T型
S SS S
依次序变化
SS S SS
S
SS
亚基全部 处于R型
酶原激活
酶原：刚生物合成出来的酶蛋白是没有活性的， 经过加工后（剪切，修饰等）才具有活性。没有 活性的酶的前体叫酶原
酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质作 用可转变成有活性的酶。酶原转变成酶的过程称 为酶原的激活