生物化學與分子生物學/變構酶
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| 生物化學與分子生物學 |
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1.概念
有些酶除了活性中心外，還有一個或幾個部位，當特異性分子非共價地結合到這些部位時，可改變酶的構象，進而改變酶的活性，酶的這種調節(jié)作用稱為變構調節(jié)(allosteric regulation)，受變構調節(jié)的酶稱變構酶(allostericenzyme)，這些特異性分子稱為效應劑(effector)。變構酶分子組成，一般是多亞基的，分子中凡與底物分子相結合的部位稱為催化部位(catalytic site)，凡與效應劑相結合的部位稱為調節(jié)部位(regulatorysite)，這二部位可以在不同的亞基上，或者位于同一亞基。
2.機理
(1)一般變構酶分子上有二個以上的底物結合位點。當?shù)孜锱c一個亞基上的活性中心結合后，通過構象的改變，可增強其他亞基的活性中心與底物的結合，出現(xiàn)正協(xié)同效應(positivecooperative effect)。使其底物濃度曲線呈S形。即底物濃度低時，酶活性的增加較慢，底物濃度高到一定程度后，酶活性顯著加強，最終達到最大值Vmax(圖2-20)。
多數(shù)情況下，底物對其變構酶的作用都表現(xiàn)正協(xié)同效應，但有時，一個底物與一個亞基的活性中心結合后，可降低其他亞基的活性中心與底物的結合，表現(xiàn)負協(xié)同效應(negative cooperative effect)。如3-磷酸甘油醛脫氫酶對NAD+的結合為負協(xié)同效應。
(2)變構酶除活性中心外，存在著能與效應劑作用的亞基或部位，稱調節(jié)亞基(或部位)，效應劑與調節(jié)亞基以非共價鍵特異結合，可以改變調節(jié)亞基的構象，進而改變催化亞基的構象，從而改變酶活性。凡使酶活性增強的效應劑稱變構激活劑(allosteric activitor)，它能使上述S型曲線左移，飽和量的變構激活劑可將S形曲線轉變?yōu)榫匦坞p曲線(圖2?0)。凡使酶活性減弱的效應劑稱變構抑制劑(allosteric inhibitor)，能使S形曲線右移。例如，ATP是磷酸果糖激酶的變構抑制劑，而ADP、AMP為其變構激活劑。
(3)由于變構酶動力學不符合米－曼氏酶的動力學，所以當反應速度達到最大速度一半時的底物的濃度，不能用Km表示，而代之以K0.55表示(圖2-20)。為了解釋變構酶協(xié)同效應的機制并推導出動力學曲線方程式，不少人曾提出各種模型，各有優(yōu)缺點，現(xiàn)將有關變構作用的Hill模式內容附本章節(jié)后，供學習參考。
圖2-20 變構酶的底物活性曲線
⊙不加變構劑
加變構抑制劑
3.生理意義
(1)在變構酶的S形曲線中段，底物濃度稍有降低，酶的活性明顯下降，多酶體系催化的代謝通路可因此而被關閉；反之，底物濃度稍有升高，則酶活性迅速上升，代謝通路又被打開，因此可以快速調節(jié)細胞內底物濃度和代謝速度。
(2)變構抑制劑常是代謝通路的終產物，變構酶常處于代謝通路的開端，通過反饋抑制，可以及早地調節(jié)整個代謝通路，減少不必要的底物消耗。
例如葡萄糖的氧化分解可提供能量使AMP、ADP轉變成ATP，當ATP過多時，通過變構調節(jié)酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而ADP、AMP增多時，則可促進糖的分解。隨時調節(jié)ATP/ADP的水平，可以維持細胞內能量的正常供應。
參看
 同工酶 | 修飾酶  |
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