酶活性的调节方式（一）

Rose

酶的活性调节主要包括四种方式：变构调节、共价修饰调节、酶原激活以及调节蛋白的调控。
有些酶属于别构蛋白，即在专一性效应物的诱导下，结构发生变化，使催化活性改变，称为变构酶或别构酶（allosteric enzyme）。使酶活增加的效应物称为正调节物，反之称为负调节物。变构酶都是寡聚酶，分子中除活性中心外还有别构中心（调节中心）。两个中心可在同一亚基，也可在不同亚基。有活性中心的亚基称为催化亚基，有别构中心的亚基称为调节亚基。
别构酶还有同促效应和异促效应，前者是指酶的底物同时可以作为别构调节物，后者就是指底物和调节物是不同的分子。
大部分别构酶的v-[S]曲线呈S形，与米氏酶不同。这种曲线表明酶与一分子底物（或效应物）分子结合后，其构象发生改变，有利于后续分子的结合，称为正协同效应。这种现象有利于对反应速度的调节，在未达到最大反应速度时，底物浓度的略微增加，将使反应速度有极大提高。所以正协同效应使酶对底物浓度的变化极为敏感。
另一类别构酶具有负协同效应，其动力学曲线类似双曲线，在底物浓度极低时反应速度变化很快，但继续下去则速度变化缓慢。所以负协同效应使酶对底物浓度变化不敏感。
因为一些没有别构效应的酶也可产生类似的v-[S]曲线，所以作图法不能完全作为判断别构酶的依据。可用Rs值（saturation ratio，饱和比值）([S]90%V / [S]10%V)来定量地区分三种酶：Rs=81为米氏酶，小于81为正协同效应，大于81为负协同。还可采用Hill系数法，以lg(v/(Vm-v))对lg[S]作图，曲线的最大斜率h称为Hill系数，米氏酶等于1，正协同酶大于1，负协同小于1。



米氏酶与正协同酶的Rs值

关于别构酶的变构机制，有两种模型。齐变模型（M. W. C.）认为酶分子中所有亚基的构象相同，无杂合状态。在低活性的紧张态（tight，T）和高活性的松弛态（relaxed form，R）之间存在平衡，效应物使平衡移动，从而改变酶的活性。此模型不适于负协同的酶。
序变模型（K.N.F.）则认为各个亚基可以杂合存在，变构是由于配体的诱导，而不是因为平衡的移动。协同性取决于与配体结合的亚基对空位亚基的影响。此模型对两种酶都适用。
天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是嘧啶合成途径的第一个酶，共12个亚基，其中催化和调节亚基各6个。分子结构为2个C3中间夹着3个R2，活性中心位于两个催化亚基中间。别构中心位于调节亚基的远端，通过变构影响催化亚基的活性。
此酶受到CTP的反馈抑制，可被ATP激活。Asp、氨甲酰磷酸均有正同促效应，CTP有异促效应，可使酶的S形程度增大，即Rs值减小，CTP之间具有正协同作用，n=3。ATP使Rs增大，当达到饱和时即成为双曲线。ATP和CTP都只改变酶的亲和力，而不影响Vm。琥珀酸是天冬氨酸的类似物，在天冬氨酸浓度高时是竞争性抑制剂，而当天冬氨酸不足时则可模拟天冬氨酸的正调控变构作用而成为激活剂。



ATCase的别构调节

磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)是负协同酶的典型代表。共四个亚基，Km1和Km2都较小，易与NAD＋结合，即在低底物浓度时反应较快；而Km3则增大了100倍，很难与NAD＋反应。这是由构象变化引起的。在生物体内，当NAD＋不足时可以保证酵解的进行，而当过NAD＋多时则供给其它反应，避免造成酸中毒。



GAPDH的一个亚基

留个思考题：别构抑制与非竞争抑制是否相同？更进一步，别构抑制剂算不算抑制剂？

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