酶工程第7章酶的别构效应.ppt

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1、第七章酶的别构效应一、别构酶与代谢调节二、别构酶的基本概念三、别构机制的模式四、引起非双曲线动力学的其他现象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（allostericeffects），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（allostericenzyme）。一、别构酶与代谢调节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

2、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。1．别构抑制作用反馈抑制可分为五种类型：①线性通路中的反馈抑制一条途径的最终产物抑制途径中起始酶的活性。E1别构抑制作用②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。别构抑制作用③趋散通路中的反馈抑制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，

3、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。别构抑制作用④顺序反馈抑制一条途径中有多个反馈抑制步骤。⑤协调反馈抑制需要多种代谢物共同作用才能发挥反馈抑制作用。2．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

4、NADPH，供脂肪酸合成使用。二、别构酶的基本概念1．一个典型的别构酶——天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶（aspartatetrans-carbamoylase,ATC）是嘧啶核苷酸生物合成途径的第一个酶（→→→UTP→CTP）。天冬氨酸转氨甲酰酶ATC的活性受到CTP的强烈抑制，又受到ATP的高效激活。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）天冬氨酸转氨甲酰酶在对照、加ATP、加CTP三种情况的V对[S]图中可

5、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。天冬氨酸转氨甲酰酶ATC的结构与功能为了解释这种现象，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。ATCase的亚基结合方式rrc

6、cATC的特点根据对ATC的研究，得出了5点结论：①酶分子上有两个结合部位，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。②这两个部位能同时分别被底物和效应剂占据。③调节部位可与多种效应剂结合，并产生不同的效应。④效应剂的结合影响酶分子的构象，从而影响酶与底物的结合能力和催化能力。⑤调节部位的效应是构成别构抑制或别构激活的基础，而后两者又是代谢调节的有效方式之一。2．别构酶的协同效应协同效应（cooperativeeffects）也是多亚基别构酶的一个特征。能与酶结合的底物、激活剂和抑制剂统称配体，所谓协同效应是指当一个配体与酶结合以后，可以促进或

7、抑制另一个配体与酶结合。（1）协同效应的分类①同种效应和异种效应同种效应（homotropiceffects）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（heterotropiceffects）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。协同效应的分类②正协同和负协同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（positivecooperation），抑制另一分子配体与酶结合叫负协同（negativecooperation）。同种效应一般是正协同；异种效应