變構酶

變構酶(allosteric enzyme)又稱為別構酶,是一類重要的調節酶。在代謝反應中催化第一步反應的酶或交叉處反應的酶多為別構酶。別構酶均受代謝終產物的反饋抑制。別構酶多為寡聚酶,含有兩個或多個亞基。其分子中包括兩個中心:一個是與底物結合、催化底物反應的活性中心;另一個是與調節物結合、調節反應速度的別構中心。

概述

變構酶 allosteric enzyme 具有變構效應,但現在在變構效應的定義中,一般僅意味著對應於(1)和(3)者,其對應於(2)者常不稱變構酶。最近又多指對應於(3)的定義。

變構酶是一類重要的調節酶。在代謝反應中催化第一步反應的酶或交叉處反應的酶多為別構酶。別構酶均受代謝終產物的反饋抑制。

別構酶多為寡聚酶,含有兩個或多個亞基。其分子中包括兩個中心:一個是與底物結合、催化底物反應的活性中心;另一個是與調節物結合、調節反應速度的別構中心。兩個中心可能位於同一亞基上,也可能位於不同亞基上。在後一種情況中,存在別構中心的亞基稱為調節亞基。別構酶是通過酶分子本身構象變化來改變酶的活性。

調節物也稱效應物或調節因子。一般是酶作用的底物、底物類似物或代謝的終產物。調節物與別構中心結合後,誘導或穩定住酶分子的某種構象,使酶的活性中心對底物的結合與催化作用受到影響,從而調節酶的反應速度和代謝過程,此效應稱為酶的別構效應(allostericeffect )。因別構導致酶活力升高的物質,稱為正效應物或別構激活劑,反之為負效應物或別構抑制劑。不同別構酶其調節物分子也不相同。有的別構酶其調節物分子就是底物分子,酶分子上有兩個以上與底物結合中心,其調節作用取決於分子中有多少個底物結合中心被占據。別構酶的反應初速度與底物濃度(V對[S])的關係不服從米氏方程。而是呈現S形曲線。S形曲線表明,酶分子上一個功能位點的活性影響另一個功能位點的活性,顯示協同效應(cooperativeeffect),當底物或效應物一旦與酶結合後,導致酶分子構象的改變,這種改變了的構象大大提高了酶對後續的底物分子的親和力。結果底物濃度發生的微小變化,能導致酶促反應速度極大的改變。

定義

變構效應迄今有三個定義。(1)天冬氨酸氨甲醯轉移酶是嘧啶核苷酸合成途徑初始階段的酶,但受到合成途徑最終產物胞苷三磷酸(CTP)的反饋抑制,這時CTP與底物是主體結構上不同的化合物(意為變構),因為抑制效應是由此所引起的(因情況不同亦有激活的),所以稱為變構效應。(2)乳糖一旦與乳糖操縱子的阻遏物結合,就會失去對操作基因的作用。認為這是由於乳糖結合後引起阻遏物的立體結構變化的緣故,所以稱乳糖的作用為變構效應。(3)如將上述天冬氨酸氨甲醯轉移酶的反應速度(或底物對酶的結合量)對底物濃度繪成圖,即可得如圖所示的S形曲線b。稱這種現象為底物調節型(homotropic)的變構效應。若與底物一起,加入負的效應物(例如CTP),那么就會變成圖中c那樣的曲線;如果加入正的效應物(如AT-P),曲線就會轉變成圖中a那樣,這樣把因為加入效應物而使吸附曲線或反應曲線發生圖示那樣的變化現象,為代謝物調節型(heterotropic allosteric ef-fect)的變構效應。現在對變構效應,多意味著上述(3)的定義,代謝物調節型的變構效應對於說明代謝調節非常方便。變構效應得以表現是基於其酶的特殊性質,稱這種性質為變構性(allostericity)。

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