第2章微生物代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制

第二章微生物代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制代謝控制發(fā)酵課程授課教師：張俠E-mail：zhangxia79@微生物的代謝錯(cuò)綜復(fù)雜，參與代謝的物質(zhì)多種多樣，即使同一物質(zhì)也會(huì)有不同的代謝途徑，而且各種物質(zhì)的代謝之間存在著復(fù)雜的相互聯(lián)系和相互影響。在長期進(jìn)化過程中，微生物建立了一套嚴(yán)密、精確、靈敏的代謝調(diào)節(jié)體系，能嚴(yán)格控制代謝活動(dòng)。微生物的代謝調(diào)節(jié)具有多系統(tǒng)、多層次的特點(diǎn)。本章主要討論對酶的調(diào)節(jié)。微生物可以按照適應(yīng)環(huán)境的需要調(diào)節(jié)酶的表達(dá)（即酶蛋白的合成）及調(diào)節(jié)酶的活性（即酶的激活或抑制）。第一節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)酶合成的量來控制微生物代謝速度的調(diào)節(jié)機(jī)制。在基因轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，對代謝活動(dòng)的調(diào)節(jié)是間接的，也是緩慢的。優(yōu)點(diǎn)：通過阻止酶的過量合成，能夠節(jié)約生物合成的原料和能量。酶合成的調(diào)節(jié)類型：酶的誘導(dǎo)、酶的阻遏。一、酶的誘導(dǎo)enzymeinduction按照酶合成與環(huán)境影響的不同關(guān)系，分為兩大類：組成酶Structuralenzymes：細(xì)胞固有的酶，其合成與環(huán)境無關(guān)，在菌體內(nèi)的含量相對穩(wěn)定，如EMP有關(guān)的酶；誘導(dǎo)酶Inducibleenzyme，只在環(huán)境中存在誘導(dǎo)劑時(shí)才開始合成，一旦環(huán)境中沒有了誘導(dǎo)劑，合成就終止，如乳糖代謝有關(guān)的β-半乳糖苷酶。該過程稱為酶的誘導(dǎo)。誘導(dǎo)酶與組成酶在本質(zhì)上是相同的，區(qū)別在于酶合成體系受控制的程度不同。在微生物育種中，常采取誘變等手段使誘導(dǎo)酶轉(zhuǎn)化成組成酶，以利于大量積累所需的代謝產(chǎn)物。誘導(dǎo)的生理作用是可以保證能量與氨基酸不浪費(fèi)，不把它們用于合成那些暫時(shí)無用的酶上，只有在需要時(shí)細(xì)胞才迅速合成它們。酶的誘導(dǎo)合成又可分為兩種：同時(shí)誘導(dǎo)：即當(dāng)誘導(dǎo)物加入后，微生物能同時(shí)或幾乎同時(shí)誘導(dǎo)幾種酶的合成，它主要存在于短的代謝途徑中。例如，將乳糖加入到E.coli培養(yǎng)基中后，可同時(shí)誘導(dǎo)出β-半乳糖苷透性酶、β-半乳糖苷酶和半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶的合成。順序誘導(dǎo)：即先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中間代謝物的酶，以達(dá)到對較復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。幾個(gè)術(shù)語誘導(dǎo)作用：培養(yǎng)基中某種基質(zhì)與微生物接觸而增加（誘導(dǎo)）細(xì)胞中其相應(yīng)酶的合成速率。誘導(dǎo)酶：只有在其底物，即有誘導(dǎo)物存在時(shí)才被合成的酶。誘導(dǎo)物（inducer）：能引起誘導(dǎo)作用的化合物，可以是底物，也可以是底物的衍生物，甚至是產(chǎn)物。安慰誘導(dǎo)物（gratuitors）：酶底物的結(jié)構(gòu)類似物常是出色的誘導(dǎo)物，但它們不能作為底物被酶轉(zhuǎn)化。1.1操縱子學(xué)說——轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)Monod和Jacob（1961）提出了操縱子（Operon）學(xué)說用于解釋酶的誘導(dǎo)機(jī)制。大腸桿菌乳糖操縱子是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的操縱子。所謂操縱子（元）是指結(jié)構(gòu)上、功能上協(xié)同作用的相關(guān)基因組成的一個(gè)片段（區(qū)域）。操縱子假說認(rèn)為：編碼一系列功能相關(guān)的酶的基因在染色體中緊密排列在一起，且它們的表達(dá)與關(guān)閉是通過同一控制點(diǎn)協(xié)同進(jìn)行的。每個(gè)操縱子（元）至少由4個(gè)基因（部分）組成：（1）調(diào)節(jié)基因（Regulatorygene)：編碼組成型調(diào)節(jié)蛋白的基因；（2）操縱基因（Operatorgene）：位于啟動(dòng)基因和結(jié)構(gòu)基因之間的一段堿基順序，能與阻遏物（一種調(diào)節(jié)蛋白）結(jié)合，以此來決定結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄能否進(jìn)行；（3）結(jié)構(gòu)基因（Structuralgene）：決定某一多肽的DNA模板，可根據(jù)其上的堿基順序轉(zhuǎn)錄出對應(yīng)的mRNA，再通過核糖體翻譯出相應(yīng)的酶蛋白；（4）啟動(dòng)基因（Promotergene）：能被依賴于DNA的RNA聚合酶所識別的堿基順序，即使RNA聚合酶的結(jié)合部位，也是轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)。（1）調(diào)節(jié)基因（Regulatorygene)

它能編碼調(diào)節(jié)（阻遏）蛋白，是一類變構(gòu)蛋白，有2個(gè)特殊位點(diǎn)，一可與操縱基因結(jié)合，另一可與效應(yīng)物結(jié)合，并發(fā)生變構(gòu)作用，相應(yīng)的提高或降低與操縱基因的結(jié)合能力?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)有兩種調(diào)節(jié)蛋白：

1.負(fù)作用調(diào)節(jié)蛋白——在沒有誘導(dǎo)物時(shí)能與操縱基因結(jié)合，阻止RNA多聚酶接近啟動(dòng)基因或操縱基因，也稱為阻遏物（repressor）。

2.正作用調(diào)節(jié)蛋白——與啟動(dòng)子或啟動(dòng)子附近的DNA結(jié)合，能起增強(qiáng)RNA多聚酶與該啟動(dòng)子結(jié)合的效應(yīng)。此種調(diào)節(jié)蛋白也稱為激活因子（actiration）。（2）操縱基因（Operatorgene）

它能控制決定蛋白質(zhì)（酶）的氨基酸順序的一整套結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，而操縱基因可受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏物所阻遏，許多情況下，單個(gè)操縱基因可以控制一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)基因。

（3）結(jié)構(gòu)基因（Structuralgene）

是指在操縱基因鄰近（一般在下游處）存在一個(gè)或多個(gè)基因，它編碼不起調(diào)控轉(zhuǎn)錄作用的蛋白質(zhì)，如酶、膜蛋白和核糖體等。一部分結(jié)構(gòu)基因的mRNA合成速度精確地被控制，但許多結(jié)構(gòu)基因以一種（或多或少）不變的速度持續(xù)地轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，生成相應(yīng)的mRNA進(jìn)而轉(zhuǎn)譯成特定的酶（蛋白質(zhì)）。（4）啟動(dòng)基因（Promotergene）

啟動(dòng)子（基因）含有兩個(gè)和RNA聚合酶結(jié)合的順序，一個(gè)集中在RNA聚合酶起始位置前約10個(gè)堿基對，另一個(gè)則集中在這個(gè)位置前35個(gè)堿基對，當(dāng)RNA聚合酶與啟動(dòng)子接觸并結(jié)合上去，mRNA合成即開始。如阻遏物（阻遏調(diào)節(jié)蛋白）與操縱基因結(jié)合，則RNA聚合酶就不能和操縱基因結(jié)合，不能向前移動(dòng)，也就不能轉(zhuǎn)錄出互補(bǔ)于結(jié)構(gòu)基因的DNA順序的mRNA，也就沒有酶的生成。但在E.coli中啟動(dòng)子必須經(jīng)過cAMP受體蛋白復(fù)合物的激活后，才能啟動(dòng)。

這些基因形成整套調(diào)節(jié)控制機(jī)制，才能使生命系統(tǒng)在功能上有序、有效及開放。

1.2乳糖操縱子（lac

operon）——

酶合成的負(fù)調(diào)控誘導(dǎo)調(diào)控機(jī)制酶合成的正調(diào)節(jié)誘導(dǎo)——大腸桿菌的麥芽糖操縱子1.3阿拉伯糖操縱子（arabinose

operon）一、Ara操縱子模型1、Ara操縱子的結(jié)構(gòu)基因在葡萄糖缺乏時(shí)，阿拉伯糖是另一個(gè)可以為大腸桿菌提供碳源的五碳糖，在大腸桿菌中阿拉伯糖的降解需要3個(gè)基因。araB基因編碼核酮糖激酶；araA基因編碼L-阿拉伯糖異構(gòu)酶；araD基因編碼L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶以上3種酶能將Ara分解為大腸桿菌能利用的木酮糖。2、Ara操縱子的結(jié)構(gòu)與araB、araA和araD這3個(gè)結(jié)構(gòu)基因相鄰的是一個(gè)復(fù)合啟動(dòng)子區(qū)和一個(gè)調(diào)節(jié)基因C，由調(diào)節(jié)基因C合成的AraC蛋白是一個(gè)自我調(diào)節(jié)蛋白（autoregulatedprotein），它既是ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白，又是負(fù)調(diào)節(jié)蛋白。復(fù)合啟動(dòng)子區(qū)主要有：

PBAD區(qū)：AraBAD啟動(dòng)子區(qū)

AraC位點(diǎn)：C蛋白·阿拉伯糖復(fù)合物與操縱子結(jié)合區(qū)

-280區(qū)：C蛋白與操縱子結(jié)合區(qū)二、AraC蛋白的正、負(fù)調(diào)節(jié)作用1、AraC蛋白的正調(diào)節(jié)作用正調(diào)節(jié)蛋白是激活蛋白，它存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)。在阿拉伯糖存在時(shí)，AraC蛋白與其形成C蛋白·阿拉伯糖復(fù)合物，復(fù)合物與啟動(dòng)子區(qū)的AraC位點(diǎn)結(jié)合，激活PBAD，活化RNA聚合酶，使結(jié)構(gòu)基因mRNA正常轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生上述3種酶，完成調(diào)控。2、AraC蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)作用沒有阿拉伯糖時(shí)，AraC蛋白同時(shí)與AraC位點(diǎn)及遠(yuǎn)距離的-280區(qū)結(jié)合，造成DNA鏈的扭曲，不能起始mRNA的轉(zhuǎn)錄。酶誘導(dǎo)物的種類：可分3類胰蛋白酶1.4誘導(dǎo)調(diào)節(jié)的克服

只有需要時(shí)才合成所需的酶是微生物應(yīng)有的、正常的調(diào)節(jié)機(jī)制。如果要使所需要的誘導(dǎo)酶大量生產(chǎn)，可采用誘變方法，借強(qiáng)力因素誘變引起的突變，消除誘導(dǎo)酶，跨越必需依賴誘導(dǎo)物這種障礙。如突變不是發(fā)生在結(jié)構(gòu)基因上，而是發(fā)生在調(diào)節(jié)基因或操縱基因上，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏物（阻遏蛋白）無活性，或操縱基因?qū)钚宰瓒粑锏挠H和力衰退，則無需誘導(dǎo)物便能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。這種突變作用稱為調(diào)節(jié)性或組成型突變。具有這種特性的菌株稱為組成型突變株。組成型突變株的富集方法

1、在誘導(dǎo)物為限制性基質(zhì)的恒化器中篩選恒化器：一種微生物連續(xù)培養(yǎng)器。它以恒定的速度流出培養(yǎng)液，使容器中的微生物生長繁殖始終低于最快生長速度。這種容器反映的是培養(yǎng)基的化學(xué)環(huán)境恒定。一親株經(jīng)誘變的群體，生長在含有很低濃度的誘導(dǎo)物的恒化器中，有利于不需誘導(dǎo)物的組成型突變株的生長。那些由于誘導(dǎo)物濃度很低而生長緩慢的親株被恒化器逐漸淘汰。恒化器起到一種富集組成型突變株的作用。如大腸桿菌在低濃度乳糖的恒化器中生長，就可以篩選出沒有誘導(dǎo)物存在也能生產(chǎn)β-半乳糖苷酶的組成型突變株。2、將菌株輪番在有、無誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)在第一個(gè)生長周期在含葡萄糖的培養(yǎng)基中極少量的組成型突變株與占絕對優(yōu)勢的親株將以同樣的速率生長。然后，將此混合培養(yǎng)物移種到乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基中，有利于突變株的生長；未突變的親株需誘導(dǎo)半乳糖苷酶的合成，經(jīng)較長的停滯期才開始生長。每次移種到含有葡萄糖的培養(yǎng)基后會(huì)使親株的β-半乳糖苷酶合成立即停止。再移種到含乳糖的培養(yǎng)基中親株又需經(jīng)一段停滯期后才能開始生長，因此反復(fù)交替上述培養(yǎng)過程，最終會(huì)使組成型突變株占優(yōu)勢。3.使用誘導(dǎo)性能很差的基質(zhì)將經(jīng)誘變的群體生長在一種能作為碳源，不能作為誘導(dǎo)物或其誘導(dǎo)性能很差的基質(zhì)上，可篩選出組成型突變株。如，用苯-β-半乳糖苷與2-硝基苯-α-L-阿拉伯糖苷可篩選出大腸桿菌組成型的β-半乳糖苷酶的突變株。4.使用阻礙誘導(dǎo)作用的抑制劑有些化合物會(huì)阻擾酶的誘導(dǎo)作用。如，氰乙酰胺抑制綠膿桿菌酰胺酶的誘導(dǎo)合成；2-硝基苯-β-墨角藻糖苷抑制大腸桿菌誘導(dǎo)β-半乳糖苷酶的合成。讓細(xì)胞生長在含有誘導(dǎo)物和誘導(dǎo)抑制劑的培養(yǎng)基中生長，只有那些不需要誘導(dǎo)物的突變株才能生長。

5.提高篩選效率的方法誘變后的菌群中組成突變株一般只占10-9-10-6個(gè)，經(jīng)上述的方法富集后數(shù)量可提高103倍，那么它們在菌群中的相對數(shù)量提高到10-6-10-3個(gè)，要從一千個(gè)菌中找出1個(gè)突變株也不是輕而易舉的事。如何將少數(shù)的組成型突變株在瓊脂培養(yǎng)基平板上顯形再提高篩選效率呢？要使少數(shù)的組成型突變株在瓊脂培養(yǎng)基上顯形，可采用下面的方法。要篩選β-半乳糖苷酶組成型突變株，可通過富集過的培養(yǎng)物鋪在以甘油為碳源的瓊脂平板培養(yǎng)基上，待菌落長成后，在平板上噴灑鄰硝基酚-β-半乳糖苷，在沒有誘導(dǎo)物下，只有組成型突變株能產(chǎn)生β-半乳糖苷酶，能將鄰硝基酚-β-半乳糖苷水解，生成黃色的鄰硝基酚。在眾多白色親株菌落中，出現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)黃色所需菌落很容易察覺。二、酶的阻遏在微生物的代謝過程中，當(dāng)代謝途徑中某末端產(chǎn)物過量時(shí)，可通過阻遏作用來阻礙代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的生物合成，從而更徹底地控制代謝和減少末端產(chǎn)物的合成。阻遏作用有利于生物體節(jié)省有限的養(yǎng)料和能量。阻遏的類型主要有末端代謝產(chǎn)物阻遏（色氨酸操縱子）和分解代謝產(chǎn)物阻遏。2.1末端代謝產(chǎn)物阻遏

（end-productrepression）指由某代謝途徑末端產(chǎn)物的過量累積而引起的阻遏。對直線式反應(yīng)途徑來說，末端產(chǎn)物阻遏的情況較為簡單，即產(chǎn)物作用于代謝途徑中的各種酶，使之合成受阻遏，例如精氨酸的生物合成途徑。對分支代謝途徑來說，情況就較復(fù)雜。每種末端產(chǎn)物僅專一地阻遏合成它的那條分支途徑的酶。代謝途徑分支點(diǎn)以前的“公共酶”受所有分支途徑末端產(chǎn)物的阻遏，此即稱多價(jià)阻遏作用（multivalentrepression）。也就是說，任何單獨(dú)一種末端產(chǎn)物的存在，都沒有影響，只有當(dāng)所有末端產(chǎn)物都同時(shí)存在時(shí)，才能發(fā)揮出阻遏功能。典型的例子——芳香族氨基酸、天冬氨酸族和丙酮酸族氨基酸的生物合成中的反饋?zhàn)瓒?。末端產(chǎn)物阻遏在代謝調(diào)節(jié)中有著重要的作用，它可保證細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)維持適當(dāng)?shù)臐舛?。有些操縱子編碼的酶參與降解化合物獲得分解代謝產(chǎn)物和能量以構(gòu)成細(xì)胞生長所需的其它分子，稱為降解操縱子；另一些操縱子編碼的酶催化合成細(xì)胞所需的化合物，如核苷酸、氨基酸、維生素等，這些操縱子成為合成操縱子。生物合成操縱子也受阻遏物的負(fù)調(diào)控。能與阻遏物蛋白結(jié)合并使其結(jié)合于操縱基因的效應(yīng)物成為輔阻遏物；調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏物（蛋白）不結(jié)合輔阻遏物就沒有阻遏活性，沒有阻遏活性的阻遏物（蛋白）稱脫阻遏物（蛋白），目前統(tǒng)稱為阻遏物蛋白，一旦阻遏物蛋白與輔阻遏物結(jié)合，就能結(jié)合到操縱基因上，這時(shí)就稱它為阻遏物。色氨酸操縱子（Tryptophane

operon）氨基酸的合成也是由操縱子調(diào)節(jié)的，其基因表達(dá)一般都是可阻遏調(diào)節(jié)。1、色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸的合成分5步完成，每個(gè)環(huán)節(jié)需要一種酶，而且編碼這5種酶的基因是緊密連鎖在一起的，即色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)基因是由這5個(gè)基因組成的。

TrpE基因編碼鄰氨基苯甲酸合成酶；TrpD基因編碼鄰氨基苯甲酸焦磷酸轉(zhuǎn)移酶;TrpC基因編碼鄰氨基苯甲酸異構(gòu)酶；TrpB基因編碼色氨酸合成酶；TrpA基因編碼吲哚甘油-3-磷酸合成酶。2、色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)基因色氨酸操縱子中產(chǎn)生阻遏物的基因是trpR，該基因距trp基因簇很遠(yuǎn)，其基因產(chǎn)物被稱為輔阻遏蛋白。Trp操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控除了阻遏系統(tǒng)外，還存在弱化系統(tǒng)，使色氨酸的合成達(dá)到微細(xì)水平調(diào)控。3、Trp操縱子的阻遏狀態(tài)培養(yǎng)基中色氨酸濃度高時(shí)，trpR基因的產(chǎn)物——輔阻遏蛋白+色氨酸→有活性的阻遏物→與trp操縱基因結(jié)合→阻止結(jié)構(gòu)基因表達(dá)4、Trp操縱子的激活狀態(tài)培養(yǎng)基中色氨酸濃度低時(shí)，trpR基因的產(chǎn)物——輔阻遏蛋白不能與trp操縱基因結(jié)合→有活性的操作區(qū)→結(jié)構(gòu)基因能夠表達(dá)在沒有末端產(chǎn)物的情況下，阻遏蛋白不能與輔阻遏物（如色氨酸）結(jié)合成完全阻遏物，因此操縱基因的“開關(guān)”是打開的，這時(shí)轉(zhuǎn)錄、翻譯可正常進(jìn)行，誘導(dǎo)合成酶大量轉(zhuǎn)錄翻譯合成；反之，阻遏蛋白可與輔阻遏物結(jié)合成一個(gè)有活性的完全阻遏物，它與操縱基因相結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄的“開關(guān)”關(guān)閉，從而無法進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯。弱化作用（attenuation）

——次級基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制隨著對trp的深入研究，發(fā)現(xiàn)有些現(xiàn)象與以阻遏作為唯一調(diào)節(jié)機(jī)制的觀點(diǎn)不相一致。在缺乏色氨酸的狀態(tài)下，trp的轉(zhuǎn)錄速率是在有色氨酸存在的狀態(tài)下的600倍。但阻遏物失活的突變不能完全消除色氨酸對trp

operon表達(dá)的影響，沒有阻遏物時(shí)，在培養(yǎng)基中含或不含色氨酸的條件下觀察到轉(zhuǎn)錄速度相差8-10倍。這種色氨酸操縱子表達(dá)產(chǎn)物的減少是由于弱化作用(attenuation)所造成的，即色氨酸操縱子在第二水平上的調(diào)控。弱化機(jī)制的加入使基因表達(dá)調(diào)控達(dá)到更高一級的水平。在第一個(gè)基因(trpE)的前面5‘端有一個(gè)長162bp的序列，稱為前導(dǎo)序列(leader

sequence)或前導(dǎo)區(qū)(leaderregion)。當(dāng)此序列發(fā)生部分缺失或突變時(shí)trp基因表達(dá)可提高6000倍。這個(gè)前導(dǎo)區(qū)稱為弱化區(qū)，所表達(dá)出來的前導(dǎo)肽稱為弱化子(attenuator)。弱化子實(shí)際上是一個(gè)轉(zhuǎn)錄暫停信號。弱化作用就是通過一個(gè)位于mRNA前導(dǎo)序列末端的位點(diǎn)控制轉(zhuǎn)錄終止來實(shí)現(xiàn)的，只有當(dāng)負(fù)責(zé)搬運(yùn)Trp的tRNA-Trp存在時(shí)才會(huì)發(fā)生這種操縱子轉(zhuǎn)錄的提早終止(prematuretermination)。當(dāng)發(fā)生這種提早終止(或叫弱化作用)的時(shí)候，RNA聚合酶往往不能通過弱化子序列，而只產(chǎn)生一個(gè)140bp左右的核苷酸片段。弱化的作用的調(diào)控實(shí)質(zhì)是以翻譯手段來控制基因的轉(zhuǎn)錄。3∶4莖-環(huán)（發(fā)夾）是不依賴轉(zhuǎn)錄因子終止信號的一部份，是一段富含G/C的回文序列，可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，當(dāng)這種結(jié)構(gòu)形成時(shí)，使得RNA聚合酶終止轉(zhuǎn)錄。阻遏作用和弱化作用的區(qū)別與協(xié)調(diào)

細(xì)菌通過弱化作用輔助了阻遏作用的不足，因?yàn)樽瓒糇饔弥荒苁罐D(zhuǎn)錄不起始，對于已經(jīng)起始了的轉(zhuǎn)錄，則只能通過弱化作用使它中途停頓下來。阻遏作用的信號是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少，而弱化作用的信號則是細(xì)胞內(nèi)載有色氨酸的tRNA，它通過前導(dǎo)肽的翻譯來控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。

到目前為止，已在大腸桿菌中，鼠傷寒沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)Thr、Ile、Val、Trp、Lea、Phe、His等7種氨基酸合成過程中都存在這種弱化作用機(jī)制。在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種方式的協(xié)同作用，體現(xiàn)了生物體內(nèi)精密、高效的基因表達(dá)調(diào)控。

那么細(xì)菌中為什么需要弱化子調(diào)控系統(tǒng)呢？其原因可能是：

a.阻遏物從有活性到無活性的轉(zhuǎn)變速度極低，需要有一個(gè)能更快地做出反應(yīng)的系統(tǒng)來維持適當(dāng)氨基酸的水平。

b.弱化子系統(tǒng)主要是對外源氨基酸（色氨酸）濃度作出反應(yīng)。例如：外源氨基酸（色氨酸）濃度很低的信號，雖然足以引起Trp操縱子去阻遏作用。但這個(gè)信號還不足以很快引發(fā)內(nèi)源色氨酸的合成。于是在環(huán)境下，弱化子就通過抗終止的方法來增加Trp基因表達(dá)，從而提高內(nèi)源色氨酸的濃度。

為什么還要阻遏體系呢？沒有阻遏體系，似乎只有弱化作用也可以調(diào)節(jié)色氨酸酶系的合成。目前認(rèn)為當(dāng)有大量外源色氨酸存在時(shí)，通過阻遏體系阻止非必須的先導(dǎo)mRNA合成，使合成更加經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然His操縱子中，沒有阻遏體系，只有弱化子調(diào)節(jié)。說明弱化子的調(diào)節(jié)作用是控制轉(zhuǎn)錄的終止，控制轉(zhuǎn)錄精細(xì)，是阻遏調(diào)控體系的次級調(diào)節(jié)。2.2分解代謝物阻遏

（cataboliticrepression）指細(xì)胞內(nèi)同時(shí)有兩種可利用底物（碳源或氮源）存在時(shí)，利用快的底物會(huì)阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶合成的現(xiàn)象。這種阻遏不是由于快速利用底物直接作用的結(jié)果，而是由這種底物分解過程中產(chǎn)生的中間代謝物引起的。也就是在代謝反應(yīng)鏈中，某些中間代謝物或末端代謝物的過量累積而阻遏代謝途徑中一些酶合成的現(xiàn)象。1942年，Monod將E.coli培養(yǎng)在含乳糖和葡萄糖的培養(yǎng)基上，發(fā)現(xiàn)該菌可優(yōu)先利用葡萄糖，并于葡萄糖耗盡后才開始利用乳糖，這就產(chǎn)生了在兩個(gè)對數(shù)生長期中間隔開一個(gè)生長延滯期的“二次生長現(xiàn)象”。其原因是，葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶系的合成。這一現(xiàn)象又稱葡萄糖效應(yīng)。后來發(fā)現(xiàn)葡萄糖不僅對乳糖降解酶合成阻遏，而且對好幾條降解途徑的酶系，如山梨糖醇、木糖醇、阿拉伯糖、甘油等途徑的酶合成發(fā)生阻遏。由于這類現(xiàn)象在其他代謝中（例如銨離子的存在可阻遏微生物對精氨酸的利用等）的普遍存在，1961年Magasanik將其統(tǒng)稱為分解代謝物阻遏。這種阻遏對微生物是很有利的，只要有一個(gè)容易同化的底物存在，細(xì)胞就不必耗費(fèi)能量去合成效率較低的途徑的酶系，而使其代謝作用能更多地用于產(chǎn)生生長所必需的成分，是微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的一個(gè)方面。1、cAMP是對酶合成水平的控制——正調(diào)節(jié)2.2.1分解代謝物阻遏的機(jī)制乳糖操縱子的啟動(dòng)基因P包含兩個(gè)位點(diǎn)：A，RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)；B，CAP-cAMP復(fù)合物結(jié)合位點(diǎn)。CAP是降解物基因活化蛋白（又稱為cAMP受體蛋白，CRP）。在只含有乳糖的培養(yǎng)環(huán)境中，轉(zhuǎn)錄開始時(shí)，cAMP先與CAP結(jié)合生成cAMP-CAP復(fù)合物，該復(fù)合物能與乳糖操縱子中的啟動(dòng)子的CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，激活啟動(dòng)基因，進(jìn)而促進(jìn)RNA聚合酶與其結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)（CAP起正調(diào)控的作用），所以解除了分解代謝物阻遏。當(dāng)乳糖與葡萄糖同時(shí)存在時(shí)，因?yàn)榉纸馄咸烟堑拿割悓儆诮M成酶，能迅速將葡萄糖降解成中間產(chǎn)物X，X既會(huì)阻止ATP環(huán)化形成cAMP，同時(shí)又促進(jìn)cAMP分解成AMP，從而降低了cAMP的濃度，繼而阻遏與乳糖降解有關(guān)的誘導(dǎo)酶合成。只有當(dāng)葡萄糖耗盡后，cAMP才能回升到正常濃度，操縱子重新開啟，開始利用乳糖作為碳源，形成菌體的二次生長。若CAP基因失活的突變株，就不能誘導(dǎo)任何分解代謝物阻遏系統(tǒng)酶的合成，因而只能在易被利用的基質(zhì)上生長。腺苷酸環(huán)化酶喪失的突變株，cAMP水平下降，就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳糖、蔗糖等）上生長，但它和CAP缺陷突變株不同，外源加入cAMP還是有效的。2.2.2葡萄糖對細(xì)胞內(nèi)cAMP水平的調(diào)節(jié)（1）可能是由于葡萄糖分解過程中的某些中間產(chǎn)物抑制了細(xì)胞內(nèi)cAMP的形成；（2）可能是這種中間產(chǎn)物激活了cAMP的分解。X抑制激活2.2.3分解代謝物阻遏作用的克服一種碳源起分解代謝物阻遏作用的效能取決于它作為碳源的效率，而不是它的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在一種微生物中起分解代謝物阻遏作用的化合物可能在另一種微生物中不起作用。如，對于大腸桿菌，葡萄糖比琥珀酸更易起分解代謝物阻遏作用，而對惡臭假單胞菌的作用恰好相反。工業(yè)生產(chǎn)上，在生產(chǎn)培養(yǎng)基內(nèi)不使用阻遏性碳源，將有利于對分解代謝物阻遏敏感的酶的生產(chǎn)。例如，采用甘露糖培養(yǎng)熒光假單胞菌纖維素變株，其纖維素酶的產(chǎn)量相當(dāng)于生長在半乳糖上的1500倍。如果出于經(jīng)濟(jì)上的原因，必須使用阻遏性碳源時(shí)，可通過過程補(bǔ)糖的辦法限制生產(chǎn)菌的糖耗速率，以消除分解代謝物阻遏對酶生產(chǎn)的影響。如給熒光假單胞菌纖維素變株緩慢補(bǔ)糖，可使纖維素酶的產(chǎn)量幾乎增加200倍。2.2.4耐分解代謝物阻遏的突變株獲得用強(qiáng)力因素誘變與適當(dāng)?shù)暮Y選方法可以獲得耐分解代謝物阻遏的突變株。這類突變株的葡萄糖利用速率減慢，解除了對單一種或一系列酶合成的阻遏作用。篩選原理是：以一種能引起分解代謝物阻遏的基質(zhì)作為唯一的氮源，用含有這種氮源的培養(yǎng)基的瓊脂平板培養(yǎng)篩選誘變后的菌株。在葡萄糖-脯氨酸瓊脂平板上可篩選出耐分解代謝物阻遏的脯氨酸氧化酶的生產(chǎn)菌株（鼠傷寒桿菌突變株）。因脯氨酸氧化酶的合成受葡萄糖的阻遏，野生型親株不能生長在這樣的培養(yǎng)基上，只有耐分解代謝物阻遏的突變株才能從氧化脯氨酸中取得生長所需的氮源。組氨酸降解酶類受葡萄糖的阻遏，而從組氨酸的分解代謝中獲得氮源又是菌株生長所必需的。將產(chǎn)氣氣桿菌連續(xù)移植到含有葡萄糖及組氨酸為唯一氮源的培養(yǎng)基上，用于篩選耐分解代謝物阻遏的突變株。因此能在這種培養(yǎng)基上生長的必然是能耐葡萄糖阻遏的突變株。另一方法是輪番讓菌株在含有葡萄糖和不含葡萄糖的培養(yǎng)基上生長。小結(jié)酶的誘導(dǎo)、分解代謝物阻遏和末端產(chǎn)物阻遏可以同時(shí)發(fā)生在同一微生物體內(nèi)。這樣，當(dāng)某些底物存在時(shí)微生物體內(nèi)就會(huì)合成誘導(dǎo)酶，幾種底物同時(shí)存在時(shí)，優(yōu)先利用能被快速或容易代謝的底物；而與代謝較慢的底物有關(guān)酶的合成將被阻遏；當(dāng)末端代謝產(chǎn)物能滿足微生物生長需要時(shí)，與代謝有關(guān)酶的合成又被終止。操縱子學(xué)說是從原核微生物代謝調(diào)節(jié)的研究中建立起來的，對于真核微生物，情況更復(fù)雜。酶合成的調(diào)節(jié)除可發(fā)生在上述轉(zhuǎn)錄水平，也可能發(fā)生在翻譯水平。蛋白質(zhì)翻譯水平上的調(diào)節(jié)是指改變某些氨基酰tRNA的濃度及調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成速度，高濃度的氨基酰tRNA可阻止肽鏈的合成。第二節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)

——蛋白質(zhì)水平上的調(diào)節(jié)通過改變酶分子的活性來調(diào)節(jié)代謝速度的方式稱為酶活性的調(diào)節(jié)。與酶合成調(diào)節(jié)方式相比，這種方式更直接，見效快。某些酶的活性受到底物或產(chǎn)物或其結(jié)構(gòu)類似物的影響，稱為調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）。這種影響可以是激活或抑制。底物對酶的影響稱為前饋，產(chǎn)物對酶的影響稱為反饋。酶活性的調(diào)節(jié)包括酶活性的激活和抑制兩個(gè)方面。酶的激活指在分解代謝途徑中，后面的反應(yīng)可被較前面的中間產(chǎn)物所促進(jìn)，例如糞鏈球菌（Streptococcusfaecalis）的乳酸脫氫酶活性可被果糖-1，6-二磷酸所促進(jìn)等。這類激活作用主要有兩種：前體激活、代謝中間產(chǎn)物的反饋激活。2.1酶的激活1、前體激活：指代謝途徑中后面的酶可被途徑中較前一個(gè)中間產(chǎn)物所促進(jìn)。糞鏈球菌的乳酸脫氫酶活性可被果糖-1，6-二磷酸所促進(jìn)；粗糙脈孢菌（Neurospora

crassa）的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進(jìn)。2、代謝中間產(chǎn)物反饋激活，指代謝中間產(chǎn)物對該代謝途徑前面的酶起激活作用。較少見，典型例子：果糖-1，6-二磷酸是磷酸果糖激酶的激活劑。2.2酶活性的抑制——反饋抑制酶活性的抑制主要是反饋抑制（feedbackinhibition），它主要表現(xiàn)在某代謝途徑的末端產(chǎn)物（即終產(chǎn)物）過量時(shí)，這個(gè)產(chǎn)物可反過來直接抑制該途徑中第一個(gè)酶的活性，促使整個(gè)反應(yīng)過程減慢或停止，從而避免了末端產(chǎn)物的過多累積。反饋抑制具有作用直接、效果快速以及當(dāng)末端產(chǎn)物濃度降低時(shí)又可重新解除等優(yōu)點(diǎn)。2.2.1反饋抑制的類型1．直線式代謝途徑中的反饋抑制2．分支代謝途徑中的反饋抑制（1）同工酶調(diào)節(jié)（2）協(xié)同反饋抑制（concertedfeedbackinhibiton）（3）合作反饋抑制（cooperativefeedbackinhibiton）（4）累積反饋抑制（cumulativefeedbackinhibiton）（5）順序反饋抑制（sequentialfeedbackinhibiton）（6）終產(chǎn)物抑制的補(bǔ)償性逆轉(zhuǎn)(compensatoryreversalofend-productinhibition)1．直線式代謝途徑中的反饋抑制E.coli在合成異亮氨酸時(shí)，合成產(chǎn)物過多可抑制途徑中第一個(gè)酶——蘇氨酸脫氨酶的活性，從而使α-酮丁酸及其后一系列中間代謝物都無法合成，最終導(dǎo)致異亮氨酸合成的停止。大腸桿菌中由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成CTP時(shí)需要7種酶，當(dāng)CTP達(dá)到一定濃度后，便反饋抑制催化第一個(gè)反應(yīng)的酶，即天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶。（1）同工酶調(diào)節(jié)同工酶是指能催化同一生化反應(yīng)，但結(jié)構(gòu)稍有不同，可分別被相應(yīng)的末端產(chǎn)物抑制的一類酶。特點(diǎn)：途徑中第一個(gè)反應(yīng)被兩個(gè)不同的酶所催化，一個(gè)酶被H抑制，另一個(gè)酶被G抑制。只有當(dāng)H和G同時(shí)過量才能完全阻止A轉(zhuǎn)變?yōu)锽。（2）協(xié)同反饋抑制指分支代謝途徑中的幾個(gè)末端產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)才能抑制共同途徑中的第一個(gè)酶的一種反饋調(diào)節(jié)方式。如多粘芽孢桿菌（Bacilluspolymyxa）、谷氨酸棒桿菌的單一的天門冬氨酸激酶（AK）受終產(chǎn)物L(fēng)ys和Thr的協(xié)同反饋抑制，這種抑制在Lys或Thr單獨(dú)過量存在時(shí)并不會(huì)發(fā)生。（3）合作反饋抑制又稱增效反饋抑制，指兩種末端產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，可以起著比一種末端產(chǎn)物大得多的反饋抑制作用。在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP（和IMP）的合作反饋抑制，二者共同存在時(shí)，可以完全抑制該酶的活性。而二者單獨(dú)過量時(shí)，分別抑制其活性的70%和10%。如乳糖發(fā)酵短桿菌的AK受Thr和Lys的增效性抑制，即Thr和Lys中任何一個(gè)過量對AK均有抑制作用，Thr和Lys同時(shí)存在時(shí)，抑制作用加強(qiáng)。（4）累積反饋抑制每一分支途徑的末端產(chǎn)物按一定百分率單獨(dú)抑制共同途徑中前面的酶，所以當(dāng)幾種末端產(chǎn)物共同存在時(shí)，它們的抑制作用是累積的。在各末端產(chǎn)物之間既無協(xié)同效應(yīng)，亦無拮抗作用。累積反饋抑制最早在E.coli的谷氨酰胺合成酶調(diào)節(jié)中發(fā)現(xiàn)，該酶受8個(gè)最終產(chǎn)物的累積反饋抑制，只有當(dāng)它們同時(shí)存在時(shí)，酶活力才被全部抑制。如色氨酸單獨(dú)存在時(shí)，可抑制酶活力的16％，CTP相應(yīng)為14％，氨基甲酰磷酸為13％，AMP為41％。這4種末端產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，酶活力的抑制程度可這樣計(jì)算：色氨酸先抑制16％，剩下的84％又被CTP抑制掉11.8％（即84％×14％）；留下的72.2％活性中，又被氨基甲酰磷酸抑制掉9.4％（即72.2％×13％），還剩余62.8％；這62.8％再被AMP抑制掉25.8％（即62.8％×41％），最后只剩下原活力的37％。當(dāng)8個(gè)產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，酶活力才被全部抑制。（5）順序反饋抑制這一現(xiàn)象最初是在研究枯草桿菌的芳香族氨基酸生物合成時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)E過多時(shí)，可抑制C→D，這時(shí)由于C的濃度過高而促使反應(yīng)向F、G方向進(jìn)行，結(jié)果又造成了另一末端產(chǎn)物G濃度的增加。過量的G抑制了C→F，造成C的濃度進(jìn)一步增加。過量C又對A→B間的酶發(fā)生抑制，從而達(dá)到了反饋抑制的效果。枯草芽孢桿菌芳香族氨基酸的合成途徑中分支點(diǎn)中間產(chǎn)物預(yù)苯酸和分支酸抑制DAHP合成酶，而Trp、Phe和Tyr則分別抑制各自分途徑的第一個(gè)酶。（6）終產(chǎn)物抑制的補(bǔ)償性逆轉(zhuǎn)一個(gè)分支途徑的終產(chǎn)物（E）能完全抑制共同序列的第一個(gè)酶，另一個(gè)分支的前體（I）卻是同一個(gè)酶的激活劑，起到抑制效應(yīng)的對抗物作用。大腸桿菌中，一個(gè)分支的終產(chǎn)物是UMP，另一個(gè)分支的終產(chǎn)物是Arg。UMP抑制催化共有反應(yīng)的氨甲酰磷酸合成酶。鳥氨酸作為另一個(gè)分支的前體卻能激活這個(gè)酶，以防止它被UMP完全抑制。反饋?zhàn)瓒襞c反饋抑制的比較2.2.2反饋抑制的機(jī)制酶活性調(diào)節(jié)機(jī)制有多種理論解釋，主要有:1、酶分子的化學(xué)修飾理論——其核心是酶分子結(jié)構(gòu)的改變2、別構(gòu)（變構(gòu)）調(diào)節(jié)理論——其核心是酶分子構(gòu)象的改變3、締合與離解等（一）酶的共價(jià)修飾共價(jià)修飾是酶蛋白質(zhì)分子中的一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基與一化學(xué)基團(tuán)共價(jià)連接或解離，使其活性改變（導(dǎo)致調(diào)節(jié)酶活化或抑制）以控制代謝的速度和方向，這是一種快速、靈敏、高效的細(xì)調(diào)方式。由共價(jià)修飾引起酶活性（有時(shí)還涉及調(diào)節(jié)特性）改變的酶叫共價(jià)調(diào)節(jié)酶。共價(jià)修飾作用可分為可逆共價(jià)修飾和不可逆共價(jià)修飾。

細(xì)胞中有些酶存在活性和非活性兩種狀態(tài)，它們可以通過另一種酶的催化作共價(jià)修飾而互相轉(zhuǎn)換。例如，磷酸化酶是通過激酶或磷酸酯酶來調(diào)節(jié)活性的。1、可逆共價(jià)修飾由于小化學(xué)基團(tuán)對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行共價(jià)修飾，使酶蛋白在活性（高活性）和非活性（低活性）轉(zhuǎn)變。已知有多種類型的可逆共價(jià)修飾蛋白（酶），包括：

1.磷酸化/去磷酸化

2.乙?；?去乙?；?/p>

3.腺苷?；?去腺苷酰化

4.尿苷?；?去尿苷酰化

5.甲基化/去甲基化

6.S-S/SH相互轉(zhuǎn)換等蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合部位,一般為絲氨酸殘基的-CH2OH。反應(yīng)類型共價(jià)修飾被修飾的氨基酸殘基磷酸化腺苷?；蜍挣；疶yr，Ser，Thr，HisTyrTyr甲基化GluS-腺苷-MetS-腺苷酶的可逆共價(jià)修飾作用的意義在于：⑴可在短時(shí)間內(nèi)改變酶的活性，有效地控制細(xì)胞的生理代謝；⑵這種作用更易為響應(yīng)環(huán)境變化而控制酶的活性。2、不可逆共價(jià)修飾典型的例子是酶原激活。這是無活性的酶原被相應(yīng)的蛋白酶作用，切去一小段肽鏈而被激活。酶原變成酶是不可逆的。胰蛋白酶原活化是信號放大的一個(gè)典型例子，其活化需從N-端除去一個(gè)己肽（Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys）。少量的腸肽酶可激發(fā)大量的胰蛋白酶原轉(zhuǎn)變成胰蛋白酶，這是因?yàn)橐鹊鞍酌复呋渥陨淼幕罨?。一旦這些胰酶完成其使命后，便被降解而不再恢復(fù)為酶原。這種活性的關(guān)閉作用是極其重要的。3、酶共價(jià)修飾調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

作用方式：酶都具有兩種形式即無活性（低活性）和有活性（高活性）。作用本質(zhì)：酶分子共價(jià)鍵發(fā)生了改變，即酶的一級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而別構(gòu)酶中酶分子只發(fā)生非共價(jià)鍵的改變，即構(gòu)象的改變。作用能耗：所需酶分子比生物合成酶要少，在酶分子發(fā)生磷酸化等修飾作用反應(yīng)中，一般每個(gè)亞基只消耗耗1個(gè)ATP，比每亞基生物合成所需的ATP少很多。作用效率：共價(jià)調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié)信號具有放大效應(yīng)，其催化效率比別構(gòu)酶調(diào)節(jié)要高很多。（二）變構(gòu)效應(yīng)（allostericeffect）酶活性調(diào)控的實(shí)質(zhì)就是變構(gòu)酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)。變構(gòu)（別構(gòu)）效應(yīng)是指一種小分子物質(zhì)與一種蛋白質(zhì)分子發(fā)生可逆的相互作用，導(dǎo)致這種蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變這種蛋白質(zhì)與第三種分子的相互作用。

變構(gòu)效應(yīng)是Gerhart與Pardee于1962年研究胞苷三磷酸（CTP）對其自身合成的反饋抑制作用時(shí)發(fā)現(xiàn)的。變構(gòu)酶(allostericenzyme)：具有變構(gòu)效應(yīng)的酶。有些酶除了活性中心外，還有一個(gè)或幾個(gè)部位，當(dāng)特異性分子非共價(jià)地結(jié)合到這些部位時(shí)，可改變酶的構(gòu)象，進(jìn)而改變酶的活性。酶的這種調(diào)節(jié)作用稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)，受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱變構(gòu)酶，這些特異性分子稱為效應(yīng)劑。

1、變構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)和特性

含多個(gè)亞基的四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（一般為四聚體），亞基的結(jié)構(gòu)和功能可以相同，也可以不同。變構(gòu)酶含有兩個(gè)中心，一個(gè)是與底物結(jié)合的活性中心（也稱催化部位或活性部位）；另一個(gè)調(diào)節(jié)中心（也稱變構(gòu)部位）。它們在空間上是分開的，可以在不同的亞基上，也可以在同一亞基的不同部位上。當(dāng)調(diào)節(jié)中心（變構(gòu)部位）與最終產(chǎn)物結(jié)合之后就改變了酶分子的構(gòu)象，從而影響了底物與活性中心的結(jié)合。這種結(jié)合是可逆的。每個(gè)變構(gòu)酶的分子可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)配體（底物或效應(yīng)物），理論上結(jié)合底物的最大數(shù)目與催化中心的數(shù)目相等。結(jié)合效應(yīng)物的最大數(shù)目應(yīng)與調(diào)節(jié)中心的數(shù)目相等。2、變構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)機(jī)理（1）Monod-Wyman-Changeux模型（齊變模型，concertedmodel）——MWC模型變構(gòu)酶存在著兩種構(gòu)象狀態(tài)，R狀態(tài)（催化狀態(tài)或松弛態(tài)，利于結(jié)合底物）和T狀態(tài)（抑制狀態(tài)或緊張態(tài)，不利結(jié)合底物）。添加配體（包括底物、激活劑或抑制劑）可以使R狀態(tài)和T狀態(tài)之間的平衡發(fā)生移動(dòng)，轉(zhuǎn)變對每個(gè)亞基都是同步（齊步）發(fā)生的。(2)Koshland-Nemethy-Filmer模型（序變模型，sequentialmodel）——KNF模型構(gòu)象的變化并不是同時(shí)發(fā)生在所有的亞基上，而是僅發(fā)生在結(jié)合有配體的亞基上。這個(gè)亞基-配體復(fù)合體致使鄰近亞基間發(fā)生相互作用的變化，從而促進(jìn)或減弱底物與變構(gòu)酶分子中其他亞基結(jié)合的親和力，并在其影響下促進(jìn)下一個(gè)配體的結(jié)合。3、變構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)變構(gòu)酶的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不同于普通酶，它不符合米氏動(dòng)力學(xué)方程式。變構(gòu)酶的反應(yīng)速度與底物濃度（或變構(gòu)抑制劑的濃度）的關(guān)系曲線呈S型，這表明有協(xié)同性。當(dāng)?shù)孜餄舛裙潭〞r(shí)，變構(gòu)抑制劑濃度與酶反應(yīng)速度之間的關(guān)系也呈S形曲線，這是變構(gòu)蛋白的基本性質(zhì)。當(dāng)?shù)孜锘蛐?yīng)物濃度極低時(shí)，酶反應(yīng)速度的變化極微小，這是因?yàn)樾?yīng)物濃度極低時(shí)，不具有協(xié)同性，當(dāng)效應(yīng)物濃度超過某個(gè)水平（閾值）時(shí)酶反應(yīng)速度急劇增大（減?。＜创嬖谥孜锘蛐?yīng)物對反應(yīng)速度發(fā)生影響的閾值。這在代謝控制上具有很大的生理意義。4、變構(gòu)酶調(diào)節(jié)的實(shí)例

E.coli的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡稱ATC，對嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)起關(guān)鍵酶的作用。它是以構(gòu)象轉(zhuǎn)變進(jìn)行反饋抑制的典型例子。ATC催化Asp與氨基甲酰-P之間的轉(zhuǎn)移而合成氨基甲酰天冬氨酸。此酶受末端終產(chǎn)物CTP的反饋抑制，并能為ATP所激活。其酶反應(yīng)速度與底物Asp濃度的關(guān)系呈S形，有協(xié)同性。圖：底物Asp濃度對ATC受CTP抑制時(shí)的影響。S形曲線表明，隨Asp濃度的增加，ATC酶與底物的親和力協(xié)同性增大；CTP能抑制ATC酶活性，但不能全部抑制，增加Asp的濃度可以恢復(fù)酶的全部活力?？梢?，CTP與底物是分別與酶結(jié)合而不是競爭同一個(gè)活性中心；底物濃度飽和而達(dá)到的最大反應(yīng)速度不受抑制劑的影響，當(dāng)顯著提高底物濃度時(shí)，看不到抑制。5、變構(gòu)酶的脫敏作用變構(gòu)酶經(jīng)特殊處理后，不喪失酶活性而失去對變構(gòu)效應(yīng)物的敏感性，稱為脫敏作用（desensitingation）?？赏ㄟ^許多方法：加熱處理、0—5℃低溫處理、化學(xué)試劑（汞鹽、對氯汞苯甲酸（PCMB）、尿素等）透析、X射線照射、蛋白酶有限水解、pH的改變等。（1）變構(gòu)酶解聚利用上述物理、化學(xué)等方法處理變構(gòu)酶后，可使變構(gòu)酶多聚物解聚導(dǎo)致對效應(yīng)物脫敏，失去調(diào)節(jié)功能。解聚后的單體不再相互作用，失去協(xié)同性，反應(yīng)速度與底物濃度之間的關(guān)系曲線不再呈S形，而是普通酶的雙曲線。（2）基因突變?yōu)樽儤?gòu)酶編碼的結(jié)構(gòu)基因的突變可引起脫敏，如誘變育種獲得抗類似物突變株中多發(fā)生這種變化，在氨基酸和核苷酸發(fā)酵育種上，已作為突破微生物代謝控制的一個(gè)重要手段利用。（三）締合與解離

（Associationanddissociation）能進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變的蛋白質(zhì)由多個(gè)亞基組成。蛋白質(zhì)活化與鈍化是通過組成它的亞單位的締合與解離實(shí)現(xiàn)的。這類互相轉(zhuǎn)變有時(shí)是由共價(jià)修飾或由若干配基的締合啟動(dòng)的。2.2.3調(diào)節(jié)酶特性調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）在多酶體系中對代謝過程起調(diào)節(jié)作用的酶，一般是反應(yīng)途徑中的第一個(gè)酶，或是代謝途徑分支點(diǎn)的酶。其催化活性受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)控制。包括變構(gòu)酶、同功酶和多功能酶。多功能酶（multifunctio