生物化學(xué)第十二章 酶活性的調(diào)節(jié)

第十二章酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)提綱一、酶的“量變”酶的“量變”和“質(zhì)變”的主要差別同工酶酶的合成和降解二、酶的“質(zhì)變”別構(gòu)調(diào)節(jié)共價(jià)修飾調(diào)節(jié)水解激活調(diào)節(jié)蛋白的激活或抑制聚合與解離楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)不合適的表達(dá)或激活導(dǎo)致細(xì)胞的癌變或死亡！酶需要在正確的時(shí)間

和正確的地點(diǎn)有活性楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)酶的“量變”和“質(zhì)變”的比較楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)改變酶量的方式有兩種，一種是通過同工酶，另外一種是通過控制酶基因的表達(dá)和酶分子的降解。酶的“量變”楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)定義：是指催化相同的反應(yīng)但性質(zhì)不同（Vmax和/或Km不同）的酶。它們可能以不同的量出現(xiàn)在一種動物不同的組織或器官，也可能出現(xiàn)在任何真核生物細(xì)胞不同的細(xì)胞器。實(shí)例：高等動物的乳酸脫氫酶（LDH）有五種形式—M4、M3H、M2H2、MH3和M4。M4由四個(gè)M亞基組成，主要存在于骨骼肌，H4由四個(gè)H亞基組成，主要存在于心臟。同工酶楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)——在不改變酶濃度的前提下，對已有的酶的活性進(jìn)行的調(diào)控酶的“質(zhì)變”酶活性的別構(gòu)調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾和水解激活調(diào)節(jié)的異同楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)的原理在于一些酶除了活性中心以外，還含有別構(gòu)中心，該中心能夠結(jié)合一些特殊的配體分子（有時(shí)為底物）。當(dāng)別構(gòu)中心結(jié)合配體以后，酶構(gòu)象發(fā)生改變，從而影響到活性中心與底物的親和力，并最終導(dǎo)致酶活性發(fā)生變化。能夠進(jìn)行別構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱為別構(gòu)酶，與別構(gòu)中心結(jié)合調(diào)節(jié)酶活性的配體分子稱為別構(gòu)效應(yīng)物。起抑制作用的別構(gòu)效應(yīng)物稱為別構(gòu)抑制劑，起激活作用的別構(gòu)效應(yīng)物稱為別構(gòu)激活劑。由底物作為別構(gòu)效應(yīng)物產(chǎn)生的別構(gòu)效應(yīng)稱為同促效應(yīng)，否則，就稱為異促效應(yīng)。許多別構(gòu)酶具有多個(gè)別構(gòu)中心，能夠與不同的別構(gòu)效應(yīng)物結(jié)合。具有協(xié)同效應(yīng)的酶和無協(xié)同效應(yīng)的酶都可以受到別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)最多出現(xiàn)在代謝途徑中的反饋抑制（feedbackinhibition），有時(shí)候還有前饋激活（feed-forwardactivation）和底物激活（substrateactivation）。別構(gòu)調(diào)節(jié)楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)最多出現(xiàn)在代謝途徑中的反饋抑制，它是指一條代謝途徑（通常是合成代謝途徑）的終產(chǎn)物作為別構(gòu)抑制劑抑制代謝途徑前面限速酶的活性，因此也被稱為終產(chǎn)物抑制。酶活性的反饋抑制楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)齊變模型（MWC模型）序變模型（KNF模型）解釋別構(gòu)酶別構(gòu)效應(yīng)和與底物結(jié)合的協(xié)同效應(yīng)的兩個(gè)模型楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)該模型認(rèn)為構(gòu)成別構(gòu)酶的亞基能夠以兩種不同的構(gòu)象形式存在，一種構(gòu)象為R態(tài)，另外一種構(gòu)象為T態(tài)。在一個(gè)特定的酶分子內(nèi)部，構(gòu)成亞基之間的相互作用致使每一個(gè)酶分子的每一個(gè)亞基在某一個(gè)時(shí)候采取同一種構(gòu)象，即要么都是R態(tài)，要么都是T態(tài)。在溶液中，兩種構(gòu)象可以相互轉(zhuǎn)變，并處于動態(tài)的平衡中，但轉(zhuǎn)變的方式為齊變，即構(gòu)成它們的亞基要么一齊從R態(tài)變成T態(tài)，要么一齊從T態(tài)變成R態(tài)。齊變模型楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)該模型認(rèn)為同一個(gè)酶分子既有R亞基，又有T亞基，也就是溶液中的R態(tài)酶（R4）和T態(tài)酶（T4）之間存在多種混合體（R3T1、R2T2、R1T3），各種狀態(tài)的酶處于動態(tài)平衡之中。此外，該模型還肯定了底物對酶構(gòu)象有更直接的影響。在沒有底物時(shí)，酶差不多都以T態(tài)存在，這時(shí)活性中心的構(gòu)象不適合與酶結(jié)合。一旦底物進(jìn)入活性中心，因?yàn)椤罢T導(dǎo)契合”導(dǎo)致與底物結(jié)合的亞基從T態(tài)轉(zhuǎn)變成R態(tài)。序變模型還認(rèn)為相鄰亞基之間存在相互作用，并且這種相互作用可以影響到其他亞基的構(gòu)象狀態(tài)。序變模型楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的別構(gòu)調(diào)節(jié)楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)具有正協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)無協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATC）是大腸桿菌嘧啶核苷酸從頭合成途徑中的限速酶，它催化氨甲酰磷酸和Asp形成N-氨甲酰天冬氨酸和無機(jī)磷酸，其活性受到嚴(yán)格的調(diào)控。對大腸桿菌ATC的動力學(xué)研究表明，其動力學(xué)曲線為S型，活性受到嘧啶合成的終產(chǎn)物CTP的反饋抑制，但受到嘌呤核苷酸ATP的激活。S型曲線表明該酶與底物結(jié)合具有正協(xié)同性。ATP和CTP作為別構(gòu)效應(yīng)物對ATC活性調(diào)節(jié)的生理意義在于有利于平衡胞內(nèi)的嘌呤核苷酸庫和嘧啶核苷酸庫。別構(gòu)酶實(shí)例——氨甲酰轉(zhuǎn)移酶楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)氨甲酰轉(zhuǎn)移酶的結(jié)構(gòu)及其催化的反應(yīng)

楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)ATP和CTP對ATC活性的調(diào)節(jié)

楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)大腸桿菌ATC的T態(tài)和R態(tài)的互變

楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)是指酶活性因其分子內(nèi)的某些氨基酸殘基發(fā)生共價(jià)修飾而發(fā)生變化的過程。這種調(diào)節(jié)方式比別構(gòu)調(diào)節(jié)要慢。共價(jià)修飾的方式有：磷酸化、腺苷酸化、尿苷酸化、ADP-核糖基化和甲基化，其中磷酸化是最為常見的形式。酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)酶共價(jià)修飾的幾種形式楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的“可逆磷酸化”楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)大多數(shù)蛋白酶以無活性的酶原形式被合成，需要通過水解（由其他蛋白酶催化或自我催化）去除一些氨基酸序列以后才會有活性，這種調(diào)節(jié)酶活性的方式被稱為水解激活。與共價(jià)修飾一樣，水解激活是也一種全或無的調(diào)節(jié)方式，酶原狀態(tài)沒有活性，但與共價(jià)修飾不同的是，它是不可逆的，即一旦被激活就不可能回到原來的非活性的酶原狀態(tài)。水解激活楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)胰蛋白酶和其他蛋白酶的水解激活楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)糜蛋白酶的水解激活楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)某些凝血因子的水解激活楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)某些蛋白質(zhì)能夠作為配體與特定的酶結(jié)合而調(diào)節(jié)被結(jié)合酶的活性，這些調(diào)節(jié)酶活性的蛋白質(zhì)稱為調(diào)節(jié)蛋白，其中，激活酶活性的調(diào)節(jié)蛋白稱為激活蛋白，抑制酶活性的蛋白稱為抑制蛋白。抑制蛋白通常結(jié)合在酶的活性中心阻止底物與活性中心結(jié)合而達(dá)到抑制的效果。調(diào)節(jié)蛋白的激活或抑制楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)蛋白酶與蛋白酶抑制劑楊榮武生物化學(xué)第十二章酶活性的調(diào)節(jié)各種CDK與其周期蛋白搭