三、變構(gòu)酶
1.概念
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)(allosteric regulation)，受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱變構(gòu)酶(allosteric enzyme)，這些特異性分子稱為效應(yīng)劑(effector)。變構(gòu)酶分子組成，一般是多亞基的，分子中凡與底物分子相結(jié)合的部位稱為催化部位(catalytic site)，凡與效應(yīng)劑相結(jié)合的部位稱為調(diào)節(jié)部位(regulatory site)，這二部位可以在不同的亞基上，或者位于同一亞基。
2.機(jī)理
(1)一般變構(gòu)酶分子上有二個(gè)以上的底物結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)?shù)孜锱c一個(gè)亞基上的活性中心結(jié)合后，通過構(gòu)象的改變，可增強(qiáng)其他亞基的活性中心與底物的結(jié)合，出現(xiàn)正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperative effect)。使其底物濃度曲線呈S形。即底物濃度低時(shí)，酶活性的增加較慢，底物濃度高到一定程度后，酶活性顯著加強(qiáng)，最終達(dá)到最大值Vmax(圖2-20)。
多數(shù)情況下，底物對(duì)其變構(gòu)酶的作用都表現(xiàn)正協(xié)同效應(yīng)，但有時(shí)，一個(gè)底物與一個(gè)亞基的活性中心結(jié)合后，可降低其他亞基的活性中心與底物的結(jié)合，表現(xiàn)負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperative effect)。如3-磷酸甘油醛脫氫酶對(duì)NAD+的結(jié)合為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。
(2)變構(gòu)酶除活性中心外，存在著能與效應(yīng)劑作用的亞基或部位，稱調(diào)節(jié)亞基(或部位)，效應(yīng)劑與調(diào)節(jié)亞基以非共價(jià)鍵特異結(jié)合，可以改變調(diào)節(jié)亞基的構(gòu)象，進(jìn)而改變催化亞基的構(gòu)象，從而改變酶活性。凡使酶活性增強(qiáng)的效應(yīng)劑稱變構(gòu)激活劑(allosteric activitor)，它能使上述S型曲線左移，飽和量的變構(gòu)激活劑可將S形曲線轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦坞p曲線(圖2?0)。凡使酶活性減弱的效應(yīng)劑稱變構(gòu)抑制劑(allosteric inhibitor)，能使S形曲線右移。例如，ATP是磷酸果糖激酶的變構(gòu)抑制劑，而ADP、AMP為其變構(gòu)激活劑。
(3)由于變構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)不符合米－曼氏酶的動(dòng)力學(xué)，所以當(dāng)反應(yīng)速度達(dá)到最大速度一半時(shí)的底物的濃度，不能用Km表示，而代之以K0.55表示(圖2-20)。為了解釋變構(gòu)酶協(xié)同效應(yīng)的機(jī)制并推導(dǎo)出動(dòng)力學(xué)曲線方程式，不少人曾提出各種模型，各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)將有關(guān)變構(gòu)作用的Hill模式內(nèi)容附本章節(jié)后，供學(xué)習(xí)參考。
圖2-20 變構(gòu)酶的底物活性曲線
⊙不加變構(gòu)劑 
加變構(gòu)抑制劑
3.生理意義
(1)在變構(gòu)酶的S形曲線中段，底物濃度稍有降低，酶的活性明顯下降，多酶體系催化的代謝通路可因此而被關(guān)閉；反之，底物濃度稍有升高，則酶活性迅速上升，代謝通路又被打開，因此可以快速調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)底物濃度和代謝速度。
(2)變構(gòu)抑制劑常是代謝通路的終產(chǎn)物，變構(gòu)酶常處于代謝通路的開端，通過反饋抑制，可以及早地調(diào)節(jié)整個(gè)代謝通路，減少不必要的底物消耗。
例如葡萄糖的氧化分解可提供能量使AMP、ADP轉(zhuǎn)變成ATP，當(dāng)ATP過多時(shí)，通過變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而ADP、AMP增多時(shí)，則可促進(jìn)糖的分解。隨時(shí)調(diào)節(jié)ATP/ADP的水平，可以維持細(xì)胞內(nèi)能量的正常供應(yīng)。
