别构酶变构机理

别构酶结构

别构酶多为寡聚酶,含有两个或多个亚基.其分子中包括两个中心：一个是与底物结合、催化底物反应的活性中心；另一个是与调节物结合、调节反应速度的别构中心.两个中心可能位于同一亚基上,也可能位于不同亚基上.在后一种情况中,存在别构中心的亚基称为调节亚基.别构酶是通过酶分子本身构象变化来改变酶的活性.

编辑本段化学反应

调节物也称效应物或调节因子.一般是酶作用的底物、底物类似物或代谢的终产物.调节物与别构中心结合后,诱导或稳定住酶分子的某种构象,使酶的活性中心对底物的结合与催化作用受到影响,从而调节酶的反应速度和代谢过程,此效应称为酶的别构效应（allosteric effect ）.因别构导致酶活力升高的物质,称为正效应物或别构激活剂,反之为负效应物或别构抑制剂.不同别构酶其调节物分子也不相同.有的别构酶其调节物分子就是底物分子,酶分子上有两个以上与底物结合中心,其调节作用取决于分子中有多少个底物结合中心被占据.别构酶的反应初速度与底物浓度（V对［S］）的关系不服从米氏方程.而是呈现S形曲线.S形曲线表明,酶分子上一个功能位点的活性影响另一个功能位点的活性,显示协同效应（cooperative effect ）,当底物或效应物一旦与酶结合后,导致酶分子构象的改变,这种改变了的构象大大提高了酶对后续的底物分子的亲和力.结果底物浓度发生的微小变化,能导致酶促反应速度极大的改变.　　天冬氨酸转氨甲酰酶（Aspartate transcarbamoylase ATCase）是了解最清楚的一个别构酶.它催化嘧啶核苷酸合成途径中的第一个中间物N – 氨甲酰天冬氨酸的合成,ATCase受其代谢途径的终产物CTP 的别构抑制.ATCase 由两个三聚体构成的催化亚基（C3）和三个二聚体构成的调节亚基（r2）组成.当催化亚基和调节亚基混合时能迅速结合.　　CTP 的抑制剂的影响、ATP的激活、以及协同结合底物均受四级结构的巨大变化所调节,通过催化亚基和调节亚基之间的相互作用产生别构效应.

机理：

(一) Hill模式:

把研究血红蛋白动力学应用到别构动力学.

E + nS k1 ESn k2 E + P

k -1

总的解离常数Ks’= [E][S]n [E0]=[E] + [ESn]

[ESn]

饱和分数：Ys = 酶所结合的底物分子数

酶上底物结合位点数

Ys= n [ESn] = [S]n

n [E0] Ks′+ [S]n

Hill方程 :

Log( Ys ) =nLog[S] - LogKs′ ①

1 - Ys

Log( Ys ) Log[S] 作图

1-Ys

V=k2 [ESn] Vm=k2 [E0]

V/Vm = [ESn] / [E0] = Ys

带入①中得:

Log( V ) = nLog[S] – LogKs’ ②

Vm - V

作图直线的斜率为n（Hill系数）

(二) MWC模式：

Monod-Wyman-Changeux :于1965年提出,也称齐变模式

1.模式要点:

① 别构蛋白是一种寡聚体,由多个相同原体构成.原体是寡聚蛋白最小的功能单位,它们在别构蛋白中占有相等的地理位置.寡聚蛋白至少有一个对称轴.

② 每个亚基对同一种配体只有一个结合位点.

③ 蛋白亚基可具有R型和T型两种构象.这两种构象在无底物和效应剂存在时处于平衡状态.

④ 蛋白亚基都只能取相同的构象,无杂合体.亚基齐步转变

⑤ 亚基的构象可变,但蛋白分子的对称性不变.

⑥ 无论多少配体结合到酶上,配体与R态

和T态酶的内在解离常数都相等,

分别以KR和KT表示.

(三) KNF模式

Koshland-Nemethy-Filmer 于1966年提出

1.模式要点:

① 对聚合体酶来说,每个亚基可有R和T两种状 态,但在无底物和效应剂存在时只有T态.

②亚基的构象改变可由于且只能由于配基和底物的结合引起,构象的改变是序变过程,存在杂合体

③ 酶构象的改变只影响相邻亚基的变化,使其他配基的亲和力增加或减小.

激活剂与酶结合后,不影响酶继续结合底物；

而抑制剂结合到酶分子上之后,使酶的构象发生改变,不再与底物结合——解释异种协同效应

(四) EIG模式:

也称为总模式（general scheme）,是1967年由Eigen提出的.

要点:

① 酶无论是否结合配体,亚基的构象都能发生变化

② 在同种酶分子中不同的构象的杂合体都能依次与

底物结合

适应环境、代谢途径调控。

1、适应环境：诱导酶的合成受到环境因素的调控，当微生物面临特定环境压力时，可以通过合成诱导酶来适应这种环境。

2、代谢途径调控：诱导酶可以调控微生物的代谢途径使微生物能够高效地利用资源，例如，诱导酶可以帮助微生物分解某些复杂的大分子物质，从而获得生长所需的营养物质。

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