《酶的活性调节》

第一个酶
别构调控
非催化部位非共价结合
底物变构激活剂高活性酶-底物复合物
催化
亚基活性激活/抑制剂的结合引发调节亚基的构象变化
1
2
3
B 3 2 1
A
别构酶的齐变模型别构酶的序变模型
R T
R T
高低
反馈抑制
L-苏氨酸L-异亮氨酸苏氨酸脱水酶通过防止中间及终产物的累积而有效节省原材料和能量
酶原激活
活性中心的形成或暴露过程
胰凝乳蛋白酶原（无活性）胰蛋白酶原（无活性）
胰蛋白酶（有活性）π-胰凝乳蛋白酶（有活性）
α-胰凝乳蛋白酶（有活性）肠激酶
断裂赖氨酸和异亮氨酸之间的肽键胰蛋白酶
胰蛋白酶是胰脏蛋白酶原
的共同激活剂
可逆的共价修饰[特点]
◆常见的共价修饰形式
酶修饰反应的例子
共价修饰已知的接受共价修饰的氨基酸残基甲基化
磷酸化酶b （无活性）
磷酸化酶磷酸酶
磷酸化酶激酶蛋白激酶蛋白磷酸酶磷酸化脱磷酸化蛋白激酶ATP 或CTP 有活性的磷酸化酶a 无活性的磷酸化酶b 磷酸化酶a （有活性）。

酶的活性调节机制酶是生物体内进行化学反应的催化剂，是维持生命活动所必需的蛋白质分子。

它们通过加速化学反应速度来促进代谢。

酶的活性非常关键，因为它们的反应速率直接影响着细胞的生长发育、代谢及其他生物学过程。

然而，一些因素，例如温度、pH值、离子浓度以及化学物质的存在，都可能会影响酶的活性水平。

为此，生物体内运用了多重机制来调节酶的活性，以保证其正常运作。

酶活性的基本原理酶在催化化学反应时，会使化学反应的能垒降低，从而降低反应的激活能，加速反应的发生。

换言之，酶活性的发挥取决于它与底物的相对亲和力以及结合的密切程度。

通常来讲，酶活性的强度可以通过测量催化剂的转化率来评估。

酶活性的调节机制几个关键的调节机制可以影响酶的活性，调节酶活性的机制的主要作用就是在正确的时间和地点对酶进行调节，以确保其正常的功能。

这些调节机制包括以下几种。

1. 反馈抑制反馈抑制是生物体内最常用的酶活性调节机制之一。

这种机制中，酶的反应产物会在合适的时间内抑制其自身。

例如，在细胞合成一定量的某种蛋白质时，产生的大量蛋白质会与酶反应底物结合，降低酶的活性，从而阻止进一步的蛋白质合成。

2. 磷酸化磷酸化是一种重要的酶活性调节机制，即通过加入磷酸分子改变蛋白质结构以及其功能。

磷酸化通常是通过酶的激酶来完成，激酶可以在复杂的信号转导通路中通过传递信号分子来反应一系列的生理和生化过程。

正如其名字所暗示的那样，磷酸化机制在蛋白质结构中加入磷酸分子，从而调节酶的活性。

3. 辅酶结合辅酶结合又称非蛋白质质子结合。

除蛋白质外，辅酶也能与酶结合形成活性，从而影响酶的催化反应。

辅酶能够影响酶活性的原因在于它们可以改变酶的构象，即蛋白质的三维结构，从而影响酶催化化学反应的位置和速率。

4. 竞争性抑制竞争性抑制是一种机制，即某些小分子物质会和酶底物竞争活性位点。

这类抑制物质的自身结构与底物相似，能够与酶在特定区域发生相互作用，从而影响酶活性。

竞争性抑制一般通过结合酶的活性位点来阻止底物的结合，从而抑制酶的正常催化反应。

第六节酶活性的调节酶活性的调节可以通过两种方式来实现。

（1）已有酶活性的调节，即对存在于细胞中的酶，通过分子构象的改变或共价修饰来改变其活性，包括变构调节和共价修饰调节；（2）通过改变酶的浓度和含量进行的调节。

这里仅介绍第一种调节方式，第二种调节方式涉及酶蛋白的生物合成，将在基因表达的调节中讨论。

一、变构调节涉及到一些基本概念，应理解并掌握变构调节：生物体内的一些代谢物(如酶催化的底物、代谢中间物、代谢终产物等)，可以与酶分子的调节部位进行非共价可逆地结合, 改变酶分子构象，进而改变酶的活性。

酶的这种调节作用称为变构调节(allosteric regulation)。

变构酶：受变构调节的酶称为变构酶(allosteric enzyme)，变构效应剂：导致变构效应的代谢物称为变构效应剂(allosteric effector)。

变构激活剂：凡使酶活性增强的效应剂，称为变构激活剂(allosteric activitor)；变构抑制剂：使酶活性减弱的效应剂，称为变构抑制剂(allosteric inhibitor)。

催化部位(catalytic site)：变构酶的分子组成一般是多亚基的。

酶分子中与底物分子相结合的部位称为催化部位(catalytic site)，与效应剂结合的部位称为调节部位(regulatory site)。

这两个部位可以在不同的亚基上，也可以位于同一亚基。

协同效应：一般来说，变构酶分子上有两个以上的底物结合位点。

当底物与一个亚基上的活性中心结合后，通过构象的改变，可增强其他亚基的活性中心与底物的结合，出现正协同效应(positive cooperative effect)，使其底物浓度曲线呈“S”形。

即底物浓度低时，酶活性的增加较慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性迅速加强，很快达到最大值V max，见图3-7。

图3-7 变构酶的动力学曲线多数情况下，底物对其变构酶的作用都表现正协同效应，但有时，一个底物与一个亚基的活性中心结合后，可降低其他亚基的活性中心与底物的结合，表现为负协同效应(negative cooperative effect)。

酶的活性调控机制在我们生命的微观世界里，酶如同一个个忙碌的“小工人”，它们默默无闻地工作着，对各种生物化学反应起着至关重要的催化作用。

而酶的活性并不是一成不变的，它会受到多种机制的精细调控，以确保生物体内的代谢过程能够有条不紊地进行。

酶活性的调控就像是一场精妙的舞蹈，涉及到多个层面的因素。

首先，我们来谈谈酶的别构调控。

想象一下酶就像一个具有多个“手臂”的分子，这些“手臂”能够感知周围环境的变化。

当某些特定的分子与酶的特定部位结合时，酶的构象会发生改变，就好像“手臂”的姿势发生了变化，从而影响酶的活性。

这种结合的分子被称为别构效应剂，它们可以是激活剂，也可以是抑制剂。

比如，在糖酵解过程中的磷酸果糖激酶-1，它受到ATP 的别构抑制，而AMP 则是它的别构激活剂。

这意味着当细胞内能量充足（ATP 浓度高）时，酶的活性受到抑制，糖酵解过程减缓；而当细胞能量不足（AMP 浓度高）时，酶被激活，加速糖酵解产生能量。

除了别构调控，酶的共价修饰也是一种常见的调控方式。

这种修饰就像是给酶穿上了不同的“外衣”，从而改变它的活性。

最常见的共价修饰包括磷酸化、甲基化、乙酰化等。

以磷酸化为例，蛋白激酶可以将 ATP 上的磷酸基团转移到酶蛋白的特定氨基酸残基上，从而改变酶的活性。

相反，磷酸酶则可以去除磷酸基团，使酶恢复原来的活性。

这种可逆的修饰方式能够快速响应细胞内外的信号变化，实现对酶活性的精准调控。

再来说说酶原的激活。

酶原是没有活性的酶的前体。

在特定的条件下，酶原会经过一系列的水解反应，切除一部分肽段，从而形成有活性的酶。

这就好比一把未开封的宝剑，经过磨砺和开刃，才能展现出它的锋芒。

例如，胰腺分泌的胰蛋白酶原在小肠中被肠激酶激活，转变为有活性的胰蛋白酶，进而启动蛋白质的消化过程。

酶原激活的意义在于保护细胞自身不被过早激活的酶所损伤，同时也确保了酶在特定的部位和时间发挥作用。

激素对酶活性的调节也是一个重要的方面。

激素作为细胞间的“信使”，能够通过复杂的信号通路来影响酶的活性。