第2章微生物代谢的调节机制

1、代谢控制发酵课程代谢控制发酵课程 微生物的代谢错综复杂，参与代谢的物质多种多微生物的代谢错综复杂，参与代谢的物质多种多样，即使同一物质也会有不同的代谢途径，而且样，即使同一物质也会有不同的代谢途径，而且各种物质的代谢之间存在着复杂的相互联系和相各种物质的代谢之间存在着复杂的相互联系和相互影响。在长期进化过程中，微生物建立了一套互影响。在长期进化过程中，微生物建立了一套严密、精确、灵敏的代谢调节体系，能严格控制严密、精确、灵敏的代谢调节体系，能严格控制代谢活动。代谢活动。 微生物的代谢调节具有多系统、多层次的特点。微生物的代谢调节具有多系统、多层次的特点。本章主要讨论本章主要讨论对酶的调节对酶的

2、调节。微生物可以按照适应。微生物可以按照适应环境的需要调节酶的表达（即酶蛋白的合成）及环境的需要调节酶的表达（即酶蛋白的合成）及调节酶的活性（即酶的激活或抑制）。调节酶的活性（即酶的激活或抑制）。调控机制调控机制酶 合 成 的酶 合 成 的正 调 节 诱正 调 节 诱导导大 肠 杆 菌大 肠 杆 菌的 麦 芽 糖的 麦 芽 糖操纵子操纵子 一、一、AraAra操纵子模型操纵子模型1 1、AraAra操纵子的结构基因操纵子的结构基因在葡萄糖缺乏时，阿拉伯糖是另一个可以为大肠杆在葡萄糖缺乏时，阿拉伯糖是另一个可以为大肠杆菌提供碳源的五碳糖，在大肠杆菌中阿拉伯糖的降菌提供碳源的五碳糖，在大肠杆菌中阿

3、拉伯糖的降解需要解需要3 3个基因。个基因。araBaraB基因编码核酮糖激酶；基因编码核酮糖激酶；araAaraA基因编码基因编码L-L-阿拉伯糖异构酶；阿拉伯糖异构酶；araDaraD基因编码基因编码L-L-核酮糖核酮糖-5-5-磷酸磷酸-4-4-差向异构酶差向异构酶以上以上3 3种酶能将种酶能将AraAra分解为大肠杆菌能利用的木酮糖。分解为大肠杆菌能利用的木酮糖。2 2、AraAra操纵子的结构操纵子的结构 与与araBaraB、araAaraA和和araDaraD这这3 3个结构基因相邻的是一个个结构基因相邻的是一个复合启动子区和一个调节基因复合启动子区和一个调节基因C C，由调节基

4、因，由调节基因C C合成的合成的AraCAraC蛋白是一个自我调节蛋白（蛋白是一个自我调节蛋白（autoregulatedautoregulated proteinprotein），它既是），它既是araara操纵子的正调节蛋白，又是负操纵子的正调节蛋白，又是负调节蛋白。调节蛋白。 复合启动子区主要有：复合启动子区主要有： P PBADBAD区：区：AraAra BAD BAD启动子区启动子区 AraCAraC位点：位点：C C蛋白蛋白阿拉伯糖复合物与操纵子结合区阿拉伯糖复合物与操纵子结合区 -280-280区：区：C C蛋白与操纵子结合区蛋白与操纵子结合区二、二、AraCAraC蛋白的正、负

5、调节作用蛋白的正、负调节作用1 1、AraCAraC蛋白的正调节作用蛋白的正调节作用正调节蛋白是激活蛋白，它存在时，结构基因表达。正调节蛋白是激活蛋白，它存在时，结构基因表达。在阿拉伯糖存在时，在阿拉伯糖存在时，AraCAraC蛋白与其形成蛋白与其形成C C蛋白蛋白阿拉伯阿拉伯糖复合物，复合物与启动子区的糖复合物，复合物与启动子区的AraCAraC位点结合，激位点结合，激活活P PBADBAD，活化，活化RNARNA聚合酶，使结构基因聚合酶，使结构基因mRNAmRNA正常转录，正常转录，产生上述产生上述3 3种酶，完成调控。种酶，完成调控。2 2、AraCAraC蛋白的负调节作用蛋白的负调节作

6、用没有阿拉伯糖时，没有阿拉伯糖时，AraCAraC蛋白同时与蛋白同时与AraCAraC位点位点及远距离的及远距离的-280-280区结合，造成区结合，造成DNADNA链的扭曲，链的扭曲，不能起始不能起始mRNAmRNA的转录。的转录。酶诱导物的种酶诱导物的种类：可分类：可分3类类胰蛋白酶 一亲株经诱变的群体，生长在含有很低浓度的一亲株经诱变的群体，生长在含有很低浓度的诱导物的恒化器中，有利于不需诱导物的组成诱导物的恒化器中，有利于不需诱导物的组成型突变株的生长。那些由于诱导物浓度很低而型突变株的生长。那些由于诱导物浓度很低而生长缓慢的亲株被恒化器逐渐淘汰。恒化器起生长缓慢的亲株被恒化器逐渐淘汰

7、。恒化器起到一种富集组成型突变株的作用。到一种富集组成型突变株的作用。 如大肠杆菌在低浓度乳糖的恒化器中生长，就如大肠杆菌在低浓度乳糖的恒化器中生长，就可以筛选出没有诱导物存在也能生产可以筛选出没有诱导物存在也能生产- -半乳半乳糖苷酶的组成型突变株。糖苷酶的组成型突变株。 将经诱变的群体生长在一种能作为碳源，将经诱变的群体生长在一种能作为碳源，不能作为诱导物或其诱导性能很差的基质不能作为诱导物或其诱导性能很差的基质上，可筛选出组成型突变株。上，可筛选出组成型突变株。 如，用苯如，用苯-半乳糖苷与半乳糖苷与2-硝基苯硝基苯-L-阿拉阿拉伯糖苷可筛选出大肠杆菌组成型的伯糖苷可筛选出大肠杆菌组成型

8、的-半乳糖半乳糖苷酶的突变株。苷酶的突变株。 有些化合物会阻扰酶的诱导作用。如，氰乙酰有些化合物会阻扰酶的诱导作用。如，氰乙酰胺抑制绿脓杆菌酰胺酶的诱导合成；胺抑制绿脓杆菌酰胺酶的诱导合成；2-2-硝基苯硝基苯- - -墨角藻糖苷抑制大肠杆菌诱导墨角藻糖苷抑制大肠杆菌诱导- -半乳糖半乳糖苷酶的合成。苷酶的合成。 让细胞生长在含有诱导物和诱导抑制剂的培养让细胞生长在含有诱导物和诱导抑制剂的培养基中生长，只有那些不需要诱导物的突变株才基中生长，只有那些不需要诱导物的突变株才能生长。能生长。 诱变后的菌群中组成突变株一般只占诱变后的菌群中组成突变株一般只占1010-9-9- - 1010-6-6个

9、，经上述的方法富集后数量可提高个，经上述的方法富集后数量可提高10103 3倍，那么它们在菌群中的相对数量提高到倍，那么它们在菌群中的相对数量提高到1010-6-6-10-10-3-3个，要从一千个菌中找出个，要从一千个菌中找出1 1个突变个突变株也不是轻而易举的事。如何将少数的组成株也不是轻而易举的事。如何将少数的组成型突变株在琼脂培养基平板上显形再提高筛型突变株在琼脂培养基平板上显形再提高筛选效率呢？选效率呢？ 要使少数的组成型突变株在琼脂培养基上显形，要使少数的组成型突变株在琼脂培养基上显形，可采用下面的方法。可采用下面的方法。 要筛选要筛选- -半乳糖苷酶组成型突变株，可通过富半乳糖苷

10、酶组成型突变株，可通过富集过的培养物铺在以甘油为碳源的琼脂平板培集过的培养物铺在以甘油为碳源的琼脂平板培养基上，待菌落长成后，在平板上喷洒邻硝基养基上，待菌落长成后，在平板上喷洒邻硝基酚酚- -半乳糖苷，在没有诱导物下，只有组成半乳糖苷，在没有诱导物下，只有组成型突变株能产生型突变株能产生- -半乳糖苷酶，能将邻硝基酚半乳糖苷酶，能将邻硝基酚- -半乳糖苷水解，生成黄色的邻硝基酚。在半乳糖苷水解，生成黄色的邻硝基酚。在众多白色亲株菌落中，出现一个或数个黄色所众多白色亲株菌落中，出现一个或数个黄色所需菌落很容易察觉。需菌落很容易察觉。二、酶的阻遏二、酶的阻遏 在微生物的代谢过程中，当代谢途径中某

11、末端产物过量在微生物的代谢过程中，当代谢途径中某末端产物过量时，可通过阻遏作用来阻碍代谢途径中包括关键酶在内时，可通过阻遏作用来阻碍代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的生物合成，从而更彻底地控制代谢和减少的一系列酶的生物合成，从而更彻底地控制代谢和减少末端产物的合成。末端产物的合成。 阻遏作用有利于生物体节省有限的养料和能量。阻遏作用有利于生物体节省有限的养料和能量。 阻遏的类型主要有末端代谢产物阻遏（色氨酸操纵子）阻遏的类型主要有末端代谢产物阻遏（色氨酸操纵子）和分解代谢产物阻遏。和分解代谢产物阻遏。 2.1 末端代谢产物阻遏末端代谢产物阻遏（end-product repression）

12、l指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻遏。l对直线式反应途径来说，末端产物阻遏的情况较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使之合成受阻遏，例如精氨酸的生物合成途径。 氨基酸的合成也是由操纵子调节的，其基因表达一氨基酸的合成也是由操纵子调节的，其基因表达一般都是可阻遏调节。般都是可阻遏调节。1 1、色氨酸操纵子的结构、色氨酸操纵子的结构 色氨酸的合成分色氨酸的合成分5 5步完成，每个环节需要一种酶，而步完成，每个环节需要一种酶，而且编码这且编码这5 5种酶的基因是紧密连锁在一起的，即色氨种酶的基因是紧密连锁在一起的，即色氨酸操纵子的结构基因是由这酸操纵子的结构基因是由这5 5个基因组成

13、的。个基因组成的。 TrpETrpE基因编码邻氨基苯甲酸合成酶；基因编码邻氨基苯甲酸合成酶；TrpDTrpD基因编码基因编码邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶;TrpC;TrpC基因编码邻氨基苯基因编码邻氨基苯甲酸异构酶；甲酸异构酶；TrpBTrpB基因编码色氨酸合成酶；基因编码色氨酸合成酶；TrpATrpA基基因编码吲哚甘油因编码吲哚甘油-3-3-磷酸合成酶。磷酸合成酶。 色氨酸操纵子中产生阻遏物的基因是色氨酸操纵子中产生阻遏物的基因是trpRtrpR，该基因距该基因距trptrp基因簇很远，其基因产物被称基因簇很远，其基因产物被称为为辅阻遏蛋白辅阻遏蛋白。 TrpTrp操纵子

14、的转录调控除了阻遏系统外，还操纵子的转录调控除了阻遏系统外，还存在存在弱化系统弱化系统，使色氨酸的合成达到微细，使色氨酸的合成达到微细水平调控。水平调控。3 3、TrpTrp操纵子的阻遏状态操纵子的阻遏状态培养基中色氨酸浓度高时，培养基中色氨酸浓度高时，trpRtrpR基因的产物基因的产物辅阻遏蛋白辅阻遏蛋白+ +色氨酸色氨酸有活性的阻遏物有活性的阻遏物与与trptrp操操纵基因结合纵基因结合阻止结构基因表达阻止结构基因表达4 4、TrpTrp操纵子的激活状态操纵子的激活状态培养基中色氨酸浓度低时，培养基中色氨酸浓度低时，trpRtrpR基因的产物基因的产物辅阻遏蛋白不能与辅阻遏蛋白不能与tr

15、ptrp操纵基因结合操纵基因结合有活性的有活性的操作区操作区结构基因能够表达结构基因能够表达弱化作用（弱化作用（attenuation） 次级基因表达调控机制次级基因表达调控机制l随着对随着对trptrp的深入研究，发现有些现象与以阻遏的深入研究，发现有些现象与以阻遏作为唯一调节机制的观点不相一致。作为唯一调节机制的观点不相一致。l在缺乏色氨酸的状态下，在缺乏色氨酸的状态下，trptrp的转录速率是在有的转录速率是在有色氨酸存在的状态下的色氨酸存在的状态下的600600倍。但倍。但阻遏物失活的阻遏物失活的突变不能完全消除色氨酸对突变不能完全消除色氨酸对trp operontrp operon表

16、达的表达的影响，没有阻遏物时，在培养基中含或不含色影响，没有阻遏物时，在培养基中含或不含色氨酸的条件下观察到转录速度相差氨酸的条件下观察到转录速度相差8-108-10倍。倍。l这种色氨酸操纵子表达产物的减少是由于弱这种色氨酸操纵子表达产物的减少是由于弱化作用化作用(attenuation)(attenuation)所造成的，即色氨酸所造成的，即色氨酸操纵子在第二水平上的调控。操纵子在第二水平上的调控。 l弱化机制的加入使基因表达调控达到更高一弱化机制的加入使基因表达调控达到更高一级的水平。级的水平。 l在第一个基因在第一个基因( (trptrpE E) )的前面的前面55端有一个长端有一个长1

17、62bp162bp的序列，称为前导序列的序列，称为前导序列(leader(leadersequence)sequence)或前导区或前导区(leader region)(leader region)。当此。当此序列发生部分缺失或突变时序列发生部分缺失或突变时trptrp基因表达可基因表达可提高提高60006000倍。这个前导区称为弱化区，所表倍。这个前导区称为弱化区，所表达出来的前导肽称为弱化子达出来的前导肽称为弱化子 (attenuator) (attenuator) 。n弱化子实际上是一个转录暂停信号。弱化子实际上是一个转录暂停信号。n弱化作用就是通过一个位于弱化作用就是通过一个位于mRN

18、AmRNA前导序列末端的前导序列末端的位点控制转录终止来实现的，只有当负责搬运位点控制转录终止来实现的，只有当负责搬运TrpTrp的的tRNA-TrptRNA-Trp存在时才会发生这种操纵子转录的提存在时才会发生这种操纵子转录的提早终止早终止(premature termination)(premature termination)。当发生这种提。当发生这种提早终止早终止( (或叫弱化作用或叫弱化作用) )的时候，的时候，RNARNA聚合酶往往不聚合酶往往不能通过弱化子序列，而只产生一个能通过弱化子序列，而只产生一个140bp140bp左右的核左右的核苷酸片段。苷酸片段。弱化的作用的调控实质是

19、以翻译手段来控制基因的转录。弱化的作用的调控实质是以翻译手段来控制基因的转录。u3434茎茎- -环（发夹）是不依赖转录因子终止环（发夹）是不依赖转录因子终止信号的一部份，是一段富含信号的一部份，是一段富含G/CG/C的回文序列，的回文序列，可以形成发夹结构，当这种结构形成时，使得可以形成发夹结构，当这种结构形成时，使得RNARNA聚合酶终止转录。聚合酶终止转录。 指细胞内同时有两种可利用底物（碳源或氮源）指细胞内同时有两种可利用底物（碳源或氮源）存在时，利用快的底物会阻遏利用慢的底物的存在时，利用快的底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。这种阻遏不是由于快速利有关酶合成的现象。这种阻遏不

20、是由于快速利用底物直接作用的结果，而是由这种底物分解用底物直接作用的结果，而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的。过程中产生的中间代谢物引起的。 也就是在代谢反应链中，某些中间代谢物或末也就是在代谢反应链中，某些中间代谢物或末端代谢物的过量累积而阻遏代谢途径中一些酶端代谢物的过量累积而阻遏代谢途径中一些酶合成的现象。合成的现象。 由于这类现象在其他代谢中（例如铵离子由于这类现象在其他代谢中（例如铵离子的存在可阻遏微生物对精氨酸的利用等）的存在可阻遏微生物对精氨酸的利用等）的普遍存在，的普遍存在，19611961年年MagasanikMagasanik将其统称为将其统称为分解代谢物阻遏。

21、分解代谢物阻遏。 这种阻遏对微生物是很有利的，只要有一这种阻遏对微生物是很有利的，只要有一个容易同化的底物存在，细胞就不必耗费个容易同化的底物存在，细胞就不必耗费能量去合成效率较低的途径的酶系，而使能量去合成效率较低的途径的酶系，而使其代谢作用能更多地用于产生生长所必需其代谢作用能更多地用于产生生长所必需的成分，是微生物细胞经济的一个方面。的成分，是微生物细胞经济的一个方面。 1、 cAMP是对酶合成水平的控制是对酶合成水平的控制正调节正调节2.2.1 分解代谢物阻遏的机制分解代谢物阻遏的机制 当乳糖与葡萄糖同时存在时，因为分解葡萄当乳糖与葡萄糖同时存在时，因为分解葡萄糖的酶类属于组成酶，能迅

22、速将葡萄糖降解糖的酶类属于组成酶，能迅速将葡萄糖降解成中间产物成中间产物X X，X X既会阻止既会阻止ATPATP环化形成环化形成cAMPcAMP，同时又促进同时又促进cAMPcAMP分解成分解成AMPAMP，从而降低了，从而降低了cAMPcAMP的浓度，继而阻遏与乳糖降解有关的诱导酶的浓度，继而阻遏与乳糖降解有关的诱导酶合成。合成。 只有当葡萄糖耗尽后，只有当葡萄糖耗尽后，cAMPcAMP才能回升到正常才能回升到正常浓度，操纵子重新开启，开始利用乳糖作为浓度，操纵子重新开启，开始利用乳糖作为碳源，形成菌体的二次生长。碳源，形成菌体的二次生长。 若若CAPCAP基因失活的突变株，就不能诱导任何

23、基因失活的突变株，就不能诱导任何分解代谢物阻遏系统酶的合成，因而只能分解代谢物阻遏系统酶的合成，因而只能在易被利用的基质上生长。在易被利用的基质上生长。 腺苷酸环化酶丧失的突变株，腺苷酸环化酶丧失的突变株，cAMPcAMP水平下水平下降，就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳降，就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳糖、蔗糖等）上生长，但它和糖、蔗糖等）上生长，但它和CAPCAP缺陷突变缺陷突变株不同，外源加入株不同，外源加入cAMPcAMP还是有效的。还是有效的。X抑制抑制激活激活n如果出于经济上的原因，必须使用阻遏性碳源时，可通过过程补糖的办法限制生产菌的糖耗速率，以消除分解代谢物阻遏对酶生产的影响。

24、n如给荧光假单胞菌纤维素变株缓慢补糖，可使纤维素酶的产量几乎增加200倍。 操纵子学说是从原核微生物代谢调节的研究中建立起来的，对于真核微生物，情况更复杂。酶合成的调节除可发生在上述转录水平，也可能发生在翻译水平。蛋白质翻译水平上的调节是指改变某些氨基酰tRNA的浓度及调节蛋白质的合成速度，高浓度的氨基酰tRNA可阻止肽链的合成。1直线式代谢途径中的反馈抑制nE.coliE.coli在合成异亮氨酸时，合成产物过多可抑制在合成异亮氨酸时，合成产物过多可抑制途径中途径中第一个酶第一个酶苏氨酸脱氨酶的活性，从而苏氨酸脱氨酶的活性，从而使使-酮丁酸及其后一系列中间代谢物都无法合成，酮丁酸及其后一系列中

25、间代谢物都无法合成，最终导致异亮氨酸合成的停止。最终导致异亮氨酸合成的停止。大肠杆菌中由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成大肠杆菌中由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成CTP时需要时需要7种酶，当种酶，当CTP达到一定浓度后，便达到一定浓度后，便反馈抑制催化反馈抑制催化第一个反应的酶第一个反应的酶，即天冬氨酸转，即天冬氨酸转氨甲酰酶。氨甲酰酶。（1）同工酶调节）同工酶调节同工酶是指能催化同一生化反应，但结构稍有不同工酶是指能催化同一生化反应，但结构稍有不同，可分别被相应的末端产物抑制的一类酶。同，可分别被相应的末端产物抑制的一类酶。特点：途径中第一个反应被两个不同的酶所催化，一个酶被特点：途径中第一个反应被两个不

26、同的酶所催化，一个酶被H H抑制，另一个酶被抑制，另一个酶被G G抑制。只有当抑制。只有当H H和和G G同时过量才能完全阻止同时过量才能完全阻止A A转变为转变为B B。（2）协同反馈抑制）协同反馈抑制指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。（3）合作反馈抑制）合作反馈抑制又称增效反馈抑制，指两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP （和IMP）的合作反馈抑制，二者共同存在时，可

27、以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的70%和10%。l如乳糖发酵短杆菌的如乳糖发酵短杆菌的AK受受Thr和和Lys的增的增效性抑制，即效性抑制，即Thr和和Lys中任何一个过量中任何一个过量对对AK均有抑制作用，均有抑制作用，Thr和和Lys同时存在同时存在时，抑制作用加强。时，抑制作用加强。（4）累积反馈抑制）累积反馈抑制每一分支途径的末端产物按一定百分率单独抑制每一分支途径的末端产物按一定百分率单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时，它们的抑制作用是累积的。存在时，它们的抑制作用是累积的。在各末端产在各末端产物

28、之间既无协同效应，亦无拮抗作用物之间既无协同效应，亦无拮抗作用 。（5）顺序反馈抑制）顺序反馈抑制这一现象最初是在研究枯草杆菌的芳香族氨基酸生物这一现象最初是在研究枯草杆菌的芳香族氨基酸生物合成时发现的。合成时发现的。当当E过多时，可抑制过多时，可抑制CD，这时由于，这时由于C的浓度过高而促的浓度过高而促使反应向使反应向F、G方向进行，结果又造成了另一末端产物方向进行，结果又造成了另一末端产物G浓度的增加。过量的浓度的增加。过量的G抑制了抑制了CF，造成，造成C的浓度进的浓度进一步增加。过量一步增加。过量C又对又对AB间的酶发生抑制，从而达间的酶发生抑制，从而达到了反馈抑制的效果。到了反馈抑制

29、的效果。l枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸的合成途径枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸的合成途径中分支点中间产物预苯酸和分支酸抑制中分支点中间产物预苯酸和分支酸抑制DAHP合成酶，而合成酶，而Trp、Phe和和Tyr则分别则分别抑制各自分途径的第一个酶。抑制各自分途径的第一个酶。反馈阻遏与反馈抑制的比较反馈阻遏与反馈抑制的比较l细胞中有些酶存在活性和非活性两种状态，它们可以通过另一种酶的催化作共价修饰而互相转换。l例如，磷酸化酶是通过激酶或磷酸酯酶来调节活性的。1、可逆共价修饰、可逆共价修饰反应类型反应类型 共价修饰共价修饰 被修饰的氨基酸残基被修饰的氨基酸残基磷酸化磷酸化腺苷酰化腺苷酰化尿苷酰化尿苷酰化Tyr

30、，Ser，Thr，HisTyrTyr甲基化甲基化GluS-腺苷腺苷-MetS-腺苷腺苷 2 2、不可逆共价修饰、不可逆共价修饰 l典型的例子是酶原激活。这是无活性的酶原被相应的蛋白酶作用，切去一小段肽链而被激活。l酶原变成酶是不可逆的。胰蛋白酶原活化是信号放大的一个典型例子，其活化需从N-端除去一个己肽（Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys）。少量的肠肽酶可激发大量的胰蛋白酶原转变成胰蛋白酶，这是因为胰蛋白酶催化其自身的活化。一旦这些胰酶完成其使命后，便被降解而不再恢复为酶原。这种活性的关闭作用是极其重要的。l变构酶变构酶 (allosteric enzyme)： 具有变构效应的酶。

31、有些酶除了活性中心外，具有变构效应的酶。有些酶除了活性中心外，还有一个或几个部位，当特异性分子非共价地还有一个或几个部位，当特异性分子非共价地结合到这些部位时，可改变酶的构象，进而改结合到这些部位时，可改变酶的构象，进而改变酶的活性。变酶的活性。l酶的这种调节作用称为变构调节，受变构调节酶的这种调节作用称为变构调节，受变构调节的酶称变构酶，这些特异性分子称为效应剂。的酶称变构酶，这些特异性分子称为效应剂。 2、变构酶活性调节机理、变构酶活性调节机理（1）Monod-Wyman-Changeux模型（齐变模型，模型（齐变模型，concerted model）MWC模型模型变构酶存在着两种构象状态

32、，变构酶存在着两种构象状态，R R状态（催化状态或松弛态，状态（催化状态或松弛态，利于结合底物）和利于结合底物）和T T状态（抑制状态或紧张态，不利结合状态（抑制状态或紧张态，不利结合底物）。添加配体（包括底物、激活剂或抑制剂）可以底物）。添加配体（包括底物、激活剂或抑制剂）可以使使R R状态和状态和T T状态之间的平衡发生移动，转变对每个亚基状态之间的平衡发生移动，转变对每个亚基都是同步（齐步）发生的。都是同步（齐步）发生的。(2) Koshland-Nemethy-Filmer模型（序变模型，模型（序变模型，sequential model）KNF模型模型构象的变化并不是同时发生在所有的亚

33、基上，而是仅发构象的变化并不是同时发生在所有的亚基上，而是仅发生在结合有配体的亚基上。这个亚基生在结合有配体的亚基上。这个亚基- -配体复合体致使邻配体复合体致使邻近亚基间发生相互作用的变化，从而促进或减弱底物与近亚基间发生相互作用的变化，从而促进或减弱底物与变构酶分子中其他亚基结合的亲和力，并在其影响下促变构酶分子中其他亚基结合的亲和力，并在其影响下促进下一个配体的结合。进下一个配体的结合。n当底物或效应物浓度极低时，酶反应速度的变化极微小，这是因为效应物浓度极低时，不具有协同性，当效应物浓度超过某个水平（阈值）时酶反应速度急剧增大（减小）。即存在着底物或效应物对反应速度发生影响的阈值。n这

34、在代谢控制上具有很大的生理意义。图：底物图：底物Asp浓度对浓度对ATC受受CTP抑制时的影响。抑制时的影响。（三）缔合与解离（三）缔合与解离（Association and dissociationAssociation and dissociation） 能进行这种转变的蛋白质由多个亚基组成。能进行这种转变的蛋白质由多个亚基组成。 蛋白质活化与钝化是通过组成它的亚单位的缔合与蛋白质活化与钝化是通过组成它的亚单位的缔合与解离实现的。解离实现的。 这类互相转变有时是由共价修饰或由若干配基的缔这类互相转变有时是由共价修饰或由若干配基的缔合启动的。合启动的。 代谢互锁（代谢互锁（metabolic interlock）l分支途径上游的某个酶（催化分