也有
范文一：酶学第八章酶的别构效应
第八章 酶的别构效应
本章中将讨论一些不符合米氏方程的酶动力学，即非双曲线动力学。有些影响酶活性的效应
剂（包括激活剂和抑制剂）作用于酶活性部位以外的部位，通过酶分子构象的改变来调节酶的活
性。这种效应叫做别构效应（allosteric effects），这种效应剂叫做别构效应剂，受别构效应剂影响
的酶叫别构酶（allosteric enzyme）。
8.1 别构酶与代谢调节
8.1.1 别构效应在代谢调节中的意义
生物体内的物质代谢都是在酶的直接作用下进行的，要使物质代谢协调有序地进行，酶活性
必须根据情况适时地改变。利用别构效应调节酶活性是各种酶活性调节方式中最迅速的一种，大
多数代谢物的反馈抑制就属于别构调节，也有一些代谢物可对代谢途径中的酶起别构激活作用。
8.1.1.1 别构抑制作用
反馈抑制可分为五种类型：
A． 线性通路中的反馈抑制
一条途径的最终产物抑制途径中最初的酶活性。
B． 趋同通路中的反馈抑制
为了有效地合成D，要求B和C的浓度大致相等。当C浓度大时，对产生B的途径的最初的酶有激活作用；当B浓度大时，对产生B的途径的最初的酶有抑制作用。 C．趋散通路中的反馈抑制
E
和E为两种同工酶，分别CD
受C和D的反馈抑制。当C太多
时，不仅抑制从B到C的第一个
酶，而且抑制从A到B的第一个反应两种同工酶中的一种，使得B合成的速率下降。B的合成不能完全停止，因为合成D还需要B。当D太多时情况相似。
1
D．顺序反馈抑制
一条途径中有多个反馈抑制步骤。
E．协调反馈抑制
需要多种代谢物共同作用才能发挥反馈抑制作用。
8.1.1.2 别构激活作用
当一种代谢物积累后，激活某些酶，从而加强别的代谢途径。如有氧呼吸旺盛时，ATP大量合成，AMP和ADP减少，由于AMP和ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂，因此异柠檬酸和柠
檬酸浓度增高，柠檬酸能激活乙酰CoA羧化酶和己糖激酶，同时抑制PFK（磷酸果糖激酶）。激活乙酰CoA羧化酶可增强脂肪酸的合成，激活己糖激酶且抑制PFK，可使G-6-P更多地进入磷酸戊糖途径，合成更多的NADPH，供脂肪酸合成使用。
8.2 别构酶的基本概念
8.2.1 一个典型的别构酶——天冬氨酸转氨甲酰酶
天冬氨酸转氨甲酰酶（aspartate transcarbamoylase, ATC）是嘧啶核苷酸生物合成途径的第一
个酶（? ? ? UTP ? CTP）。ATC的活性受到CTP的强烈抑制，又受到ATP的高效激活（见下表）。在对照、加ATP、加CTP三种情况的[S]对V图中可以看出，对照呈S形曲线而不是双曲线；加ATP减小了反应的表观K
值，使曲线向双曲线靠近；加CTP增大了反应的表观K值，mm
使曲线的S形更加明显。加ATP和CTP并不影响V。 m
表 效应剂对天冬氨酸转氨甲酰酶活性的作用
效应剂 抑制%
0 胞嘧啶
24 胞嘧啶核苷
38 胞苷一磷酸（CMP） 嘧啶族
68 胞苷二磷酸（CDP）
86 胞苷三磷酸（CTP）
8 尿苷三磷酸（UTP）
35 鸟苷三磷酸（GTP）
嘌呤族
腺苷三磷酸（ATP） －180（激活）
2
为了解释这种现象，研究者设想在酶分子中有两个分开的部位，一个部位与底物结合并催化
反应，另一个部位是ATP或CTP等效应剂的结合位点。利用选择性修饰法修饰后一个部位后，
ATC的活性并不丧失，但对CTP抑制的敏感性下降，这种现象称为脱敏作用。选择性修饰实验
证实了两个部位的设想。现在我们知道，ATC由12条多肽链组成，2个α亚基，3个β亚基。 32
根据对ATC的研究，得出了5点结论：
1．酶分子上有两个结合部位，结合底物并催化反应的部位叫活性部位，结合效应剂的部位叫别
构部位或调节部位。
2．这两个部位能同时分别被底物和效应剂占据。
3．调节部位可与多种效应剂结合，并产生不同的效应。
4．效应剂的结合影响酶分子的构象，从而影响酶的着底物的结合能力和催化能力。 5．调节部位的效应是构成别构抑制或别构激活的基础，而后两者又是代谢调节的有效方式之一。 8.2.2 别构酶的协同效应
协同效应（cooperative effects）也是多亚基别构酶的一个特征。我们把能与酶结合的底物、
激活剂和抑制剂统称为配体，所谓协同效应是指当一个配体与酶结合以后，可以促进或抑制另一
个配体与酶的结合。
8.2.2.1 协同效应的分类
A．同种效应和异种效应
同种效应（homotropic effects）指的是一分子配体与酶结合后影响另一分子同种配体与酶的
结合；异种效应（heterotropic effects）指的是一分子配体与酶结合后影响另一分子异种配体与酶
的结合。
B．正协同和负协同
一分子配体与酶结合后促进另一分子配体与酶结合叫正协同（positive cooperation），抑制另一分子配体与酶结合叫负协同（negative cooperation）。
同种效应一般是正协同；异种效应有正协同，也有负协同。
8.2.2.2 协同效应的鉴别方法
通过动力学作图，可以鉴别正协同、负协同和无协同。
8.2.2.3 协同指数和协同系数
3
协同指数（cooperative index，CI）是指酶的底物结合位点被底物饱和90%和饱和10%
（即V = 0.9V
和V = 0.1V）时的底物浓度之比，故协同指数又称饱和比值（Ratio saturation，mm
Rs）。
对于一个可结合n个底物分子的酶，其反应式可用下式表示：
nnV[S][E][S]按米氏方程的推导过程可得m,?????，式中。这里假设nV,K,Sn,[ES]K，[S]nS
个底物是同时结合上去的。
111n当V = 0.9Vn,,(K)时，[S] =；当V = 0.1V时，[S] =。 (9K)m0.9m0.1SS9
1[S]n0.9CI = Rs = 81= [S]0.1
n 因此，当＝1时，CI＝81，和以前讲过的单底物单产物反应的米氏方程相同，无协同效应。
4
n当 >1时，CI <>
n <1时，ci> 81，为负协同，表示V对[S]改变的灵敏度减小，且n越小负协同效应越大。n值即为协同系数。
从理论上推导上式时，n是与酶结合的底物分子数，但实际上测出的n值（测定方法见后）
nnn有小于1的情况。上面说的 >1、＝1、 <>
就不正确，n个底物并不是同时结合上去和同时解离下来的。
别构激活剂常可减少正协同效应（底物和底物之间的正协同）的n值，使正协同效应减弱，
在V对[S]作图中，可使S形曲线趋向双曲线。相反，别构抑制剂常可增加正协同效应的n值，使正协同效应增强，使S形曲线弯曲更加明显。
8.2.2.4 半位反应性
兔肌和细菌的3-磷酸甘油醛脱氢酶由4个同种亚基组成，每个亚基上有1个NAD+结合位点，
+但实验结果发现该酶往往只能结合2个NAD分子，这就是半位反应性。半位反应性实际上是一
++种极端的负协同效应，当第一、二个NAD与酶结合后，第三个结合位点与NAD的亲和力已降
+得很低，实际上已不能与NAD结合。
8.2.2.5 协同效应的生理意义
异种协同效应分为别构激活（异种正协同）和别构抑制（异种负协同）效应。它们的意义已
在7.1.1中讨论过。
底物引起的同种协同效应的生理意义已有一些推测。正协同效应提供了一个V对[S]的敏感区域，即S形曲线中的“陡段”，当细胞内底物浓度处于这个“陡段”时，[S]的轻微变化可使V发生很大的变化，有稳定[S]的作用。当细胞内底物浓度处于低[S]的平缓段时，[S]的变化不会使V有太大的变化，有稳定V的作用。别构激活剂和别构抑制剂可使“陡段”左移和右移。
底物引起的负协同效应在更大的[S]范围里使V稳定，如3-磷酸甘油醛脱氢酶在低浓度时，
能顺利地进行糖酵解，而当其他反应影响使NAD++浓度增加时，即使大幅度地增加NAD（100
倍以内），都可因其半位反应性而不增加酶反应速度。
8.2.3 别构酶的其他动力学术语
A．S 。05
5
11n前面?式中的K＇= [S]时，。由于别构酶不符合米氏动力学，我们将时V,VV,V Smm22的底物浓度称为表观K或S 。 。m05
B．K型效应剂和V型效应剂
在别构效应剂中，只影响K（或者说S ）的效应剂称为K型效应剂，它们与竞争性抑制。m05
剂的效应相似；只影响V的效应剂称为V型效应剂，它们与非竞争性抑制剂的效应相似；当竞m
争性效应剂只会使K增大，而K型效应剂根据其是激活还是抑制，分别使S 降低和升高。。m05非竞争性抑制剂只会使V下降，而V型效应剂根据其是激活还是抑制，分别使V升高和降低。mmK—V型效应剂与混合型抑制剂相似，既影响S 又影响V。 。05m
8.2.4 别构酶的通性
1． 由多个亚基组成，亚基可以是同种或异种。
2． 有调节部位和催化部位。
3． 可结合多个配体。
4． 配体的结合有协同效应，一分子配体与酶结合后使酶的构象改变，从而影响下一分子配体的
结合。
5． 根据CI值或n值可鉴别协同效应的类型。
6． 其V对[S]的曲线不是双曲线，而是S形曲线（正协同）或“表观双曲线”（负协同）。 8.3 别构机制的模式
8.3.1 Hill模式
Hill模式是Hill在1909年提出来的，当时是试图解释O
与血红蛋白结合的S形曲线的，后2
来用于别构酶反应中。以下是求n值的方法：
n[E][S] 式中 ,????? K,S[ES]n
[ES][ES]nn设酶被底物饱和的分数为Y，则??????? Y,,SS[E][E]，[ES]0n
n[E][S]由?得 ??????? [ES],n,KS
6
n[E][S]
n,K[S]nnS,YK，Y[S],[S]将?代入?得 Y,,， ， SSSSnn,[E][S]K，[S]S[E]，,KS
nYY[S]SnS,,(1,Y)[S],YKlg,nlg[S],lgK， ， ???? ,SSSS1,Y,1,YKSSS
VV? ,lg,nlg[S],lgK，代入?式得 。 Y,SSV,VVmm
V以,,lgK对作图，可得一直线，其斜率为n，纵轴截距为，横轴截距为lg lg[S]lgSV,Vm
S 。 。05
S ,kK越小，则酶对底物的亲和力越大（当>>时）。 。05pS
Hill模式忽略了ES，ES，?ES等形式的存在，由于协同效应和2n-1
前述忽略不饱和结合形式的影响，根据Hill作图计算出来的n值往往小于酶对底物的结合位点数，Hb（hemoglobin，血红蛋白）上有4个O结合位点，但计算的结果是n＝2.6～2.8。在负协同效2
n应中，每分子酶也结合n个底物，但计算的结果却是 <1。所以hill系数只能作为鉴别协同性的指标。>
当[S]过高或者过低时（[S] > [S]或 [S] <>
故在一个广泛的[S]范围内作图时，得到的是折线。
8.3.2 Adair模式
Adair模式允许有稳定的未被底物饱和的E—S复合物存在。对于一个有4个底物结合位点的酶，有
其中K、K、K、K实际上是微观或内在解离常数（microscopic or intrinsic dissociation 1234
constants），如果4分子底物是分别结合在四聚体酶的4个亚基上，则4个表观解离常数（apparent
123dissociation constants）为：,,,,K,4KK,K，K,K，K,K，。 44112233432
7
取上面第二式证明如下：
d[ES]2,k3[ES][S],k2[ES],0k3[ES][S],k2[ES]， ， 2,222,22dt
k2[ES][S]2,2,，证毕。 ,,K,K22[ES]k3322
[ES]，2[ES]，3[ES]，4[ES]234????????? Y,S4([E]，[ES]，[ES]，[ES]，[ES])234
[E][S][E][S],[ES],K,， ， 1,K[ES]1
2[ES][S][E][S][ES][S]， ， ,[ES],,K,22,,,[ES]KKK2212
3[ES][S][E][S][ES][S]22,， [ES],,K,33,,,,[ES]KKKK33123
4[ES][S][E][S][ES][S]33,， [ES],,K,44,,,,,[ES]KKKKK441234将5种酶形式的表达式代入?式得
234,,2[S]3[S]4[S][S],,[E]，，，,,,,,,,,,,,,KKKKKKKKKK1121231234,,,,,,KKKK， 分子分母同乘以得 Y,1234S234,,[S][S][S][S],,4[E]1，，，，,,,,,,,,,,,,KKKKKKKKKK1121231234,,
234,,,,,,KKK[S]，2KK[S]，3K[S]，4[S]234344???????? Y,S234,,,,,,,,,,，，4KKKK，KKK[S]，KK[S]，K[S]，[S]1234234344
如果酶分子中4个底物结合位点是相同的，并且它们之间没有相互作用，无协同性，则内在
123解离常数K,,,= K= K= K，可用Ks统一表示它们，因此，，，K,KK,KK,K12341S2S3S432
,K,4K，代入?式得 4S
8
322344K[S]，12K[S]，12K[S]，4[S]SSS Y,S4322344，，K，4K[S]，6K[S]，4K[S]，[S]SSSS
4分子分母同除以4K得 S
23433[S]3[S]SS[][][S][S],,[][]SS，，，,,1，234,,KKKKKKKKSSSSSS,,SS Y,,,,S4234[S]K，[S]SSS4[]6[]4[][]SS,,[]S1，1，，，，,,1，234,,KKKKKKSSSSSSK,,S
[S] ,K，[S]S
V[S]VV[S]m? ， ? ， ，与米氏方程相同。 V,Y,,SK，[S]VVK，[S]SmmS
如果每一底物结合位点的内在解离常数不同时，就会出现协同性。K> K> K> K是正协同1234
性，K<><>< k是负协同性。="">
3334? ,,,,,,,,K,4KK4KKKK，，? >时>，即>，余相似，>，K,KKKK1112112222232289
3,,K>，在这些条件下就会导致正协同性。同理可得出负协同性的关系式。 K348
8.3.3 MWC模式
1965年，Monod，Wyman和Changeux最早提出了一个根据酶的构象变化来说明协同效应的
分子模式，MWC模式即以他们3人的姓缩写命名。根据此模式的特点，又称为齐变模式（concerted model）。此模式规定了以下几点：
a．别构酶是寡聚酶，由同种亚基组成，这些亚基称为原体（protomer），它们在寡聚体中占有均等的地位。
b．一个原体对一种配体只有一个结合位点。
c．原体有两种构象状态，分别为R型（relaxed，松弛态）和T型（tensed，紧张态），这两种状态在与底物的亲和力、对别构效应剂的反应、催化活力方面可以不同，同一种状态在这些方面是
相同的。
d．在一个寡聚体中，所有的原体均处于同一种构象。各原体构象的转变是同步的，在一个寡聚
9
体中，不存在R型和T型的杂合体。
e．R型和T型之间有一个转换平衡。
8.3.3.1 底物同种协同效应（以4聚体为例）
nn,1,1,,,,LS[][S][S][S],,,,1，，1，,,,,推导略 KKKKRRTT,,,,Y,，式中n等于一个寡聚体中的原体数，Snn,,,,[][]SS,,,,11，，L，,,,,KKRT,,,,
n在上例中＝4。
K[S][S]设R,C，，则。 ,,,C,KKKTRT
,1,1nn,(1，,)，LC,(1，C,) Y,Snn(1，,)，L(1，C,)
对上式的讨论：
[S]a． 当L无穷小时，体系中只有R型，。 Y,SK，[S]R
[S]b． 当L无穷大时，体系中只有T型，。 Y,SK，[S]T
[S][S]c． 当K,K时，（两种内在解离常数相等），。 C,1Y,,RTSK，[S]K，[S]RT
KRd． 因为R型对底物的亲和力恒大于T型，所以值不可能大于1，C可在0～1之间取值。KT
当C = 1时无协同效应；当C = 0时正协同效应最大。C越小正协同效应越大。 e． L越大正协同效应越大。
10
表 某些别构酶（别构蛋白）的别构常数
L C 别构蛋白 配体 结合位点数 Hill系数
5O血红蛋白 4 2.8 0.01 3×10 2
34 2.8 酵母丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸 9×100.01
+NAD酵母3-P-甘油醛脱氢酶 4 2.3 60 0.04 8.3.3.2 异种协同效应
MWC模式也可以解释异种协同作用。
假设底物优先与R型结合，别构激活剂A也优先与R型结合，则A的存在可使R和T之间的平衡偏向R型，即L值降低，提供更多的R型供底物结合用，使Ys上升，表现出激活效应，同时底物正协同效应减弱。如果A与R型的结合不改变R型的催化效应，也不改变K，则AR
为K型激活剂。
相反，K型抑制剂I优先与T型结合，使L值上升，T型增加，Ys降低，表现出抑制作用，
同时底物正协同效应增强。
如果K= K，但R型有较高的催化效率，则与R型结合的A成为V型激活剂，与T型结R T
合的I成为V型抑制剂。
MWC模式没有能够解释负协同效应。
8.3.4 KNF模式
1966年，Koshland，Nemethy和Filmer对Adair模式进行了扩展，提出了KNF模式，根据此模式的特点，又被称为序变模式（sequential model）。其要点如下：
a． 在底物或效应剂不存在时，酶的各个原体以同一种构象存在。
11
b． 当底物与一个原体结合后，可引起此原体构象的变化，同时使邻近的原体改变对底物的亲和
力；第二分子底物与第二个原体结合后，使第二个原体构象发生改变，同时又影响了剩余原
体对底物的亲和力。
K>K>K>K（内在解离常数）为正协同效应；K<><>
8.4 引起非双曲线动力学的其他现象
8.4.1 酶的记忆现象
有些单体酶能表现出S形曲线，但又不是因为别构效应引起的。1967年Rabin提出酶——底
物复合物能进行异构作用的机制来解释S形曲线。
在上式中，ES必须先缓慢地异构成FS，然后快速地分解（break down）成F和P，F能够
回复到E，也可以与S结合形成FS。在低浓度S时，酶主要以E和ES形式存在，产物形成速
度被缓慢的异构化作用所限制。由于[S]低，F有较多的比例回复到了E，只有少量
的F直接与S结合成FS。当[S]高时，又较多的F直接与S结合成FS，由于直接生成FS，避免
了这个限速步骤，所以大幅度地加快了反应速度，从而表现出S形曲线。别构激活
剂与E结合后可以提高异构化速率，别构抑制剂则降低异构化速率。别构效应剂通过影响k
及4
k＇也会影响S形曲线的性状。 1
FS释放出P后仍保持F构象可以认为是一种“记忆”现象。有记忆现象的酶称为记忆酶。
记忆酶有单底物单产物的，也有双底物双产物的。动物肝脏中的葡萄糖激酶和大麦胚中的己糖激
酶都是典型的记忆酶。
8.4.2 可引起正协同作用动力学曲线假象的因素
a． 酶不稳定，但高浓度底物能稳定酶。
b． 底物和激活剂形成复合物，如ATP-Mg2+2+ ，当ATP与Mg以1:1混合后以不同的量加到反应
2+ 体系中，则加的量增加1倍，ATP-Mg增加不止一倍。
12
c． 酶含有可与底物可逆结合的杂质，与杂质结合的底物不能作酶的底物。 d． 随机机制的双底物反应：
如果E?EA?EAB途径快于E?EB?EAB途径，则当A或B有一种饱和时，V对另一种底物浓度的关系约为双曲线。但如果是B低于饱和浓度（A不行），则V对[A]的关系为S形曲线，因为在[A]很低时，E主要与高浓度的B结合，使反应主要走E?EB?EAB这条慢途径，整个反应速度较慢；随着[A]的增加，快途占的比例越来越大，使反应速度迅速增加，从而表现出
S形曲线。
e． 酶对底物有极高的亲和力：
如果酶与底物结合非常紧密，为了测定动力学参数，往往要使用较低的底物浓度，即[S]不特大于[E]。在这种条件下，,,([E][ES])([S][ES])0,，不能约等于，其[S],[ES][S]KS[ES]
双倒数方程为：
21,k[S]12 ,2V,,,,111，，,,，，,,,1([E]K)1([E]K)4[E],,,,0m0m0[S][S][S],,,,
双倒数作图会表现出假的正协同现象。如果酶反应速度很慢，需要使用较高浓度的酶时，也
会造成这种现象。
8.4.3 可引起负协同作用动力学曲线假象的因素
a．非酶催化反应的干扰：
如果在酶催化反应的同时，还有一种非酶催化反应存在，其速率也与[S]成正相关，则在[S]
大到一定程度，酶反应速度已达到V，而非酶催化反应仍可随着[S]增加而反应速度增加。当[S]m
趋向于无穷大时，V也趋向于无穷大。因此双倒数作图是一条向下弯曲的通过原点的曲线，呈现
出假的负协同曲线。
b．两个酶催化同一反应：
13
如果体系中有两个K值不同的酶催化同一反应（两个同工酶或一部分酶被修饰后未完全失m
活，但改变了其K），则观察到的V可由这两个酶反应的速度之和来表示。 m
V[S]V[S]m1m2 V,，K，[S]K，[S]m1m2
其双倒数方程为：
2,,11,,KK，(K，K),，1m1m2m1m2,,[S][S]1,,, 1V(VK，VK),，(V，V)m1m2m2m1m1m2[S]
当K,K,V,V合适时，可得出负协同曲线的假象。 m1m2m1m2
,3,4当V,VK,10K,10，，时，可得右图。 12mm1m2m
14
范文二：别构效应
别构效应 百科名片
别构效应
别构效应又称为变构效应，是寡聚蛋白与配基结合改变蛋白质的构象，导致蛋白质生物活性改变的现象. 别构效应（allosteric effect）某种不直接涉及蛋白质活性的物质，结合于蛋白质活性部位以外的其他部位（别构部位），引起蛋白质分子的构象变化，而导致蛋白质活性改变的现象。
目录
一个蛋白质与其配体（或其他蛋白质）结合后，蛋白质的空间结构发生改变，使它适用于功能的需要，这一类变化称为别构效应或变构效应。 别构部位的概念是1963年由法国科学家J．莫诺等提出来的。影响蛋白质活性的物质称为别构配体或别构效应物。该物质作用于蛋白质的某些部位而发生的相互影响称为协同性。抑制蛋白质活力的现象称为负协同性，该物质称为负效应物。增加活力的现象称为正协同性，该物质称为正效应
物。受别构效应调节的蛋白质称为别构蛋白质，如果是酶，则称为别构酶。 在50年代后期，先后发现某些氨基酸对催化其合成途径第一步反应的酶有抑制作用，这种现象称为反馈抑制。起抑制作用的物质与该酶的底物在结构上完全不同，这种结构不同于底物的抑制物是结合于酶的活性部位以外的其他部位，即别构部位而影响酶的活力的。图1以别构酶为例说明正负效应物是如何影响酶活力的。
编辑本段别构效应的分类
别构效应可分为同促效应和异促效应两类。相同配体（相同的结合部位）引起的反应称为同促效应，例如寡聚体酶或蛋白质（如血红蛋白）各亚基之间的协同作用即是同促效应。同促效应是同一种物质作用于不同亚基的相同部位而发生影响，因此是别构效应。不同配体（不同的结合部位）引起的反应称为异促效应，例如别构酶的别构结合部位和底物结合部位之间的反应即是异促效应。
编辑本段别构效应的通性 变构
简介
1965年 J．莫诺等提出，具有别构效应的体系应具有以下的通性：①大部份别构蛋白质是含有几个亚单位的寡聚体或多聚体。②别构效应常和蛋白质的四级结构变化有关（即亚基间键的变化）。③异促效应可以是正的或负的，而同促效应总是正的协同作用。④已经知道的仅具有异促效应的体系很少，但多数含有两个或多个配体的体系中，至少有一个配体具有协同性质的同促效应。⑤任何能改变异促效应的条件，处理或突变也同时能改变同促效应。
ATC酶及其催化反应
研究得较为清楚的别构酶是大肠杆菌的天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATC酶，催化下列反应：
氨甲酰磷酸+L—天冬氨酸→N—氨酰基—L—天冬氨酸+磷酸
这个反应是合成胞嘧啶核苷三磷酸（CTP）的第一步，它受终产物CTP反馈抑制，而被腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）激活。酶反应速度与底物浓度的关系。图中曲线为S型，说明废物有正协同性。加入负效应物CTP，活力降低，S型更明显。加入正效应物，活力升高，S型趋势变小，接近双曲线。大多数别构酶均有这种S型曲线。
ATC酶经过温和的化学处理，如用对羟基汞苯甲酸（PCMB）处理可解聚为两个催化亚基（为三聚体）和 3个调节亚基（为二聚体）。催化亚基仍有催化活力，但不再受效应物影响，调节亚基无催化活力，但仍能结合效应物。更剧烈的处理，如用十二烷基硫酸钠（SDS）处理，则催化亚基和调节亚基都各解聚成6个单体。
ATC酶受CTP抑制的生物学意义是避免合成过多的CTP，而受ATP激活是为了保持嘌呤和嘧啶核苷酸合成的速度相称，以满足合成核酸的需要。别构酶在代谢调节中起着重要的作用。在合成代谢中催化第一步反应的酶或分支点的第一个酶往往是别构酶，以避免形成一系列过多的中间体和终产物。在分解代谢途径中，则有一个或几个关键酶为别构酶。如糖酵解途径中的磷酸果糖激酶是一个重要的调节酶，它受ATP抑制，而AMP可逆转 ATP的抑制作用。故当 ATP／AMP比值降低时，也就是细胞内能荷降低时，糖酵解被促进，从而提供较多的能量。
别构蛋白质——血红蛋白
J．莫诺指出别构效应是通过蛋白质的构象变化而实现的。在当时对于酶的构象还缺乏详尽了解，而血红蛋白的精细的空间结构已由M．F．佩鲁茨阐明。血红蛋白是一个别构蛋白质，经过深入研究，现在已能用它的构象变化来阐明别构效应的机制。它的别构效应表现在：①氧结合的正协同性，氧饱和曲线与氧分压的关系呈S型曲线，表明在第1个亚基与O2结合后其他亚基与O2的相继结合越来越容易，第4个亚基的氧结合常数可比第1个的大数百倍。这是因为第1个亚基结合O2后引起血红蛋白分子的构象变化，促使其他亚基与O2结合。O2的释放过程也是如此，第1个O2释放使留下的O2更易释放。②H+浓度升高（pH降低）使血红蛋白与 O2的亲和力变小（玻尔效应），促进O2的释放。③在恒定pH下CO2能降低血红蛋白与O2的亲和力。④人红细胞中含有的2、3二磷酸甘油酸（DPG），也能降低O2的亲和力。⑤血红蛋白与O2的结合也能抑制其与H+，CO2和DPG的结合。
根据J．莫诺等提出的别构理论，别构酶处于两种构象状态，即紧张态（T态）和松弛态（R态），T态与底物的亲和力低，R态与底物的亲和力高。X射线衍射分析证明了脱氧血红蛋白Hb和氧合血红蛋白HbO2在构象上的差异。Hb4个亚基（α2β2）之间至少有8对盐桥相联系，紧张态（T态）
时O2的结合受到障碍，而在氧结合时这些盐桥被逐步破坏，生成的HbO2结构松散，属于R态，易与O2结合。这就是氧合时协同效应的基?? 血红蛋白氧合时构象变化的要点如下：血红素中的铁与O2结合时随即进入卟啉环平面内，将邻近的原来倾斜的组氨酸F8拉直，并带动附近肽链的运动，结果导致αβ亚基相对于另一对αβ亚基转动15°角（。如果将 4个亚基标记为α1。α2，β1和β2，则α2β2之间和G沙之间两个接触面较牢固，没有改变，变动最大的是α1β2（或α2β1）之间的接触面，α1β2（
α2β1）界面的变动是T态向R态转变的开关（反之亦然）。在T态向R态转变时，盐桥破坏，当O2释放时，又通过该界面的滑动，盐桥重新恢复，R态又能转变成T态。α1β2（α2β1）界面的氨基酸序列是相当保守的，如在这一序列范围内发生突变则对别构效应有较大影响。 利用别构理论6T以解释血红蛋白的一系列特殊的性质，例如波尔效成的分子机制是当H+浓度增高时，主要使卜亚基 C-末端的卜146 HiS侧链咪浚基（占波尔效应的40%），α亚基N-末端氨基（占25%），和α122His（占10%）以及其他组氨酸或赖氨酸的质子化，这样加强了盐桥，稳定了T态，O2不易结合。由于在Hb中β-146His受邻近的β-94ASP负电荷的影响更易质子化，而在HbO2中该His远离β-94ASP，质子化倾向降低。所以 H+与Hb的亲和力要比与HbO2的亲和力更强。
CO2效应与BPG效应
CO2效应 CO2与 N-末端的缬氨酸的氨基发生氯甲酰化，形成负电荷，可以稳定T态。
BPG效应是由于它有5个负电荷（主要是4个），在Hb中位于两个β-亚基之间的空隙中，由β-亚基提供8个正电荷（N-末端，His2，LyS82和His143各两个）。有利于稳定T态。氧合之后，两个β-亚基距离减少（铁原子距离由39.9埃减到33.4埃）。而将BPG排挤出去。
编辑本段别构效应的作用
别构效应在生命活动调节中起很重要作用。如阻遏蛋白受小分子物质的影响发生构象变化，改变了它与DNA结合的牢固程度，从而对遗传信息的表达进行调控。另如激素受体，神经递质受体等都是通过生物分子的影
响发生构象变化而传递信息的。可以说别构效应是生物分子“通讯”的基。 开放分类：
范文三：别构效应
收藏 查看我的收藏 有用+1 别构效应编辑 本词条缺少信息栏，补充相关内容使词条更完整，还能快速升级，赶紧来编辑吧～ 别构效应又称为变构效应是寡聚蛋白与配基结合改变蛋白质的构象导致蛋白质生物活性改变的现象 别构效应allosteric effect某种不直接涉及蛋白质活性的物质结合于蛋白质活性部位以外的其他部位别构部位引起蛋白质分子的构象变化而导致蛋白质活性改变的现象 目录
1英文名称
2简介
3效应分类
4效应通性
? 简介 ? 催化反应 ? 血红蛋白 ? 两种效应
5效应作用
6DNA效应
1英文名称编辑allosteric effect2简介编辑一个蛋白质与其配体或其他蛋白质结合后蛋白质的空间结构发生改变使它适用于功能的需要这一类变化称为别构效应或变构效应 别构部位的概念是1963年由法国科学家J莫诺等提出来的影响蛋白质活性的物质称为别构配体或别构效应物该物质作用于蛋白质的某些部位而发生的相互影响称为协同性抑制蛋白质活力的现象称为负协同性该物质称为负效应物增加活力的现象称为正协同性该物质称为正效应物受别构效应调节的蛋白质称为别构蛋白质如果是酶则称为别构酶 在50年代后期先后发现某些氨基酸对催化其合成途径第一步反应的酶有抑制作用这种现象称为反馈抑制起抑制作用的物质与该酶的底物在结构上完全不同这种结构不同于底物的抑制物是结合于酶的活性部位以外的其他部位即别构部位而影响酶的活力的图1以别构酶为例说明正负效应物是如何影响酶活力的3效应分类编辑别构效应可分为同促效应和异促效应两类相同配体相同的结合部位引起的反应称为同促效应例如寡聚体酶或蛋白质如血红蛋白各亚基之间的协同作用即是同促效应同促效应是同一种物质作用于不同亚基的相同部位而发生影响因此是别构效应不同配体不同的结合部位引起的反应称为异促效应例如别构酶的别构结合部位和底物结合部位之间的反应即是异促效应4效应通性编辑简介1965年 J莫诺等提出具有别构效应的体系应具有以下的通性?大部份别构蛋白质是含有几个亚单位的寡聚体或多聚体?别构效应常和蛋白质的四级结构变化有关即亚基间键的变化?异促效应可以是正的或负的而同促效应总是正的协同作用?已经知道的仅具有异促效应的体系很少但多数含有两个或多个配体的体系中至少有一个配体具有协同性质的同促效应?任何能改变异促效应的条件处理或突变也同时能改变同促效应催化反应研究得较为清楚的别构酶是大肠杆菌的天冬氨酸转氨甲酰酶简称ATC酶催化下列反应 氨甲酰磷酸+L天冬氨酸?N氨酰基L天冬氨酸+磷酸 这个反应是合成胞嘧啶核苷三磷酸CTP的第一步它受终产物CTP反馈抑制而被腺嘌呤核苷三磷酸ATP激活酶反应速度与底物浓度的关系图中曲线为S型说明底物有正协同性加入负效应物CTP活力降低S型更明显加入正效应物活力升高S型趋势变小接近双曲线大多数别构酶均有这种S型曲线 ATC酶经过温和的化学处理如用对羟基汞苯甲酸PCMB处理可解聚为两个催化亚基为三聚体和 3个调节亚基为二聚体催化亚基仍有催化活力但不再受效应物影响调节亚基无催化活力但仍能结合效应物更剧烈的处理如用十二烷基硫酸钠SDS处理则催化亚基和调节亚基都各解聚成6个单体 ATC酶受CTP抑制的生物学意义是避免合成过多的CTP而受ATP激活是为了保持嘌呤和嘧啶核苷酸合成的速度相称以满足合成核酸的需要别构酶在代谢调节中起着重要的作用在合成代谢中催
化第一步反应的酶或分支点的第一个酶往往是别构酶以避免形成一系列过多的中间体和终产物在分解代谢途径中则有一个或几个关键酶为别构酶如糖酵解途径中的磷酸果糖激酶是一个重要的调节酶它受ATP抑制而AMP可逆转 ATP的抑制作用故当 ATP/AMP比值降低时也就是细胞内能荷降低时糖酵解被促进从而提供较多的能量血红蛋白J莫诺指出别构效应是通过蛋白质的构象变化而实现的在当时对于酶的构象还缺乏详尽了解而血红蛋白的精细的空间结构已由MF佩鲁茨阐明血红蛋白是一个别构蛋白质经过深入研究现在已能用它的构象变化来阐明别构效应的机制它的别构效应表现在?氧结合的正协同性氧饱和曲线与氧分压的关系呈S型曲线表明在第1个亚基与O2结合后其他亚基与O2的相继结合越来越容易第4个亚基的氧结合常数可比第1个的大数百倍这是因为第1个亚基结合O2后引起血红蛋白分子的构象变化促使其他亚基与O2结合O2的释放过程也是如此第1个O2释放使留下的O2更易释放?H+浓度升高pH降低使血红蛋白与 O2的亲和力变小玻尔效应促进O2的释放?在恒定pH下CO2能降低血红蛋白与O2的亲和力?人红细胞中含有的23二磷酸甘油酸DPG也能降低O2的亲和力?血红蛋白与O2的结合也能抑制其与H+CO2和DPG的结合 根据J莫诺等提出的别构理论别构酶处于两种构象状态即紧张态T态和松弛态R态T态与底物的亲和力低R态与底物的亲和力高X射线衍射分析证明了脱氧血红蛋白Hb和氧合血红蛋白HbO2在构象上的差异Hb4个亚基α2β2之间至少有8对盐桥相联系紧张态T态时O2的结合受到障碍而在氧结合时这些盐桥被逐步破坏生成的HbO2结构松散属于R态易与O2结合这就是氧合时协同效应的基?? 血红蛋白氧合时构象变化的要点如下血红素中的铁与O2结合时随即进入卟啉环平面内将邻近的原来倾斜的组氨酸F8拉直并带动附近肽链的运动结果导致αβ亚基相对于另一对αβ亚基转动15?角如果将 4个亚基标记为α1α2β1和β2则α2β2之间和G沙之间两个接触面较牢
β2或α2β1之间的接触面α1β2α2β1界面的变动是T态向R固没有改变变动最大的是α1
态转变的开关反之亦然在T态向R态转变时盐桥破坏当O2释放时又通过该界面的滑动盐桥重新恢复R态又能转变成T态α1β2α2β1界面的氨基酸序列是相当保守的如在这一序列范围内发生突变则对别构效应有较大影响 利用别构理论6T以解释血红蛋白的一系列特殊的性质例如波尔效成的分子机制是当H+浓度增高时主要使卜亚基 C-末端的卜146 HiS侧链咪浚基占波尔效应的40%α亚基N-末端氨基占25%和α122His占10%以及其他组氨酸或赖氨酸的质子化这样加强了盐桥稳定了T态O2不易结合由于在Hb中β-146His受邻近的β-94ASP负电荷的影响更易质子化而在HbO2中该His远离β-94ASP质子化倾向降低所以 H+与Hb的亲和力要比与HbO2的亲和力更强两种效应CO2效应 CO2与 N-末端的缬氨酸的氨基发生氯甲酰化形成负电荷可以稳定T态 BPG效应是由于它有5个负电荷主要是4个在Hb中位于两个β-亚基之间的空隙中由β-亚基提供8个正电荷N-末端His2LyS82和His143各两个有利于稳定T态氧合之后两个β-亚基距离减少铁原子距离由39.9埃减到33.4埃而将BPG排挤出去5效应作用编辑别构效应在生命活动调节中起很重要作用如阻遏蛋白受小分子物质的影响发生构象变化改变了它与DNA结合的牢固程度从而对遗传信息的表达进行调控另如激素受体神经递质受体等都是通过生物分子的影响发生构象变化而传递信息的可以说别构效应是生物分子通讯地基6DNA效应编辑一个国际研究小组通过单分子生物物理等手段严谨地证实了DNA中确实存在别构效应该研究揭示了DNA一个新的基本性质不但在物理上非常有趣而且有重要的生理意义相关研究发表在近期的科学杂志上 别构效应广泛存在于蛋白质特别是酶中别构效应是描述远离活性中心的结合到变构位点的效应因子能够通过蛋白质的长程构象变化来影响蛋白质功能酶活性的现象而作为遗传信息的载体DNA上有很多特异的蛋白结合位点这些位点在结合了蛋白分子前后会具有较大的构象变化那么DNA是否也像蛋白质那样具有别构效应即结合在同一条DNA双螺旋链上的两个蛋白分子是否在没有直接接触的情况下可以通过DNA双螺旋的构象变化而影响各自的DNA结合能力比较合理的预期是DNA应该具有别构效应然而通过常规方法人们一直没有观测到过这种效应 研究揭示了上述预期的别构效应确实存在于双链DNA
中研究人员在一段DNA双螺旋上设计了两种蛋白分子的结合位点并且调节其间DNA的长度通过单分子全内反射荧光显微镜可以观察荧光标记的单个蛋白分子从其DNA结合位点上掉下来的速率从而测定该蛋白分子对于此位点的相对结合能力实验表明两个不同的DNA结合蛋白可以影响各自对DNA的结合能力而且其变化随两个蛋白之间DNA链的长度同时增强或变弱呈现出一种周期性这个周期大约是10个碱基对正好是DNA双螺旋的一个周期并且这种效应的大小会随着两个蛋白之间的距离增加而衰减 研究人员进一步通过各种对照实验及分子动力学模拟计算确认了这种效应不是其它因素如蛋白,蛋白相互作用静电相互作用等造成的而是由蛋白质结合到DNA上导致的DNA双螺旋的构象变化即DNA的别构效应引起的 DNA别构效应比较大约有5倍左右而这种效应因为传统的系宗实验不够精确而一直无法被测得此外DNA的别构效应是DNA的一个基本性质不依赖于蛋白质的性质及种类由于很多DNA结合蛋白如转录因子和RNA聚合酶等在DNA上经常结合地较近并协同行使功能所以现在需要在理解基因调控的时候考虑这一效应该项工作会还证明了DNA别构效应的确可以在活细胞内影响基因表达所以这种效应在生理上是重要的科学杂志在同期述评中也指出这种通过双螺旋DNA导致的别构效应对于基因调控具有深远意义[1] 儿童口吃
范文四：【生物课件】酶学第八章酶的别构效应(1)
第八章 酶的别构效应
本章中将讨论一些不符合米氏方程的酶动力学，即非双曲线动力学。有些影响酶活性的效应剂(包括激活剂和抑制剂)作用于酶活性部位以外的部位，通过酶分子构象的改变来调节酶的活性。这种效应叫做别构效应(allosteric effects)，这种效应剂叫做别构效应剂，受别构效应剂影响的酶叫别构酶(allosteric enzyme)。
8.1 别构酶与代谢调节
8.1.1 别构效应在代谢调节中的意义
生物体内的物质代谢都是在酶的直接作用下进行的，要使物质代谢协调有序地进行，酶活性必须根据情况适时地改变。利用别构效应调节酶活性是各种酶活性调节方式中最迅速的一种，大多数代谢物的反馈抑制就属于别构调节，也有一些代谢物可对代谢途径中的酶起别构激活作用。 8.1.1.1 别构抑制作用
反馈抑制可分为五种类型:
A( 线性通路中的反馈抑制
一条途径的最终产物抑制途径中最初的酶活性。
B( 趋同通路中的反馈抑制
为了有效地合成D，要求B和C的浓度大致相等。当C浓度大时，对产生B的途径的最初的酶有激活作用;当B浓度大时，对产生B的途径的最初的酶有抑制作用。 C(趋散通路中的反馈抑制
E和E为两种同工酶，分别CD
受C和D的反馈抑制。当C太多
时，不仅抑制从B到C的第一个
酶，而且抑制从A到B的第一个反应两种同工酶中的一种，使得B合成的速率下降。B的合成不能完全停止，因为合成D还需要B。当D太多时情况相似。
1
D(顺序反馈抑制
一条途径中有多个反馈抑制步骤。
E(协调反馈抑制
需要多种代谢物共同作用才能发挥反馈抑制作用。
8.1.1.2 别构激活作用
当一种代谢物积累后，激活某些酶，从而加强别的代谢途径。如有氧呼吸旺盛时，ATP大量合成，AMP和ADP减少，由于AMP和ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂，因此异柠檬酸和柠檬酸浓度增高，柠檬酸能激活乙酰CoA羧化酶和己糖激酶，同时抑制PFK(磷酸果糖激酶)。激活乙酰CoA羧化酶可增强脂肪酸的合成，激活己糖激酶且抑制PFK，可使G-6-P更多地进入磷酸戊糖途径，合成更多的NADPH，供脂肪酸合成使用。
8.2 别构酶的基本概念
8.2.1 一个典型的别构酶——天冬氨酸转氨甲酰酶
天冬氨酸转氨甲酰酶(aspartate transcarbamoylase, ATC)是嘧啶核苷酸生物合成途径的第一个酶(? ? ? UTP ? CTP)。ATC的活性受到CTP的强烈抑制，又受到ATP的高效激活(见下表)。在对照、加ATP、加CTP三种情况的[S]对V图中可以看出，对照呈S形曲线而不是双曲线;加ATP减小了反应的表观K值，使曲线向双曲线靠近;加CTP增大了反应的表观K值，mm使曲线的S形更加明显。加ATP和CTP并不影响V。 m
表 效应剂对天冬氨酸转氨甲酰酶活性的作用
效应剂 抑制%
0 胞嘧啶
24 胞嘧啶核苷
38 胞苷一磷酸(CMP) 嘧啶族
68 胞苷二磷酸(CDP)
86 胞苷三磷酸(CTP)
8 尿苷三磷酸(UTP)
35 鸟苷三磷酸(GTP)
嘌呤族
腺苷三磷酸(ATP) ,180(激活)
2
为了解释这种现象，研究者设想在酶分子中有两个分开的部位，一个部位与底物结合并催化反应，另一个部位是ATP或CTP等效应剂的结合位点。利用选择性修饰法修饰后一个部位后，ATC的活性并不丧失，但对CTP抑制的敏感性下降，这种现象称为脱敏作用。选择性修饰实验证实了两个部位的设想。现在我们知道，ATC由12条多肽链组成，2个α亚基，3个β亚基。 32
根据对ATC的研究，得出了5点结论:
1(酶分子上有两个结合部位，结合底物并催化反应的部位叫活性部位，结合效应剂的部位叫别构部位或调节部位。
2(这两个部位能同时分别被底物和效应剂占据。
3(调节部位可与多种效应剂结合，并产生不同的效应。
4(效应剂的结合影响酶分子的构象，从而影响酶的着底物的结合能力和催化能力。 5(调节部位的效应是构成别构抑制或别构激活的基础，而后两者又是代谢调节的有效方式之一。 8.2.2 别构酶的协同效应
协同效应(cooperative effects)也是多亚基别构酶的一个特征。我们把能与酶结合的底物、激活剂和抑制剂统称为配体，所谓协同效应是指当一个配体与酶结合以后，可以促进或抑制另一个配体与酶的结合。
8.2.2.1 协同效应的分类
A(同种效应和异种效应
同种效应(homotropic effects)指的是一分子配体与酶结合后影响另一分子同种配体与酶的结合;异种效应(heterotropic effects)指的是一分子配体与酶结合后影响另一分子异种配体与酶的结合。
B(正协同和负协同
一分子配体与酶结合后促进另一分子配体与酶结合叫正协同(positive cooperation)，抑制另一分子配体与酶结合叫负协同(negative cooperation)。
同种效应一般是正协同;异种效应有正协同，也有负协同。
8.2.2.2 协同效应的鉴别方法
通过动力学作图，可以鉴别正协同、负协同和无协同。
8.2.2.3 协同指数和协同系数
3
协同指数(cooperative index，CI)是指酶的底物结合位点被底物饱和90%和饱和10%
(即V = 0.9V和V = 0.1V)时的底物浓度之比，故协同指数又称饱和比值(Ratio saturation，mm
Rs)。
对于一个可结合n个底物分子的酶，其反应式可用下式表示:
nnV[S][E][S]m,按米氏方程的推导过程可得?????，式中。这里假设nK,V,Sn,[ES]K，[S]nS
个底物是同时结合上去的。
111nn,,(K)当V = 0.9V时，[S] =;当V = 0.1V时，[S] =。 (9K)m0.9m0.1SS9
1[S]0.9n81CI = Rs = = [S]0.1
n 因此，当,1时，CI,81，和以前讲过的单底物单产物反应的米氏方程相同，无协同效应。
4
n当 >1时，CI < 81，为正协同，表示v对[s]改变的灵敏度增加，且n越大正协同效应越大;当n=""><1时，ci> 81，为负协同，表示V对[S]改变的灵敏度减小，且n越小负协同效应越大。n值即为协同系数。
从理论上推导上式时，n是与酶结合的底物分子数，但实际上测出的n值(测定方法见后)
nnn有小于1的情况。上面说的 >1、,1、 <1指的是实际测定值，这是因为推导上式时的前提就不正确，n个底物并不是同时结合上去和同时解离下来的。>
别构激活剂常可减少正协同效应(底物和底物之间的正协同)的n值，使正协同效应减弱，在V对[S]作图中，可使S形曲线趋向双曲线。相反，别构抑制剂常可增加正协同效应的n值，使正协同效应增强，使S形曲线弯曲更加明显。
8.2.2.4 半位反应性
+兔肌和细菌的3-磷酸甘油醛脱氢酶由4个同种亚基组成，每个亚基上有1个NAD结合位点，
+但实验结果发现该酶往往只能结合2个NAD分子，这就是半位反应性。半位反应性实际上是一
++种极端的负协同效应，当第一、二个NAD与酶结合后，第三个结合位点与NAD的亲和力已降
+得很低，实际上已不能与NAD结合。
8.2.2.5 协同效应的生理意义
异种协同效应分为别构激活(异种正协同)和别构抑制(异种负协同)效应。它们的意义已在7.1.1中讨论过。
底物引起的同种协同效应的生理意义已有一些推测。正协同效应提供了一个V对[S]的敏感区域，即S形曲线中的“陡段”，当细胞内底物浓度处于这个“陡段”时，[S]的轻微变化可使V发生很大的变化，有稳定[S]的作用。当细胞内底物浓度处于低[S]的平缓段时，[S]的变化不会使V有太大的变化，有稳定V的作用。别构激活剂和别构抑制剂可使“陡段”左移和右移。
底物引起的负协同效应在更大的[S]范围里使V稳定，如3-磷酸甘油醛脱氢酶在低浓度时，
++能顺利地进行糖酵解，而当其他反应影响使NAD浓度增加时，即使大幅度地增加NAD(100倍以内)，都可因其半位反应性而不增加酶反应速度。
8.2.3 别构酶的其他动力学术语
A(S 。05
5
11n前面?式中的K,= [S]时，V,V。由于别构酶不符合米氏动力学，我们将V,V时 Smm22的底物浓度称为表观K或S 。 。m05
B(K型效应剂和V型效应剂
在别构效应剂中，只影响K(或者说S )的效应剂称为K型效应剂，它们与竞争性抑制。m05
剂的效应相似;只影响V的效应剂称为V型效应剂，它们与非竞争性抑制剂的效应相似;当竞m
争性效应剂只会使K增大，而K型效应剂根据其是激活还是抑制，分别使S 降低和升高。。m05非竞争性抑制剂只会使V下降，而V型效应剂根据其是激活还是抑制，分别使V升高和降低。mmK—V型效应剂与混合型抑制剂相似，既影响S 又影响V。 。05m
8.2.4 别构酶的通性
1( 由多个亚基组成，亚基可以是同种或异种。
2( 有调节部位和催化部位。
3( 可结合多个配体。
4( 配体的结合有协同效应，一分子配体与酶结合后使酶的构象改变，从而影响下一分子配体的
结合。
5( 根据CI值或n值可鉴别协同效应的类型。
6( 其V对[S]的曲线不是双曲线，而是S形曲线(正协同)或“表观双曲线”(负协同)。 8.3 别构机制的模式
8.3.1 Hill模式
Hill模式是Hill在1909年提出来的，当时是试图解释O与血红蛋白结合的S形曲线的，后2
来用于别构酶反应中。以下是求n值的方法:
n[E][S], 式中 ????? K,S[ES]n
[ES][ES]nnY,,Y设酶被底物饱和的分数为，则??????? SS[E][E]，[ES]0n
n[E][S]由?得 ??????? [ES],n,KS
6
n[E][S]
n,K[S]nnS,YK，Y[S],[S]将?代入?得 ， ， Y,,SSSSnn,[E][S]K，[S]S[E]，,KS
nYY[S]nSS,,(1,Y)[S],YK， ， ???? lg,nlg[S],lgK,SSSS,1,Y1,YKSSS
VV,? ，代入?式得 。 lg,nlg[S],lgKY,SSVV,Vmm
V,,lgK以对作图，可得一直线，其斜率为n，纵轴截距为，横轴截距为lg lglg[S]SV,Vm
S 。 。05
,kKS 越小，则酶对底物的亲和力越大(当>>时)。 。05pS
Hill模式忽略了ES，ES，?ES等形式的存在，由于协同效应和2n-1
前述忽略不饱和结合形式的影响，根据Hill作图计算出来的n值往往小于酶对底物的结合位点数，Hb(hemoglobin，血红蛋白)上有4个O结合位点，但计算的结果是n,2.6,2.8。在负协同效2
n应中，每分子酶也结合n个底物，但计算的结果却是 <1。所以hill系数只能作为鉴别协同性的指标。>
当[S]过高或者过低时([S] > [S]或 [S] <>
故在一个广泛的[S]范围内作图时，得到的是折线。
8.3.2 Adair模式
Adair模式允许有稳定的未被底物饱和的E—S复合物存在。对于一个有4个底物结合位点的酶，有
其中K、K、K、K实际上是微观或内在解离常数(microscopic or intrinsic dissociation 1234
constants)，如果4分子底物是分别结合在四聚体酶的4个亚基上，则4个表观解离常数(apparent
321,,,,K,4KK,KK,KK,Kdissociation constants)为:，，，。 44112233432
7
取上面第二式证明如下:
d[ES]2,k3[ES][S],k2[ES],0k3[ES][S],k2[ES]， ， 2,222,22dt
k2[ES][S]2,2,,,K,K，证毕。 22[ES]k3322
[ES]，2[ES]，3[ES]，4[ES]234Y,????????? S4([E]，[ES]，[ES]，[ES]，[ES])234
[E][S][E][S],K,， ， [ES],1,[ES]K1
2[ES][S][ES][S][E][S],K,， ， [ES],,22[ES],,,KKK2212
3[ES][S][ES][S][E][S]22,K,， [ES],,33[ES],,,,KKKK33123
4[ES][S][ES][S][E][S]33,K,， [ES],,44[ES],,,,,KKKKK441234将5种酶形式的表达式代入?式得
234,,2[S]3[S]4[S][S],,，，，[E],,,,,,,,,,,,KKKKKKKKKK1121231234,,,,,,,KKKKY， 分子分母同乘以得 1234S234,,[S][S][S][S],,，，，，4[E]1,,,,,,,,,,,,KKKKKKKKKK1121231234,,
234,,,,,,KKK[S]，2KK[S]，3K[S]，4[S]234344Y,???????? S234,,,,,,,,,,4，，KKKK，KKK[S]，KK[S]，K[S]，[S]1234234344如果酶分子中4个底物结合位点是相同的，并且它们之间没有相互作用，无协同性，则内在
123,,,K,KK,KK,K解离常数K= K= K= K，可用Ks统一表示它们，因此，，，12341S2S3S324,K,4K，代入?式得 4S
8
322344K[S]，12K[S]，12K[S]，4[S]SSS Y,S4322344，，K，4K[S]，6K[S]，4K[S]，[S]SSSS
4分子分母同除以得 4KS
3234,,[S][S]SSS3[]3[]S[][][S][S],,1，，，，,,234KKKKKKKKSS,,SSSSSS, Y,,,S4234[S]K，[S]SSS4[]6[]4[]S[]S,,[]S1，，，，，1,,1，234K,,KKKKKSSSSSSKS,,
[S] ,K，[S]S
V[S]V[S]VmV,? ， ? ， ，与米氏方程相同。 Y,,SK，[S]VVK，[S]SmmS
如果每一底物结合位点的内在解离常数不同时，就会出现协同性。K> K> K> K是正协同1234性，K<><>< k是负协同性。="">
3433,,,,,,,,KKK,4KKK4KKKK,KK? ，，? >时>，即>，余相似，>，1112112222232289
3,,KK>，在这些条件下就会导致正协同性。同理可得出负协同性的关系式。 348
8.3.3 MWC模式
1965年，Monod，Wyman和Changeux最早提出了一个根据酶的构象变化来说明协同效应的分子模式，MWC模式即以他们3人的姓缩写命名。根据此模式的特点，又称为齐变模式(concerted model)。此模式规定了以下几点:
a(别构酶是寡聚酶，由同种亚基组成，这些亚基称为原体(protomer)，它们在寡聚体中占有均等的地位。
b(一个原体对一种配体只有一个结合位点。
c(原体有两种构象状态，分别为R型(relaxed，松弛态)和T型(tensed，紧张态)，这两种状态在与底物的亲和力、对别构效应剂的反应、催化活力方面可以不同，同一种状态在这些方面是相同的。
d(在一个寡聚体中，所有的原体均处于同一种构象。各原体构象的转变是同步的，在一个寡聚
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体中，不存在R型和T型的杂合体。
e(R型和T型之间有一个转换平衡。
8.3.3.1 底物同种协同效应(以4聚体为例)
,1,1nn,,,,L[S][][][]SSS,,,,1，，1，,,,,KKKKRRTT,,,,Y,推导略 ，式中n等于一个寡聚体中的原体数，Snn,,,,[][]SS,,,,11，，L，,,,,KKRT,,,,
n在上例中,4。
K[S][S]R,C设，，则。 ,,,C,KKKTRT
nn,1,1,,,,(1，)，LC(1，C)Y, Snn(1，,)，L(1，C,)
对上式的讨论:
[S]Y,a( 当L无穷小时，体系中只有R型，。 SK，[S]R
[S]Y,b( 当L无穷大时，体系中只有T型，。 SK，[S]T
[S][S]K,KC,1Y,,c( 当时，(两种内在解离常数相等)，。 RTSK，[S]K，[S]RT
KRd( 因为R型对底物的亲和力恒大于T型，所以值不可能大于1，C可在0,1之间取值。KT
当C = 1时无协同效应;当C = 0时正协同效应最大。C越小正协同效应越大。 e( L越大正协同效应越大。
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表 某些别构酶(别构蛋白)的别构常数
L C 别构蛋白 配体 结合位点数 Hill系数
5O 4 2.8 0.01 血红蛋白 3×10 2
34 2.8 0.01 酵母丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸 9×10
+NAD 4 2.3 60 0.04 酵母3-P-甘油醛脱氢酶
8.3.3.2 异种协同效应
MWC模式也可以解释异种协同作用。
假设底物优先与R型结合，别构激活剂A也优先与R型结合，则A的存在可使R和T之间的平衡偏向R型，即L值降低，提供更多的R型供底物结合用，使Ys上升，表现出激活效应，同时底物正协同效应减弱。如果A与R型的结合不改变R型的催化效应，也不改变K，则AR为K型激活剂。
相反，K型抑制剂I优先与T型结合，使L值上升，T型增加，Ys降低，表现出抑制作用，同时底物正协同效应增强。
如果K= K，但R型有较高的催化效率，则与R型结合的A成为V型激活剂，与T型结R T
合的I成为V型抑制剂。
MWC模式没有能够解释负协同效应。
8.3.4 KNF模式
1966年，Koshland，Nemethy和Filmer对Adair模式进行了扩展，提出了KNF模式，根据此模式的特点，又被称为序变模式(sequential model)。其要点如下:
a( 在底物或效应剂不存在时，酶的各个原体以同一种构象存在。
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b( 当底物与一个原体结合后，可引起此原体构象的变化，同时使邻近的原体改变对底物的亲和
力;第二分子底物与第二个原体结合后，使第二个原体构象发生改变，同时又影响了剩余原
体对底物的亲和力。
K>K>K>K(内在解离常数)为正协同效应;K<><>
8.4 引起非双曲线动力学的其他现象
8.4.1 酶的记忆现象
有些单体酶能表现出S形曲线，但又不是因为别构效应引起的。1967年Rabin提出酶——底物复合物能进行异构作用的机制来解释S形曲线。
在上式中，ES必须先缓慢地异构成FS，然后快速地分解(break down)成F和P，F能够回复到E，也可以与S结合形成FS。在低浓度S时，酶主要以E和ES形式存在，产物形成速度被缓慢的异构化作用所限制。由于[S]低，F有较多的比例回复到了E，只有少量的F直接与S结合成FS。当[S]高时，又较多的F直接与S结合成FS，由于直接生成FS，避免了这个限速步骤，所以大幅度地加快了反应速度，从而表现出S形曲线。别构激活剂与E结合后可以提高异构化速率，别构抑制剂则降低异构化速率。别构效应剂通过影响k及4k,也会影响S形曲线的性状。 1
FS释放出P后仍保持F构象可以认为是一种“记忆”现象。有记忆现象的酶称为记忆酶。记忆酶有单底物单产物的，也有双底物双产物的。动物肝脏中的葡萄糖激酶和大麦胚中的己糖激酶都是典型的记忆酶。
8.4.2 可引起正协同作用动力学曲线假象的因素
a( 酶不稳定，但高浓度底物能稳定酶。
2+2+ b( 底物和激活剂形成复合物，如ATP-Mg，当ATP与Mg以1:1混合后以不同的量加到反应
2+ 体系中，则加的量增加1倍，ATP-Mg增加不止一倍。
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c( 酶含有可与底物可逆结合的杂质，与杂质结合的底物不能作酶的底物。 d( 随机机制的双底物反应:
如果E?EA?EAB途径快于E?EB?EAB途径，则当A或B有一种饱和时，V对另一种底物浓度的关系约为双曲线。但如果是B低于饱和浓度(A不行)，则V对[A]的关系为S形曲线，因为在[A]很低时，E主要与高浓度的B结合，使反应主要走E?EB?EAB这条慢途径，整个反应速度较慢;随着[A]的增加，快途占的比例越来越大，使反应速度迅速增加，从而表现出S形曲线。
e( 酶对底物有极高的亲和力:
如果酶与底物结合非常紧密，为了测定动力学参数，往往要使用较低的底物浓度，即[S]不
([E],[ES])([S],[ES])0K,特大于[E]。在这种条件下，，不能约等于，其[S],[ES][S]S[ES]
双倒数方程为:
21,k[S]12, 2V,,,,1111([E]K)1([E]K)4[E]，，,,，，,,,,,,,0m0m0[S][S][S],,,,
双倒数作图会表现出假的正协同现象。如果酶反应速度很慢，需要使用较高浓度的酶时，也会造成这种现象。
8.4.3 可引起负协同作用动力学曲线假象的因素
a(非酶催化反应的干扰:
如果在酶催化反应的同时，还有一种非酶催化反应存在，其速率也与[S]成正相关，则在[S]大到一定程度，酶反应速度已达到V，而非酶催化反应仍可随着[S]增加而反应速度增加。当[S]m
趋向于无穷大时，V也趋向于无穷大。因此双倒数作图是一条向下弯曲的通过原点的曲线，呈现出假的负协同曲线。
b(两个酶催化同一反应:
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如果体系中有两个K值不同的酶催化同一反应(两个同工酶或一部分酶被修饰后未完全失m
活，但改变了其K)，则观察到的V可由这两个酶反应的速度之和来表示。 m
V[S]V[S]m1m2V,， K，[S]K，[S]m1m2
其双倒数方程为:
2,,11,,KK，(K，K),，1m1m2m1m2,,[S][S]1,,, 1V(VK，VK),，(V，V)m1m2m2m1m1m2[S]
K,K,V,V当合适时，可得出负协同曲线的假象。 m1m2m1m2
,3,4V,V当，K,10，K,10时，可得右图。mm1m2m12
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范文五：别构效应.doc
别构效应
百科名片
别构效应
别构效应又称为变构效应，是寡聚蛋白与配基结合改变蛋白质的构象，导致蛋白
质生物活性改变的现象. 别构效应(allosteric effect)某种不直接涉及蛋白
质活性的物质，结合于蛋白质活性部位以外的其他部位(别构部位)，引起蛋白
质分子的构象变化，而导致蛋白质活性改变的现象。 目录
英文名称:
简介
别构效应的分类
别构效应的通性 变构
别构效应的作用
英文名称:
简介
别构效应的分类
别构效应的通性 变构
别构效应的作用
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编辑本段英文名称:
allosteric effect 编辑本段简介
一个蛋白质与其配体(或其他蛋白质)结合后，蛋白质的空间结构发生改变，使它适用于功能的需要，这一类变化称为别构效应或变构效应。
别构部位的概念是1963年由法国科学家J(莫诺等提出来的。影响蛋白质活性的物质称为别构配体或别构效应物。该物质作用于蛋白质的某些部位而发生的相互影响称为协同性。抑制蛋白质活力的现象称为负协同性，该物质称为负效应物。增加活力的现象称为正协同性，该物质称为正效应物。受别构效应调节的蛋白质称为别构蛋白质，如果是酶，则称为别构酶。
在50年代后期，先后发现某些氨基酸对催化其合成途径第一步反应的酶有抑制作用，这种现象称为反馈抑制。起抑制作用的物质与该酶的底物在结构上完全不同，这种结构不同于底物的抑制物是结合于酶的活性部位以外的其他部位，即别构部位而影响酶的活力的。图1以别构酶为例说明正负效应物是如何影响酶活力的。
编辑本段别构效应的分类
别构效应可分为同促效应和异促效应两类。相同配体(相同的结合部位)引起的反应称为同促效应，例如寡聚体酶或蛋白质(如血红蛋白)各亚基之间的协同作用即是同促效应。同促效应是同一种物质作用于不同亚基的相同部位而发生影响，因此是别构效应。不同配体(不同的结合部位)引起的反应称为异促效应，例如别构酶的别构结合部位和底物结合部位之间的反应即是异促效应。
编辑本段别构效应的通性 变构
简介
1965年 J(莫诺等提出，具有别构效应的体系应具有以下的通性:?大部份别构蛋白质是含有几个亚单位的寡聚体或多聚体。?别构效应常和蛋白质的四级结构变化有关(即亚基间键的变化)。?异促效应可以是正的或负的，而同促效应总是正的协同作用。?已经知道的仅具有异促效应的体系很少，但多数含有两个或多个配体的体系中，至少有一个配体具有协同性质的同促效应。?任何能改变异促效应的条件，处理或突变也同时能改变同促效应。
ATC酶及其催化反应
研究得较为清楚的别构酶是大肠杆菌的天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATC酶，催化下列反应:
氨甲酰磷酸+L—天冬氨酸?N—氨酰基—L—天冬氨酸+磷酸
这个反应是合成胞嘧啶核苷三磷酸(CTP)的第一步，它受终产物CTP反馈抑制，而被腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)激活。酶反应速度与底物浓度的关系。图中曲线为S型，说明废物有正协同性。加入负效应物CTP，活力降低，S型更明显。加入正效应物，活力升高，S型趋势变小，接近双曲线。大多数别构酶均有这种S型曲线。
ATC酶经过温和的化学处理，如用对羟基汞苯甲酸(PCMB)处理可解聚为两个催化亚基(为三聚体)和 3个调节亚基(为二聚体)。催化亚基仍有催化活力，但不再受效应物影响，调节亚基无催化活力，但仍能结合效应物。更剧烈的处理，如用十二烷基硫酸钠(SDS)处理，则催化亚基和调节亚基都各解聚成6个单体。
ATC酶受CTP抑制的生物学意义是避免合成过多的CTP，而受ATP激活是为了保持嘌呤和嘧啶核苷酸合成的速度相称，以满足合成核酸的需要。别构酶在代谢调节中起着重要的作用。在合成代谢中催化第一步反应的酶或分支点的第一个酶往往是别构酶，以避免形成一系列过多的中间体和终产物。在分解代谢途径中，则有一个或几个关键酶为别构酶。如糖酵解途径中的磷酸果糖激酶是一个重要的调节酶，它受ATP抑制，而AMP可逆转 ATP的抑制作用。故当 ATP,AMP比值降低时，也就是细胞内能荷降低时，糖酵解被促进，从而提供较多的能量。
别构蛋白质——血红蛋白
J(莫诺指出别构效应是通过蛋白质的构象变化而实现的。在当时对于酶的构象还缺乏详尽了解，而血红蛋白的精细的空间结构已由M(F(佩鲁茨阐明。血红蛋白是一个别构蛋白质，经过深入研究，现在已能用它的构象变化来阐明别构效应的机制。它的别构效应表现在:?氧结合的正协同性，氧饱和曲线与氧分压的关系呈S型曲线，表明在第1个亚基与O2结合后其他亚基与O2的相继结合越来越容易，第4个亚基的氧结合常数可比第1个的大数百倍。这是因为第1个亚基结合O2后引起血红蛋白分子的构象变化，促使其他亚基与O2结合。O2的释放过程也是如此，第1个O2释放使留下的O2更易释放。?H+浓度升高(pH降低)使血红蛋白与 O2的亲和力变小(玻尔效应)，促进O2的释放。?在恒定pH下CO2能降低血红蛋白与O2的亲和力。?人红细胞中含有的2、3二磷酸甘油酸(DPG)，也能降低O2的亲和力。?血红蛋白与O2的结合也能抑制其与H+，CO2和DPG的结合。
根据J(莫诺等提出的别构理论，别构酶处于两种构象状态，即紧张态(T态)和松弛态(R态)，T态与底物的亲和力低，R态与底物的亲和力高。X射线衍射分析证明了脱氧血红蛋白Hb和氧合血红蛋白HbO2在构象上的差异。Hb4个亚基(α2β2)之间至少有8对盐桥相联系，紧张态(T态)
时O2的结合受到障碍，而在氧结合时这些盐桥被逐步破坏，生成的HbO2结构松散，属于R态，易与O2结合。这就是氧合时协同效应的基??
血红蛋白氧合时构象变化的要点如下:血红素中的铁与O2结合时随即进入卟啉环平面内，将邻近的原来倾斜的组氨酸F8拉直，并带动附近肽链的运动，结果导致αβ亚基相对于另一对αβ亚基转动15?角(。如果将 4个亚基标记为α1。α2，β1和β2，则α2β2之间和G沙之间两个接触面较牢固，没有改变，变动最大的是α1β2(或α2β1)之间的接触面，α1β2(α2β1)界面的变动是T态向R态转变的开关(反之亦然)。在T态向R态转变时，盐桥破坏，当O2释放时，又通过该界面的滑动，盐桥重新恢复，R态又能转变成T态。α1β2(α2β1)界面的氨基酸序列是相当保守的，如在这一序列范围内发生突变则对别构效应有较大影响。
利用别构理论6T以解释血红蛋白的一系列特殊的性质，例如波尔效成的分子机制是当H+浓度增高时，主要使卜亚基 C-末端的卜146 HiS侧链咪浚基(占波尔效应的40%)，α亚基N-末端氨基(占25%)，和α122His(占10%)以及其他组氨酸或赖氨酸的质子化，这样加强了盐桥，稳定了T态，O2不易结合。由于在Hb中β-146His受邻近的β-94ASP负电荷的影响更易质子化，而在HbO2中该His远离β-94ASP，质子化倾向降低。所以 H+与Hb的亲和力要比与HbO2的亲和力更强。
CO2效应与BPG效应
CO2效应 CO2与 N-末端的缬氨酸的氨基发生氯甲酰化，形成负电荷，可以稳定T态。
BPG效应是由于它有5个负电荷(主要是4个)，在Hb中位于两个β-亚基之间的空隙中，由β-亚基提供8个正电荷(N-末端，His2，LyS82和His143各两个)。有利于稳定T态。氧合之后，两个β-亚基距离减少(铁原子距离由39.9埃减到33.4埃)。而将BPG排挤出去。 编辑本段别构效应的作用
别构效应在生命活动调节中起很重要作用。如阻遏蛋白受小分子物质的影响发生构象变化，改变了它与DNA结合的牢固程度，从而对遗传信息的表达进行调控。另如激素受体，神经递质受体等都是通过生物分子的影响发生构象变化而传递信息的。可以说别构效应是生物分子“通讯”的基。 开放分类:
生物化学，生物，酶，生物学，效应
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