(一)变构调节

1.变构调节的概念　某些物质能与酶分子上的非催化部位特异地结合，引起酶蛋白的分子构象发生改变，从而改变酶的活性，这种现象称为酶的变构调节或称别位调节(allosteric regulation)。受这种调节作用的酶称为别构酶或变构酶(allostericenzyme)，能使酶发生变构效应的物质称为变构效应剂(allosteric effector);如变构后引起酶活性的增强，则此效应剂称为激活变构剂(allosteric activator)或正效应物；反之则称为抑制变构剂(allostericinhibitor)或负效应物。变构调节在生物界普遍存在，它是人体内快速调节酶活性的一种重要方式。现将某些代谢途径的变构效应剂列表如下：

表9-1　糖和脂肪代谢酶系中某些变构酶及其变构效应剂

2.变构调节的生理意义　变构效应在酶的快速调节中占有特别重要的地位。在前面已经提及，代谢速度的改变，常常是由于影响了整条代谢通路中催化第一步反应的酶或整条代谢反应中限速酶的活性而引起的。这些酶对底物不遵守米曼氏动力学原则。它们往往受到一些代谢物的抑制或激，这些抑制或激活作用大多是通过变构效应来实现的。因而,这些酶的活力可以极灵敏地受到代谢产物浓度的调节，这对机体的自身代谢调控具有重要的意义。例如，变构酶对于人体能量代谢的调节具有重要意义。在休息状态下，机体能量消耗降低，ATP在细胞内积聚，而ATP是磷酸果糖激酶的抑制变构剂，所以导致F－6－P和G－6－P的积聚，G－6－P又是已糖激酶的抑制变构剂，从而减少葡萄糖的氧化分解。同时，ATP也是丙酮酸激酶和柠檬酸合成酶的抑制变构剂，更加强了对葡萄糖氧化分解的抑制，从而减少了ATP的进一步生成。反之，当体内ATP减少而ADP或AMP增加时，AMP则可抑制果糖1，6－二磷酸酶，降低糖异生，同时激活磷酸果糖激酶和柠檬酸合成酶等酶，加速糖的分解氧化，利于体内ATP的生成。这样，通过变构调节，使体内ATP的生成不致过多或过少，保证了机体的能源被有效利用。

图9－1　变构酶的底物浓度曲线

3.变构调节的机理　目前已知，能受变构调节的酶，常常是由两个以上亚基组成的聚合体。有的亚基与作用物结合，起催化作用，称为催化亚基；有的亚基与变构剂结合，发挥调节作用，称调节亚基。但也可在同一亚基上既存在催化部位又存在调节部位。变构剂与调节亚基(或部位)间是非共价键的结合，结合后改变酶的构象(如,变为疏松或紧密)，从而使酶活性被抑制或激活。变构酶与米－曼氏酶不同，其动力学不符合米曼氏方程式：酶促反应速度和作用物浓度的关系曲线不呈矩形而常常呈S形，S形曲线与氧合血红蛋白的解离曲线相似(图9－1)。

当变构剂与调节亚基(或部位)结合后，变物剂对酶分子的构象发生什么样的影响呢?下面以果-1，6-二磷酸酶为例阐述这一过程。果糖-1，6-二磷酸酶是由四个结构相同的亚基所组成，每个亚基的分子量约为310，000Da。每个亚基上既有催化部位也有调节部位。在催化部位上能结合一分子FDP，在调节部位上能结合一分子变构剂。此酶有两种存在形式，即紧密型(T型、高活性)与松弛型(R型、低活性)。AMP是此酶的抑制变构剂。当酶处于T型时，因其调节部位转至聚合体内部而难以与AMP结合，故对AMP不敏感而表现出较高的活性。在第一个AMP分子与调节部位结合后，T型逐步转变成R型，各亚基构象相继发生改变，调节部位相继暴露，与AMP的亲和力逐步增加，酶的活性逐渐减弱，这就是果糖-1，6-二磷酸酶由紧密型变成松弛型的变构过程。抑制变构剂促进高活性型至低活性型的转变，激活变构剂则促进低活性型至高活性型的转变。这一变构过程是可逆的(图9－2)。图中3－磷酸甘油醛和脂肪酸－载体蛋白可使活性型转变为高活性型。

图9－2　果糖－1，6二磷酸酶的变构效应

△：酶亚基上的催化部位　X：酶亚基上的调节部位　FDP：果糖-1，6－二磷酸

变构效应剂可以是酶的底物，也可以是酶系的终产物，还有的是与它们结构不同的其他化合物，一般说，都是小分子物质。一种酶可有多种变构效应剂存在。

果糖－1，6－二磷酸酶的变构过程是T型与R型的可逆转变。有些酶的变构效应还可表现为酶分子的聚合或解聚，如乙酰CoA羧化酶，它是脂肪酸合成过程中的关键酶。它是由四种不同亚基构成的原聚体，每个亚基有不同的功能，分别是：生物素载体蛋白，它能结合辅基生物素；生物素羧化酶，它能催化生物素发生羧化反应；羧基转移酶，它能将生物素上的羧基转移给乙酰CoA形成丙二酰CoA；和调节亚基，它能与柠檬酸或异柠檬酸结合，使原聚体聚合为多聚体。Kieinschmidt等已在电子显微镜下看到了由柠檬酸和异柠檬酸使原聚体聚合形成的纤维状的多聚体(图9－3)。只有多聚体酶才有催化活性。ATPMg＋＋可使多聚体解聚为原聚体而使酶失活。长链脂酰CoA可拮抗柠檬酸的促聚合作用，因此，它们都是该酶的变构抑制剂。

图9-3　乙酰CoA羧化酶聚合解聚示意图