【6.5.3】序变模型(The Sequential Model)

序变模型是近年来更为普遍运用的模型。其主要是依据这样一种设想,即一个配体可以诱导它要结合的亚基的三级结构的变化。这个亚基-配体复合体又能够改变相邻亚基的构象。这一模型特别强调对于配体只有一种形状是亲和力最高的,但与齐变模型不同的是在具有部分饱和的一个寡聚分子中允许存在着高亲和力和低亲和力的亚基。

以来自大肠杆菌的天冬氨酸转氨甲酰酶(ATCase)为例来说明酶的别构调控。ATCase由两个三聚体的催化亚基和3个二聚体的调节亚基组成。天冬氨酸转氨甲酰酶催化氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成氨甲酰天冬氨酸,该反应是CTP生物合成过程中的一个关键反应。

Arthur Pardee等人发现,ATCase的一个最有效的抑制剂是代谢途径的终产物CTP,当CTP水平高时,CTP与ATCase结合,降低CTP合成的速度,反之当细胞内CTP水平低时,CTP从ATCase上解离,加快CTP合成速度。他们还发现ATP是酶的别构激活剂。

在ATCase催化反应中,一分子天冬氨酸结合到一个活性部位后,会增加其他亚基对底物的亲和性,因此大大增大了反应速度,所以反应速度对天冬氨酸浓度作图得到的是S形曲线。CTP和ATP都影响底物天冬氨酸与酶的结合,但别构抑制剂CTP使曲线向右移,即酶对天冬氨酸的Km值明显增大,但并没有改变Vmax,所以CTP是一个竞争性抑制剂,它结合在活性部位以外的调节部位。CTP使得原来的S曲线更为明显,表明天冬氨酸结合ATCase的过程中具有更大的协同性。别构激活剂ATP的存在使得S型曲线向双曲线漂移,降低了底物对酶结合的协同性。

  • 由Koshland、Nemethyl和Filmer于1966年提出,因此也被简称为KNF模型( Proposed by Koshland, Nemethyl and Filmer and then known as the KNF model)
  • 亚基构象的变化是序变的,允许有R/T混合体(The conformation change in subunits is sequential, so the R/T hybrids can exist)
  • 底物的结合只会让结合底物的亚基变成R态(The binding of substrate switches T to R conformation of only the subunit to which it is bound).
  • 一个亚基构象的变化可改变其他亚基与底物的亲和力(Conformational change in one subunit may change the affinity of other subunits for the substrate).
  • 正、负协同效应都可以解释(Allows for + or – cooperativity). ü别构激活或抑制都可以解释(Allows for allosteric effects).

参考资料

  • 南京大学 杨荣武老师 《结构生物学》课件
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