酶的競爭性抑制劑與底物具有類似的結構,通過競爭酶的活性部位而抑制酶促反應,非競爭抑制劑與酶的非活性部位結合,導致酶與底物無法正常結合,從而導致酶的活性降低或者喪失。
圖1:競爭性抑制劑(a)和非競爭性抑制劑(b)[1]
在這個基礎上,我們介紹一下酶的另外一種抑制情況:反饋抑制,它類似於酶的非競爭性抑制調節。
1. 代謝終產物往往經過一系列酶促反應
細胞內的生物合成途逕往往是一系列酶促反應組成的,在得到終產物之前會產生多種中間產物,簡單表示如下圖所示。
圖2:代謝終產物往往經過一系列酶促反應[1]
初始底物經過酶1的作用下先變為中間產物A,再經過一系列的其它酶的作用下形成其它的中間產物,最終得到終產物。
2. 反饋抑制可視作一種非競爭性抑制
反饋抑制(feedback inhibition)是指生物合成過程中,終產物對代謝途徑的酶的活性進行調節,所引起的抑制作用。大多數的調節是終產物與第一步或者是代謝分支點的酶結合,引起酶空間結構改變導致酶活性降低。這種變化是可逆的,當代謝產物與酶脫離時,酶結構便會復原,又恢復原有的活性。
與底物結合反饋抑制調節的酶具有兩個結合中心,一個是與底物結合催化底物反應的活性中心,另一個是與調節物結合,調節反應速度的別構中心。在此過程中,終產物相當於此類酶的非競爭性抑制劑。
圖3:終產物對酶的反饋抑制調節[1]
3. 反饋抑制在微生物的代謝調節中普遍存在
穀氨酸棒狀桿菌合成穀氨酸的途徑就是典型的反饋抑制過程。穀氨酸棒狀桿菌能夠利用葡萄糖,經過複雜的代謝過程形成穀氨酸。終產物穀氨酸的合成過量時會與穀氨酸脫氫酶結合併抑制酶的活性,從而導致合成途徑中斷;當穀氨酸因消耗而濃度下降時,抑制作用被解除,該合成反應又重新啟動。這種調節現象在核苷酸、維生素的合成代謝中十分普遍。
圖4:穀氨酸棒狀桿菌合成穀氨酸的途徑[2]
4.反饋抑制是一種負反饋調節
在高中生物學中,反饋調節是個重要的生物學概念,它是指在一個系統中,系統本身的工作效果,反過來又作為信息調節該系統的工作。根據調節結果又分為負反饋調節和正反饋調節兩大類:正反饋調節的結果偏離原來水平,負反饋調節可維持原系統的相對穩定。
圖6:正反饋調節與負反饋調節[3]
在反饋抑制過程,代謝反應的終產物作為調節信息影響了原系統的工作,符合反饋調節的概念,並且從結果看可使系統保持相對穩定。
參考內容:
[1]Biology,McGraw-Hill,Peter H.Raven,12th.2020
[2]高中生物教科書,選修,全一冊,2004年,人民教育出版社
[3]http://www.guayunfan.com/baike/28879.html
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