(二)酶分子化学修饰调节

1.酶分子化学修饰的概念 酶分子肽链上的某些基团可在另一种酶的催化下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性的改变，这个过程称为酶的酶促化学修饰(chemical modification)。如磷酸化和脱磷酸，乙酰化和去乙酰化，腺苷化和去腺苷化，甲基化和去甲基化以及-SH基和－S－S－基互变等，其中磷酸化和脱磷酸作用在物质代谢调节中最为常见。 细胞内存在着多种蛋白激酶(ProteinKinase)，它们可以将ATP分子中的γ-磷酸基团转移至特定的蛋白分子底物上，使后者磷酸化(phosphorylation)。磷酸化反应可以发生在丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基上。催化丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化的酶统称为蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶(Protein Serine/Threonine Kinase)。催化酪氨酸残基磷酸化的酶统称为蛋白酪氨酸激酶(ProteinTyrosine Kinase)。与此相对应的，细胞内亦存在着多种蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶(ProteinSerine/Threonine Phosphotase)和蛋白酪氨酸磷酸酶(Protein Tyrosine Phosphotase)，它们可将相应的磷酸基团移去。酶的化学修饰如变构调节一样，也是机体物质代谢中快速调节的一种重要方式，表9?列出了一些酶的酶促化学修饰的实例。 表9－2　某些酶的酶促化学修饰调节

酶类	反应类型	效应
糖无磷酸化酶	磷酸化／脱磷酸	激活/抑制
磷酸化酶b激酶	磷酸化／脱磷酸	激活/抑制
磷酸化酶磷酸酶	磷酸化／脱磷酸	抑制/激活
糖元合成酶	磷酸化／脱磷酸	抑制/激活
丙酮酸脱羟酶	磷酸化／脱磷酸	抑制/激活
脂肪酶（脂肪细胞）	磷酸化／脱磷酸	激活/抑制
谷氨酰胺合成酶（大肠杆菌）	腺苷化／脱腺苷	抑制/激活
黄嘌呤氧化（脱氢）酶	－SH/-S-S-	脱氢/氧化

2.酶促化学修饰的机理 肌肉糖元磷酸化酶的酶促化学修饰是研究得比较清楚的一个例子。该酶有两种形式，即无活性的磷酸化酶b和有活性的磷酸化酶a。磷酸化酶b是二聚体，分子量约为85，000Da。它在酶的催化下，使每个亚基分别接受ATP供给的一个磷酸基团，转变为磷酸化酶a，后者具有高活性。两分子磷酸化酶a二聚体可以再聚合成活性较低的(低于高活性的二聚体)磷酸化酶a四聚体(图9－4)。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/shengwuhuaxueyufenzishengwuxue/shengwuhuaxueyufenzishengwuxue363.jpg[alt]肌肉磷酸化酶的酶促化学修饰作用[/alt][/img] 图9－4　肌肉磷酸化酶的酶促化学修饰作用 3.酶促化学修饰的特点 (1)绝大多数酶促化学修饰的酶都具有无活性(或低活性)与有活性(或高活性)两种形式。它们之间的互变反应,正逆两向都有共价变化，由不同的酶进行催化，而催化这互变反应的酶又受机体调节物质(如激素)的控制。 (2)存在瀑布式效应。由于酶促化学修饰是酶所催化的反应，故有瀑布式(逐级放大)效应。少量的调节因素就可通过加速这种酶促反应，使大量的另一种酶发生化学修饰。因此，这类反应的催化效率常较变构调节为高。 (3)磷酸化与脱磷酸是常见的酶促化学修饰反应。一分子亚基发生磷酸化常需消耗一分子ATP，这与合成酶蛋白所消耗的ATP相比，显然是少得多；同时酶促化学修饰又有放大效应，因此，这种调节方式更为经济有效。 (4)此种调节同变构调节一样,可以按着生理的需要来进行。在前述的肌肉糖元磷酸化酶的化学修饰过程中，若细胞要减弱或停止糖元分解,则磷酸化酶a在磷酸化酶a磷酸酶的催化下即水解脱去磷酸基而转变成无活性的磷酸化酶b，从而减弱或停止了糖元的分解。 此外，酶促化学修饰与变构调节只是两种主要的调节方式。对某一种酶来说，它可以同时受这两种方式的调节。如，糖元磷酸化酶受化学修饰的同时也是一种变构酶，其二聚体的每个亚基都有催化部位和调节部位。它可由AMP激活，并受ATP抑制，这属于变构调节。细胞中同一种酶受双重调节的意义可能在于，变构调节是细胞的一种基本调节机制，它对于维持代谢物和能量平衡具有重要作用，但当效应剂浓度过低，不足以与全部酶分子的调节部位结合时，就不能动员所有的酶发挥作用，故难以应急。当在应激等情况下，若有少量肾上腺素释放，即可通过cAMP,启动一系列的瀑布式的酶促化学修饰反应，快速转变磷酸化酶b成为有活性的磷酸化酶a，加速糖元的分解，迅速有效地满足机体的急需。