65 调节酵素调节酵素.ppt

p.237 圖 6 – 35 圖6-35　酵素修飾作用之範例。 磷酸基影響酵素的結構與催化活性 蛋白激酶（protein kinases）催化磷酸基連接到蛋白質結構上特定胺基酸殘基上的作用；蛋白質磷酸酶（protein phosphatases）則催化磷酸基的移除。 磷酸化調節作用（第 15 章）一個很重要的例子是肌肉與肝臟的肝醣磷酸化酶（分子量 94,500），此酵素催化的反應為 p.237 p.238 圖 6 – 36 p.238 圖6-36　經由多重不同機制調控肌肉肝醣磷酸化酶活性。肌肉中肝醣磷酸化酶的活性是經由一些不同的系統所調控的，包括共價修飾（磷酸化作用）、異位調節以及一連串對荷爾蒙濃度非常敏感的調控梯瀑（regulatory ascade），於參與磷酸化及去磷酸化作用的酵素上作用。在較活化的形式下（磷酸化酶 a），每個次單元上的特異性 Ser 殘基均被磷酸化。磷酸化酶 a 經由磷蛋白磷酸酶 1（PP1）催化而失去磷酸基，因此再被轉換成較不活化的磷酸化酶 b。磷酸化酶 b 藉由磷酸化酶之激酶的作用可再轉變（再活化）為磷酸化酶 a。這酵素的兩種形態的活性受活化劑（AMP）及抑制劑（葡萄糖 6-磷酸鹽與 ATP），異位性地結合在酵素的不同位置來調控。升糖素（glucagon）及腎上腺素（epinephrine）這兩種激素，經由一較短路徑，亦可調控磷酸化激酶與 PP1 的活性。當血糖濃度低時，胰臟及腎上腺會分泌出升糖素及腎上腺素。腎上腺素會結合在位於肌肉及一些其他組織上的接受器，再活化腺嘌呤核苷醯環化酶（adenylyl cyclase）。 p.238 圖6-36　(續) 升糖素的角色亦十分相似，不過則會結合在肝臟上的接受器。這導致合成出大量的環磷酸腺苷（cyclic AMP；cAMP），進一步再活化 cAMP-依賴性蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase）（亦稱蛋白激酶 A 或 PKA）。PKA 會磷酸化幾個目標蛋白質，如磷酸化酶激酶（phosphorylase kinase）及磷蛋白磷酸酶抑制劑 1 phosphoprotein phosphatase inhibitor 1；PP1）。磷酸化態的磷酸化酶激酶會被活化並進行磷酸化作用，最後活化肝醣磷酸化酶。在同一時間，磷酸化態的 PPI-1 會與 PP1 結合並抑制它的作用。PP1 亦會抑制磷蛋白磷酸酶 2B（PP2B）（PP2B 可去磷酸化 PP1 使之失活），使其本身維持在活化（磷酸化）態。在這情況下，肝醣磷酸化酶 a 與 b 之間的平衡會明確地轉變，得到更多活化的肝醣磷酸化酶 a。要注意這兩類的肝醣磷酸化酶，有某種程度均會被鈣離子活化（圖中沒有說明）。這路徑細節會在第 14、15 及 23 章做更深入的討論。 另一個稱為磷酸化酶磷酸酶的酵素，能以水解的方式移除磷酸化酶上的磷酸基： 磷酸化酶激酶催化磷酸基自 ATP 轉換至磷酸化酶 b 中的二個特異性絲胺酸殘基之羥基上： p.238 以多重磷酸化進行靈敏的調控 蛋白被磷酸化的位置通常是發生在具有共同的結構區域中，其具有共同相似胺基酸序列，其中的Ser、Thr 和 Tyr 殘基會被磷酸化；特定的蛋白激酶會辨識特定序列，進行磷酸化反應（表 6-10）。 作為一個有效率的調控機制，磷酸化作用必須是可逆的。一般而言，磷酸基團的添加與移除是由不同的酵素分頭執行。 p.239 p.240 表 6 – 10 p.239 圖 6 – 37 圖6-37　多重磷酸化調控模式。肝醣合成酶在五個特定區域中，至少有九個的位置分別會接受到一個細胞蛋白激酶的磷酸化作用所影響。因此，此酵素的調控並非二元的切換（開與關）而是依反應訊號的變異對活性作廣泛而精密的調控。 某些酵素和蛋白質的調控是經由將酵素前驅物的蛋白水解切割 對某些酵素而言，切割之前稱為酶原（zymogen）的非活化前驅物，切割後才成為活化的酵素。 蛋白酶並非唯一藉由蛋白水解而活化的蛋白質。然而，在其他例子中的前驅物並不稱為酶原，更常見的適當稱呼為前驅蛋白質（proproteins）或原酶（proenzymes）。 p.240 p.241 圖 6 – 38 p.241 圖6-38　經由蛋白水解切割活化酶原。此圖顯示由酶原變成胰凝乳蛋白酶與胰蛋白酶的過程。條狀物表示多肽鏈的一級序列，胺基酸殘基的編號代表其在酶原（胰凝乳蛋白酶原與胰蛋白酶原）之一級序列上的位置（胺基端殘基的編號為 1）。經由切割產生多片段之末端的胺基酸殘基則標示在條狀物的下方。因此，在最後活化的形式中，有些有編號的殘基在活化過程被移除。胰凝乳蛋白酶的三條多肽鏈（A、B、C）是以雙硫鍵相連接的（見圖 6-18）。 有些調節酵素採用多重的調控機制 假如細胞中所有的反應