《生物化學(xué)與分子生物學(xué)》 別構(gòu)機(jī)制的模式

為了解釋別構(gòu)酶協(xié)同效應(yīng)的機(jī)制并推導(dǎo)出動(dòng)力學(xué)曲線的方程式，不少人曾提出過各種模式，各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)在主要把Hill模式敘述如下：

Hill模式

在協(xié)同結(jié)合模式中最早的一種是Hill在1909年提出的，企圖解釋氧結(jié)合至血紅蛋白的S形飽和曲線，現(xiàn)稱為Hill模式，后來經(jīng)Atkinson應(yīng)用于別構(gòu)酶反應(yīng)，他設(shè)想在這個(gè)系統(tǒng)中，n分子的配體(S)能夠一步結(jié)合到酶上去：

即此反應(yīng)的總解離常數(shù)(K's)由下式?jīng)Q定

K'S=[E][S]n/[ESS](6-7)

而酶的飽和分?jǐn)?shù)

YS=每分子酶蛋白上已結(jié)合的底物分子數(shù)/每分子酶蛋白上底物結(jié)合位點(diǎn)的總數(shù)(6-8)

又因總的酶濃度[E0]=[E]+[ES0]

故　YS=[ESn]/[E0]=[ESn]/[ESn]+[E](6-9)

合并式6-7和式6-9，消去[ESn]，則

YS=[S]n/K'S+[S]n(6-10)YSK'S+YS[S]n=[S]n,YSK'S=(1-Y)[S]n(6-11)Ys/1-Ys=[S]n/K'S(6-11)logYS=nlog[S]-logK'S(6-13)1-YS

因此以對(duì)log[S]作圖的話，可得斜率為n，縱軸截距為-logK'S的直線(見下圖)。

因v=k0[ESu],Vm=k0[E0]，故

=[ESu]／[E0]=v／vω(6-14)

將式6-10代入式6-14，即得

[S]n/K'S+[S]n=v/VmVm[S]n=K'Sv+v[S]n(6-15)(Vm-v)[S]n=K'Sv(6-16)v/Vm-v=[S]n/K'S(6-17)logv/Vm-v=nlog[S]-logK'S(6-18)

式6-13或6-18即為Hill方程式，式6-18如以logv/Vm-v對(duì)log[S]作圖，也可得一直線(見下圖)。

Hill作圖法

如v=Vm／2時(shí)，式6-19為log1=nlog[S]-logK'S=0(6-19)

此時(shí)的[S]即S0.5，故nlogS0.5=logK'5(6-20)式6-18所得的直線斜率為n，縱軸截距為-logk'S,而橫軸截距為logK'S/n，即log[S]0.5，但[S0.5]也可在已知logK'S后通過式6?0求取。

上節(jié)已述及，S0-5就相當(dāng)于米曼氏動(dòng)力學(xué)中的Km,當(dāng)K0《k-1／k1時(shí)，可反映別構(gòu)酶對(duì)底物的親和力，S0.5愈小，親和力愈大，而K's實(shí)際上已與親和力關(guān)系不大，因受到n的影響。故反映底物親和力的參數(shù)，已從非別構(gòu)酶的Km一項(xiàng)移到別構(gòu)酶的[S]一項(xiàng)，并且式6?0可看出K'S是隨[S]而改變的，不是一個(gè)常數(shù)。由于K'S的測定是假設(shè)V=(1/2)Vm或[S]=S0.5的條件下計(jì)算的，故有些作者用S0.5S，來代表別構(gòu)酶的K'5，以免與Km混淆。

Hill作圖法的斜率n，稱為Hill系數(shù)，即前述的協(xié)同系數(shù)，一般可用nH或h代表。當(dāng)nH=1時(shí)，式6-1變?yōu)閂=Vm[S]/(K1+[S])，即米曼氏方程式，表示無協(xié)同作用，此時(shí)K'或S0.5S，=S0-5=Km，至于nH＞1為正協(xié)同，nH＜1為負(fù)協(xié)同。

Hill模式比較簡單，式6-1或式6-10都是S形曲線方程式，但有不少缺點(diǎn)：(1)按理，Hill系數(shù)應(yīng)等于酶分子中可能有結(jié)合底物的位點(diǎn)數(shù)，但因忽略了ESn-1,ESn-2…ES1等中間形式的酶底物復(fù)合體，根據(jù)Hill氏作圖計(jì)算出來的n值一般均低于真實(shí)的位點(diǎn)數(shù)。以別構(gòu)蛋白Hb為例，理論上每分子Hb可結(jié)合四分子氧，即n=4，但計(jì)算結(jié)果n=2.6～2.8。在負(fù)協(xié)同效應(yīng)時(shí)，每分子酶也結(jié)合n個(gè)底物(n＞1)但計(jì)算結(jié)果卻是n＜1。故Hill系數(shù)已不能代表結(jié)合底物的位點(diǎn)數(shù)，而只能作為底物協(xié)同性的指標(biāo)。(2)在S濃度過高(酶90%以上被S飽和)或過低(酶僅10%以下被S飽和)時(shí)，Hill線的斜率n常等于1，故當(dāng)測定別構(gòu)酶活力時(shí)，[S]的范圍較廣，得出的Hill線不是直線而是折線(見下圖)。(3)n分子的底物同時(shí)和酶作用，反應(yīng)的級(jí)數(shù)為n+1，如n-4則為五級(jí)反應(yīng)，這在動(dòng)力學(xué)上是不可能的。但盡管如此，Hill作圖法仍不失是一個(gè)求取別構(gòu)酶S0.5和鑒定協(xié)同類型及協(xié)同作用大小的常用方法。

廣范圍底物濃度時(shí)的Hill圖