结构生物化学/酶调控/别构控制
如果一个细胞要利用一种酶，它的化学活性必须严格控制，这样才能节省大量的能量，而不是浪费。因此，就像一个开关一样，必须有一种方法可以根据需要反应的时间来打开或关闭酶。别构控制是调节的一种方法。
别构控制是指一种酶调控类型，它涉及非底物分子（称为别构效应物）在酶的活性位点以外的位置结合。名称“allo”表示其他，“steric”表示一定空间中的位置。换句话说，别构意味着“在另一个地方”。别构位点是一个小调节分子与酶相互作用以抑制或激活该特定酶的位点；这不同于催化活性发生的活性位点。别构效应物的结合通常是非共价且可逆的。因此，这种相互作用会改变酶的形状，进而改变活性位点的形状。这种构象变化将抑制或增强反应的催化作用。因此，别构控制允许细胞通过抑制或增强来快速调节所需的物质。
天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是一种别构酶，它催化嘧啶合成的第一步。
ATCase 由六个调节亚基和六个催化亚基组成。3 个调节亚基 (r) 是由 2 条 17 kd 链组成的二聚体。两个中较小的，调节亚基可以与 CTP 结合，因此没有催化活性。2 个催化亚基 (c) 是由 3 条链组成的三聚体，每条链为 34 kd。催化亚基对 CTP 无反应，因此不遵循 S 形行为。
- ATCase 的四级结构由两个催化三聚体堆叠而成，一个在另一个之上。CTP 的抑制作用、ATP 的刺激作用以及底物的协同结合都伴随着 ATCase 四级结构的巨大变化。
- 每个调节亚基的每个 r 链都与催化三聚体的 c 链结合。r 链和 c 链之间的接触区域由与 r 链中的组氨酸残基结合的锌域稳定。所有 c 链都与调节亚基有接触。
催化亚基和调节亚基可以通过首先添加汞化合物，然后通过超速离心分离。汞化合物打破连接，因为它会置换锌离子，从而使 r 亚基域不稳定。反应不遵循米氏行为，而是由于其他分子调节而对底物浓度变化的响应变化，以及结合概率的变化而产生 S 形曲线。添加更多底物对增加酶结合多个底物分子的概率有两种影响，同时增加每个酶结合的底物平均数量。更多的底物最终有利于 ATCase 的 R 状态，因为平衡取决于被底物占据的活性位点的数量，这与米氏行为完全相反。
别构酶表现出 S 形动力学，而不是米氏动力学。这是因为酶在两种不同的构象状态之间振荡，非常类似于血红蛋白。
- T 状态的特点是底物亲和力低，催化活性低。
- 在 R 状态构象中，两个催化三聚体之间有 12Å 的间距，并且围绕中心轴旋转约 10°。调节亚基也旋转约 15°。R 状态构象的特点是底物浓度增加的同时增加了 ATCase 的反应性，为产生 CTP 的酶促途径做准备。
当底物结合到位于三聚体 c 链之间的口袋处的活性位点时，ATCase 更有可能转变为 R 状态，因为底物结合稳定了 R 状态。底物的结合通过增加概率将平衡更多地转移到 R 状态
每个酶都会结合，并增加结合的底物平均数量（协同性）。
ATP 也可以与 ATCase 的调节位点结合，但 ATP 并不会抑制 ATCase 的活性，实际上 ATP 会增加 ATCase 的活性。因此，在 ATP 浓度较高时，ATP 可以作为与 CTP 相竞争的调节位点的竞争者。因此，ATCase 的活性会随着 ATP 浓度的增加而增加。这种活性的增加可能具有潜在的生理学解释。ATP 浓度高意味着嘌呤核苷酸浓度高，因此 ATCase 活性增加将增加嘧啶的浓度。因此，嘌呤和嘧啶的浓度将更加平衡。此外，细胞中 ATP 的含量高意味着有能量用于 mRNA 合成和 DNA 复制等过程，因此 ATCase 可以增加嘧啶的含量，然后可以用于这些过程。
在 N-(磷酰乙酰)-L-天冬氨酸 (PALA) 存在的情况下，PALA 是一种双底物类似物，它类似于酶促途径中的底物中间体，PALA 会抑制 ATCase，后者与活性位点结合。然而，这种抑制作用揭示了 PALA 结合后四级结构的变化。两个催化三聚体被分离到它们各自的 T 状态和 R 状态。这种抑制不是别构的，而是引入了催化亚基，这些亚基负责这种完整的反馈抑制途径的别构抑制。
T 状态与 R 状态 T 状态已知会使分子绷紧，从而提高需要与酶结合的底物量才能达到 1/2 Vmax (Km)。T 状态活性较低，并受 CTP 结合的青睐。CTP 的作用是 T 状态变得稳定。这意味着更难将酶转化为 R 状态。另一方面，R 状态已知更松弛，并降低了 Km。随着底物浓度的增加，平衡将从 T 状态转移到 R 状态。在 R 状态下，分子更活跃，这意味着底物结合更受青睐。ATP 对 R 状态的影响是它被稳定了，这使得底物更容易结合。
同促效应 --- 底物对别构酶的影响。
异促效应 --- 非底物分子对别构酶的影响，例如 CTP 和 ATP 对 ATCase 的影响
胞嘧啶三磷酸（CTP）是ATCase的最终产物，它充当别构调节剂。氨基甲酰磷酸和天冬氨酸缩合成N-氨基甲酰天冬氨酸中间体，然后形成CTP。CTP结合到调节亚基的r链上，该链不与c链接触。CTP的结合稳定T状态并降低底物亲和力。即使调节亚基上的结合位点远离催化亚基，但结合会导致四级结构的变化，这会促进T状态的稳定和抑制。因此，它会导致S形曲线向右移动。当[CTP]浓度较低时，反应将快速进行，但在较高浓度下，CTP将通过调节或别构位点（而非活性位点）作为ATCase的抑制剂。这是一个负反馈的例子，其中最终结果将终止起始反应。ATP可以逆转CTP对ATCase的反馈抑制。
异构效应 --- 非底物分子对酶的影响
随着天冬氨酸浓度的增加，产物N-氨基甲酰天冬氨酸的形成速度增加。由于它具有协同性，因此可以观察到它的曲线具有S形特征，这意味着一个位点上的底物结合会增加其他底物与分子其他结合位点结合的亲和力。ATCase的S形曲线包含两个米氏曲线，一个具有较高的KM值（通过T状态显示），另一个具有较低的KM值（通过R状态显示）。底物与一个亚基的结合以及随之而来的所有其他亚基的变化被称为协同性。在协同性中，一个位点的结合会增加或减少酶另一个位点的结合。这是由于相邻亚基残基的构象变化影响了其他催化亚基形状的变化。这个过程类似于血红蛋白如何协同结合氧气分子。
该酶有两个活性位点。一个是用于底物，另一个是用于调节位点的别构激活剂。当别构激活剂未与调节位点结合时，酶的活性位点无法结合底物。另一方面，如果别构激活剂与酶结合，它会改变活性位点的形状，使底物能够结合，从而产生产物。该酶将保持活性，直到别构激活剂离开酶。
生物化学第六版。Berg, Jeremy M; Tymoczko, John L; Stryer, Lubert. W.H. Freeman Company, New York