反馈抑制是指过程的输出被用作输入来控制过程本身的行为的现象，通常限制更多产品的生产。虽然负反馈在抑制的背景下使用，但负反馈也可以用于促进某个过程。负反馈的日常例子是汽车中的巡航控制。汽车的速度越快，超过巡航控制速度，刹车施加的力量就越大，使汽车减速。如果汽车速度过慢，就会向发动机供给更多燃油，使汽车加速。在生物学环境中，酶产生的产物越多，酶对产生额外产物的抑制就越强。

许多酶催化的反应是通过生化途径进行的。在这些途径中，一个反应的产物成为下一个反应的底物。在途径的末端，合成了所需的产物。为了严格控制该产物的浓度，需要关闭生化途径。这是通过反馈抑制实现的。该途径中最终反应的产物与途径中某个地方的酶的别构位点发生反应，改变酶的构象。由于构象改变，该酶不再能够有效地与底物结合，从而关闭该途径并阻止最终产物的合成。最终产物的浓度越高，该产物与酶的别构位点结合的可能性就越大，从而关闭该途径。

反馈抑制中存在许多中间体和途径。通常最终产物 Z 会抑制初始反应物 A。

负反馈机制

每个代谢反应或过程都受几种酶的调节。这些酶控制这些反应的速率，因此在维持稳态方面起着至关重要的作用。以下是这种抑制方式的通用图。我们将从一个底物开始，该底物被酶 1 攻击，形成产物 A，然后产物 A 作为酶 2 的底物，形成产物 B。然后产物 B 成为酶 3 攻击的底物，形成我们的最终产物。

底物 ---酶 1--> 产物 A ----酶 2---> 产物 B ----酶 3----> 最终产物

请记住，最终产物通常是身体使用并维持稳态所必需的。在这个反应中，中间体、产物 A 和产物 B 的目的是推动反应进行以达到最终产物，因此抑制机制不是从这些中间体开始，而是从最终产物开始。随着最终产物量的增加，系统对酶 1 施加了一种停止效应，减慢了中间体 A 和 B 的产生，减少了最终产物的形成。当最终产物的水平降至阈值以下时，负反馈的影响减弱，酶 1 被重新激活，反应过程将再次开始。

那么，哪些力量负责产生这些反馈反应呢？有几个调节器会影响给定的过程。例如，下丘脑和垂体产生的并分布的激素和化学信号是参与反馈回路的调节器。为了说明本节的概念，让我们研究一下血糖水平的调节。胰岛素和胰高血糖素是两种与调节血糖水平密切相关的调节剂。胰岛素负责触发体内不同细胞从血液中吸收葡萄糖，并将多余的葡萄糖储存为糖原，以备日后使用。相反，胰高血糖素的作用是将糖原供应转化为葡萄糖。当血糖水平过低时，胰腺的胰岛 A 细胞会释放胰高血糖素。胰高血糖素随后激活糖原向葡萄糖的转化，直到血液中的糖水平恢复到正常状态。当血糖过高时，胰岛的胰岛 B 细胞会释放胰岛素，导致体内细胞快速摄取糖，从而降低血糖水平至正常水平。

正反馈

与负反馈相反，正反馈是指输出被用作信号以增加输出的进一步响应。换句话说，如果过程 A 导致结果 B，则 B 会增强过程 A，导致级联反应，其中发生更多 B，从而导致更多 A 发生，依此类推。正反馈回路的一个例子是进化，其中一个生物体进化并变得更善于捕猎猎物，例如，猎物进化出更好的防御机制，例如速度更快，这会导致捕食者通过进化出更好的追逐技能来适应，依此类推。请注意，正反馈或负反馈机制并不一定是有益的或有害的；它们只指抑制或传播发生的机制。

反馈抑制的例子

反馈抑制控制着氨基酸的生产。反馈抑制的好处是，对其他过程（如卡尔文循环和糖酵解）至关重要的构建块，例如 3-磷酸甘油酸，得到最佳利用，不会浪费。

注意：此处显示了 3-磷酸甘油酸的结构

反馈抑制还控制着核苷酸的产生。嘧啶（胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶）与嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）具有不同的途径和反馈机制。天冬氨酸转氨甲酰酶 [1] 调节细菌中嘧啶的合成。嘌呤生产的调节从 PRPP 或 5-磷酸核糖-1-焦磷酸开始，它被转化为磷酸核糖胺。该途径被 IMP、AMP 和 GMP 抑制。然后磷酸核糖胺被转化为 IMP。IMP 是腺嘌呤和鸟嘌呤的共同前体。从 IMP 到 AMP 和 GMP 的腺嘌呤和鸟嘌呤前体的途径分别被分离。IMP 到 AMP 被 AMP（腺嘌呤前体）抑制，IMP 到 GMP（鸟嘌呤前体）被 GMP 抑制，因此产物抑制着前体。

当胆固醇水平低时，肝脏中的胆固醇生产被催化。这是通过称为固醇调节元件结合蛋白或 SREBP 的转录因子的转录水平来实现的。SREBP 的作用是通过与称为固醇调节元件或 SRE 的短 DNA 链结合来增加 mRNA 转录速率。相反，还原酶的翻译被消耗的胆固醇和其他衍生物抑制。

负反馈会导致抑制，但生物系统中的另一个强大工具是正反馈循环。这个过程与负反馈相反。我们可以在催化级联过程中找到它的一个例子，例如血液凝固。一个初始因子将开始级联反应，例如催化或激活蛋白酶，并且每一步，由于链式反应，都会有额外的步骤随之而来。每一步都会放大最初给出的信号，直到它到达目的地或目的。从这个意义上说，只需要少量的初始因子，因为后续的步骤提供了有效的放大。

反馈抑制是一种别构调节的形式，其中一系列酶促反应的最终产物大量积累。当产生过多的这种产物时，最终产物与反应序列中第一个酶的别构位点结合，抑制其活性。这会在第一步阻止反应，这样就不会产生更多的过量产物。在上图中，倒数第二个产物是通过别构方式与第一个酶的活性位点结合来阻止反应的产物。这样做是为了说明并非所有的反馈抑制都完全明确。不同的过程将根据各种因素进行不同的调节，例如所涉及的酶和底物，以及反应发生的条件。

ATCase

天冬氨酸转氨甲酰酶催化嘧啶生物合成的第一步。如上所述，在天冬氨酸转氨甲酰酶催化嘧啶生物合成中的关键步骤（也称为天冬氨酸和氨甲酰磷酸的缩合反应）后，形成 N-氨甲酰天冬氨酸。该反应会生成嘧啶核苷酸，如胞嘧啶三磷酸 (CTP)（见下图）。

CTP 分子也已知与天冬氨酸转氨甲酰酶 (ATCase) 结合，参与反馈抑制（见图：CTP 抑制 ATCase）。CTP 是 ATCase 启动的代谢途径的最终产物，当 CTP 过量时会抑制 ATCase。当 CTP 过量时，酶活性下降，这解释了为什么 CTP 倾向于使酶处于活性较低的 T 状态。这种类型的抑制确保当嘧啶浓度过高时，N-氨甲酰天冬氨酸和其他后续代谢中间体不会过度生成。

像 ATCase 这样的变构调节酶不遵循 Michaelis-Menten 动力学。变构酶与其他酶的区别在于它们对底物浓度变化的响应，以及它们易受其他分子调节的影响。对于 ATCase，产物生成速率与底物浓度的关系图与遵循 Michaelis-Menten 动力学的酶的预期关系图不同。相反，ATCase 的曲线呈 S 形，这是因为底物与酶的一个活性位点结合会提高其他活性位点的活性。这意味着酶具有协同特性，类似于血红蛋白，血红蛋白是我们血液中一种运输氧分子的蛋白质。（见图：ATCase 呈 S 形动力学）。

CTP 的结构与反应底物不同。因此，CTP 必须结合不同的活性位点，即调节位点。

对羟基汞苯甲酸会将 ATCase 的催化亚基 (c 链) 和调节亚基 (r 链) 分开，其中对羟基汞苯甲酸会与 ATCase 中半胱氨酸残基上的巯基发生反应。（见图：半胱氨酸残基的修饰）。超速离心研究表明，汞化合物可以将 ATCase 解离成这两种亚基，然后可以使用离子交换层析分离这些亚基。在这种情况下，离子交换层析是有效的，因为亚基的电荷不同。由于亚基的大小不同，也可以通过蔗糖密度梯度离心分离亚基。ATCase 由 6 个亚基组成，两个三聚体。其中一个是由调节二聚体和催化三聚体组成。CTP 是一种变构抑制剂，它与活性较低的 T 状态的调节亚基结合，这种状态有利于 CTP 结合。CTP 会降低酶的活性。ATP 会与 CTP 竞争，因为 ATP 通过与 CTP 结合位点相同的位置结合来刺激反应。

两条 c 链相互堆叠，并连接到三条 r 链。r 链与 c 链之间的接触由一个与四个半胱氨酸残基结合的锌离子稳定。为了分离 r 链和 c 链，可以使用汞化合物对羟基汞苯甲酸。这种化合物可以分离这些链，因为它含有汞，汞与半胱氨酸残基具有很强的结合力，会显示锌离子并使其不稳定。

有关 ATCase 的更多信息，请访问：[2]

参考文献

Berg, Jeremy M., Lubert Stryer, and John L. Tymoczko. "The BioSynthesis of Amino Acids." Biochemistry. 6th ed. 697-98. 723-724. 742-743.

http://www.scribd.com/doc/8639011/161-Negative-Feedback-Mechanisms.