蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的提纯、性质及钾离子激活的别构动力学

从乌梢蛇肌肉中提纯了果糖1,6-二磷酸酯酶,其最适pH在中性,分子量14万,由四个亚基组成,二价金属离子镁、锰或锌为表现活力所必需,一价金属离子钾、铵和铯能激活此酶。在不同浓度的甲醇、乙二醇、甘油和二甲基甲酰胺的水溶液中测活表明,蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶比兔肌的这一酶更易失活,提示了在蛇肌酶分子中疏水键对维持酶的三维结构起着更大的作用。K~ 存在下,蛇肌酶的最适pH从无K~ 时的6.6位移至7.0;而兔肌酶在同样条件下,不论有否K~ ,均为pH7.4。表明K~ 对蛇肌酶有专一性的相互作用。K~ 对蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的激活是一别构激活作用,具有正协同性,但其Hill系数随着底物浓度的增高而减小;另一方面,底物抑制的阈值随着K~ 浓度增高而上升,表明K~ 与过量底物为一对相拮抗的别构效应剂,它们与酶的结合部位之间存在着相互作用。K~ 的别构效应导致过量底物与酶的亲和力下降,使酶趋于活性状态;过量底物的别构效应对抗了K~ 的激活,使酶趋于非活性状态。在K~ 存在下,5,5′-二硫-(2-硝基苯甲酸)与酶上巯基的反应速度较无K~ 的为快,表明K~ 的存在改变了酶的构象,使巯基更易发生反应。对于过量底物有抑制作用的酶,在其底物浓度大于抑制阈值的条件下的动力学处理,本文提出了一个公式和方法。     

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的低底物浓度动力学

本文报道了对蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的低底物浓度的动力学研究,采用酸碱指示剂方法能在0.25μmol/L的低底物浓度下对酶活力进行准确的测定。通过对动力学行为的分析,提出了蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的作用机制的模型,认为在低底物浓度和高底物浓度的情况下,酶催化水解果糖1,6-二磷酸的机制不同。推导得到了酶的初速度方程,用电子计算机拟合求得了七个表观动力学参数。统计检验表明,本文提出的机制能够较好地拟合实验结果。     

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的冷失活

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶在0℃左右很易失活。这是它不同于兔肌果糖1,6-二磷酸酯酶的一个特性。这种冷失活可被底物保护,提高溶液中酶蛋白的浓度可降低其失活程度。现有的结果表明,这一失活是不可逆的,且不伴随有亚基的解离或整个分子结构的松散;但用1-苯胺萘-8-磺酸作萤光探剂和用5,5'-硫-二(2-硝基苯甲酸)与巯基反应可探测到酶分子在低温诱导下发生了比较小的构象变化。     

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的冷失活

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶在0℃左右很易失活。这是它不同于兔肌果糖1,6-二磷酸酯酶的一个特性。这种冷失活可被底物保护,提高溶液中酶蛋白的浓度可降低其失活程度。现有的结果表明,这一失活是不可逆的,且不伴随有亚基的解离或整个分子结构的松散;但用1-苯胺萘-8-磺酸作萤光探剂和用5,5'-二硫-二(2-硝基苯甲酸)与巯基反应可探测到酶分子在低温诱导下发生了比较小的构象变化。     

蛇肌果糖1，6－二磷酸酯酶果糖2，6－二磷酸和底物抑制的结合部位

在果糖１,６—二磷酸酯酶中果糖２,６—二磷酸可能与底物抑制的作用方式不同,因为蛇肌果糖１,６－二磷酸酯酶ｐＨ９．２的活性受到果糖２,６－二磷酸的抑制,而不受高浓度底物的影响。Ｋ＋能增强果糖２,６—二磷酸对酶活性抑制,并能较大程度地解除过量底物的抑制。快反应流基修饰酶不再受较低浓度果糖２,６—二磷酸的抑制,但高浓度果糖２,６—二磷酸仍能抑制酶活性,其ＩＣ５０增大４０倍。修饰酶受底物抑制的阈值不变。为胰蛋白酶或枯草杆菌蛋白酶限制性酶解的果糖１,６—二磷酸酯酶受过量底物和果糖２,６—二磷酸抑制的行为也不相同。以上结果可能提示在蛇肌果糖１,６—二磷酸酯酸中存在既有别于ＡＭＰ,又有别于过量底物的结合部位。     

磷酸吡哆醛修饰的蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的时间分辨荧光分析

在别构抑制剂AMP或底物果糖1,6-二磷酸(FruP_2)存在下,磷酸吡哆醛(PLP)分别专一性地修饰在蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶(FruP_2ase,E.C.3.1.3.11.)的催化部位或别构部位。测得了修饰在催化部位或别构部位的PLP的荧光寿命及其连续分布。通过荧光寿命分布宽度的比较,认为该酶的活性部位柔性大于别构部位的柔性。     

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶激活和抑制状态的进一步研究

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶(FruP_2ase)在K~+存在下或经枯草杆菌蛋白酶或胰蛋白酶限制性酶解后,其中性pH的活力均有2倍或2倍以上增加。三种高活性形式的酶其紫外差光谱都同酶在尿素中的差光谱峰形基本一致。它们在受底物抑制的阈值、Mg~(2+)活化行为、K_m值、最适pH、同DTNB反应的能力以及巯基修饰后酶活力的变化等方面均有明显不同。说明三种高活性形式的酶构象呈松弛状态,但是在构象上是有差别的。受AMP抑制的酶2个快速反应巯基被DTNB修饰后,其pH7.5活力增加到对照酶活力的2.5倍,在这种条件下可反应的总巯基数为4,这时酶仍可保持在高活性状态。而底物抑制的酶,则观察不到快反应巯基,这种条件下,可反应的总巯基数为14。说明受AMP抑制的酶的构象比受底物抑制的酶的构象更为紧凑。     

AMP对蛇肌果糖-1,6-二磷酸酯酶pH9.2活力的激活作用——蛋白水解酶限制性酶解作用不是果糖-1,6-二磷酸酯酶变成碱性酶的唯一原因

低纯度的NADP⁺ 中含有一种在pH 9.2能够激活蛇肌果糖- 1 ,6 -二磷酸酯酶活力的物质 .经过分离鉴定 ,证明它就是 5′- AMP .该激活作用只有当较高浓度的Mg ²⁺ 存在时才表现出来 .在AMP的存在下 ,果糖 -1 ,6 -二磷酸酯酶的行为很像碱性酶 .Mg ²⁺ 激活动力学表明 ,AMP和Mg ²⁺ 在对蛇肌酶活力调节上存在着竞争关系 .AMP能解除高浓度Mg ²⁺对酶在碱性pH活力的抑制作用 .以往认为果糖- 1 ,6 -二磷酸酯酶由中性酶变成碱性酶均是由蛋白水解酶限制性酶解引起的 ;现报道 5′- AMP也能将蛇肌酶变成碱性酶 ,指出蛋白水解酶限制性酶解作用不是造成该酶由中性酶变为碱性酶的唯一原因 ,并且也可能有生理调节作用 .     

蛇肌果糖-1,6-二磷酸酯酶的别构部位

比较蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的别构抑制剂AMP和它的类似物对该酶的抑制作用的结果表引,5′-AMP的嘌呤环上6位氨基以及核糖上5′磷酸基团是抑制剂和别构部位结合所必需的。8-BrAMP和5′-AMP具有相似的抑制能力,表明嘌呤环上的咪唑部分对于AMP的抑制作用贡献不大。5′-d-AMP对蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的抑制作用比较特殊,按照50%抑制该酶时的抑制剂浓度计算,得到的抑制常数为3×10~(-6)M,其数值和5′-AMP的抑制常数接近。但是当抑制剂浓度增大时所能达到的最大抑制程度只有60%左右。表明5′-dAMP和5′-AMP结合后,对果糖1,6-二磷酸酯酶的催化部位的影响不同,2′羟基和酶的结合可能和别构部位的信号传导到催化部位有关系。被水溶性羰二亚胺修饰的蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶受5′-AMP的抑制作用和5′-dAMP的抑制作用相似,推测这个传导变构部位的信息到催化部位去的基团有可能和羧基有关。     

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶精氨酸残基的化学修饰

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的精氨酸残基被苯乙二醛或2,3-丁二酮修饰后,可导致酶催化活性以及对AMP抑制的敏感性的丧失。在修饰时,有底物或AMP存在,可分别保护酶的这两种性质,表明与活力有关以及与AMP抑制有关的是两类不同的精氨酸残基。在底物保护了与活力有关的精氨酸残基后,可以观察到修饰引起酶对AMP抑制的脱敏,完全脱敏后,每一亚基有2个精氨酸残基被修饰。在本文条件下,K~ 对酶的激活作用以及K~ 存在时酶对AMP抑制敏感性增强等性质均不因精氨酸残基的修饰而变化。     

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶精氨酸残基的化学修饰

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶的精氨酸残基被苯乙二醛或2,3-丁二酮修饰后,可导致酶催化活性以及对AMP 抑制的敏感性的丧失。在修饰时,有底物或AMP 存在,可分别保护酶的这两种性质,表明与活力有关以及与AMP 抑制有关的是两类不同的精氨酸残基。在底物保护了与活力有关的精氨酸残基后,可以观察到修饰引起酶对AMP 抑制的脱敏,完全脱敏后,每一亚基有2个精氨酸残基被修饰。在本文条件下,K~+对酶的激活作用以及K~+存在时酶对AMP 抑制敏感性增强等性质均不因精氨酸残基的修饰而变化。     

蛇肌果糖1,6—二磷酸酯酶的R态和T态的构象

几种高活性形式的蛇肌果糖１,６－二磷酸酯酶的紫外差光谱与酶在尿素或盐酸胍中差光谱相似,它们的酶学性质及巯基暴露的程度各不相同,提示这些高活性形式的酶的构象呈稳定的松驰状态,构象松驰的程度也各不相同,受果糖２,６－二磷酸、ＡＭＰ的过量底物抑制的酶处于帮种不同的低活性状态,它们的构象特征与Ｒ态相反,提示此三种低活性酶构象处于较紧凑状态,这几种Ｔ态酶巯基暴露的程度,受蛋白水解酶限制性酶解的速度不同,说明     

蛇肌果糖1，6－二磷酸酯酶、果糖2，6－二磷酸、AMP的结合部位关系

腺苷－磷酸（ＡＭＰ）对４个快反应巯基被修饰的蛇肌果糖１,６－二磷酸酯酶活性的抑制作用增强,而该修饰的酶受果糖２,６－二磷酸的抑制脱敏。ＡＭＰ对酶抑制为半部位反应,酶受果糖２,６－二磷酸抑制的脱敏则表现为全部位反应。经枯草杆菌蛋白酶限制性酶解的果糖１,６－二磷酸酯酶的Ｋｉ（ＡＭＰ）增大１０倍,但受果糖２,６－二磷酸抑制的性质不变。经胰蛋白酶限制性酶解的果糖１,６－二磷酸酯酶的活性不再为ＡＭＰ抑制,但果糖２,６－二磷酸对该形式酶的抑制作用则明显增强,由于该酶失去受ＡＭＰ的抑制作用,因此ＡＭＰ促进果糖２,６－二磷酸抑制的性质亦随之丧失。据此提出在蛇肌果糖１,６－二磷酸酯酶中果糖２,６－二磷酸不是结合在ＡＭＰ结合部位上的看法。     

蛇肌果糖1,6—二磷酸酯酶,果糖2,6—二磷酸,AMP的结…

腺苷一磷酸对４个快反应巯基被修饰的蛇肌果糖１,６－二磷酸酯酶活性的抑制作用增强,而该修饰的酶受果糖２,６－二磷酸的抑制脱敏,ＡＭＰ对酶抑制为半部位反应,酶受果糖２,６－二磷酸抑制的脱敏则表现为全部位反应,经枯草杆菌蛋白酶限制性酶解的果糖１,６－二磷酸酯酶的Ｋ１增大１０倍,但受果糖２,６－二磷酸抑制的性质不变,经胰蛋白酶限制性酶解的果糖１,６－二磷酸酯酶的活性不再为ＡＭＰ抑制,但果糖２,６－二磷酸对     

蛇肌醛缩酶中巯基的研究

用DTNB为修饰试剂,较为详细地研究了蛇肌醛缩酶各类巯基的反应性能与作用。蛇肌醛缩酶由四个亚基组成,在尿素存在下,酶分子总的巯基数为32;而天然醛缩酶中仅测定到16个巯基,同时酶活性丧失。此外观察到天然醛缩酶中有4个对DTNB 呈快速反应的巯基,它们的被修饰并不影响活性。底物存在情况下,天然蛇肌醛缩酶中,仅测到10个巯基,而酶活性基本上不受影响,这表明有6个巯基被底物所保护,这6个巯基可能就是表现酶催化活性所必需的巯基。在底物存在情况下,用NEMI 修饰蛇肌醛缩酶,然后加入巯基乙醇停止反应,过量的试剂借透析除去,此时修饰了的酶制剂仍保留着绝大部分活性。再用DTNB 去检测巯基,可测定到6个,同时活性也丧失了。当可逆地除去DTNB 时,酶活性又重新逐渐恢复。此实验进一步支持蛇肌醛缩酶中有6个巯基是表现活性所必需的。我们过去工作指出蛇肌醛缩酶构型稍不同于兔肌醛缩酶,目前结果表明蛇肌醛缩酶的四个亚基的对称性可能不是完全相同的。     

蛇肌醛缩酶中巯基的研究

用DTNB为修饰试剂,较为详细地研究了蛇肌醛缩酶各类巯基的反应性能与作用。蛇肌醛缩酶由四个亚基组成,在尿素存在下,酶分子总的巯基数为32;而天然醛缩酶中仅测定到16个巯基,同时酶活性丧失。此外观察到天然醛缩酶中有4个对DTNB呈快速反应的巯基,它们的被修饰并不影响活性。底物存在情况下,天然蛇肌醛缩酶中,仅测到10个巯基,而酶活性基本上不受影响,这表明有6个巯基被底物所保护,这6个巯基可能就是表现酶催化活性所必需的巯基。在底物存在情况下,用NEMI修饰蛇肌醛缩酶,然后加入巯基乙醇停止反应,过量的试剂借透析除去,此时修饰了的酶制剂仍保留着绝大部分活性。再用DTNB去检测巯基,可测定到6个,同时活性也丧失了。当可逆地除去DTNB时,酶活性又重新逐渐恢复。此实验进一步支持蛇肌醛缩酶中有6个巯基是表现活性所必需的。我们过去工作指出蛇肌醛缩酶构型稍不同于兔肌醛缩酶,目前结果表明蛇肌醛缩酶的四个亚基的对称性可能不是完全相同的。     

醛缩酶的活性中心

醛縮酶經羧肽酶消化催化底物果糖-1,6-二磷酸分解的活力下降至7%以后,竞爭性抑制物果糖-6-磷酸对酶不再有抑制作用,說明被羧肽酶消化切除的C末端酪氨酸和酶与竞爭性抑制物的結合有关。此外还发现底物果糖-1,6-二磷酸能保护醛縮酶不受羧肽酶消化。因此我們认为C末端酪氨酸是醛縮酶的活性中心。酶分子通过它和竞爭性抑制物果糖-6-磷酸及底物果糖-1,6-二磷酸的-6-磷酸部分結合。利用邹承魯新近提出的方法推算,醛縮酶的三个酪氨酸末端中有二酪氨酸是酶的活性中心。     

蛇肌果糖1，6－二磷酸酯酶的R态和T态的构象

几种高活性形式的蛇肌果糖１,６－二磷酸酯酸的紫外差光谱与酶在尿素或盐酸胍中差光谱相似,它们的酶学性质及巯基暴露的程度各不相同,提示这些高活性形式的酶的构象呈稳定的松驰状态（Ｂ态）,构象松驰的程度也各不相同。受果糖２,６－二磷酸、ＡＭＰ和过量底物抑制的酶处于三种不同的低活性状态,它们的构象特征与Ｒ态相反,提示此三种低活性酶构象处于较紧凑状态（Ｔ态）。这几种Ｔ态酶流基暴露的程度,受蛋白水解酶限制性酶解的速度不同,说明这些Ｔ态酶的构象的紧凑程度是有差异的。蛇肌酶的不同的活化状态所具有不同的稳定的构象状态,在能量上可能相差很小,便于受到多种因子的调节。这可能是别构酶所普遍具有的现象。     

抑制剂对于存在底物抑制的酶的作用——果糖-1,6-二磷酸酯酶的抑制动力学

果糖-1,6-二磷酸酯酶(EG.3.1.3.11,简称FruP_2ase)是糖的异生作用过程中一个重要的酶。肝脏的FruP_2ase在动物饥饿时,利用其他来源的化合物来合成葡萄糖以满足脑部对葡萄糖的需要。肌肉中的FruP_2ase的生理功能尚不完全清楚。Newsholme等发现大黄蜂胸肌的FruP_2ase和果糖磷酸激酶构成的底物循环起着消耗ATP并产生热量,以维持大黄蜂在休息时胸腔的温度。FruP_2ase具有强烈的底物抑制作用。Boiteux等认为正是FruP_2ase的底物抑制和果糖磷酸激酶的产物激活作用,使得酵解过程产生周期性振     

粘质沙雷氏菌中果糖-1,6-/景天庚酮糖-1,7-二磷酸两个双功能酶的研究

[目的]明确粘质沙雷氏菌中两个FBPases是否同时具有催化果糖-1,6-二磷酸(F-1,6-BP)与景天庚酮糖-1,7-二磷酸(S-1,7-BP)的功能。[方法]PCR构建p ET28a-Sm-FBPase和p ET28a-Sm-Glp X,IPTG诱导表达于大肠杆菌并应用镍柱纯化靶蛋白。应用体外酶学分析Sm-FBPase与Sm-Glp X酶学特性。[结果]SDS-PAGE结果表明Sm-FBPase、Sm-Glp X的分子量是45 k Da、38 k Da。体外酶学分析表明两个酶均可催化F-1,6-BP和S-1,7-BP。Sm-Glp X是Mn2+或Mg2+依赖型酶,而Sm-FBPase的激活需要Mn2+。根据被测试的底物,Sm-FBPase最适p H 7. 0～7. 5、最适温度40℃; Sm-Glp X最适p H 8. 0、最适温度40～45℃。当F-1,6-BP作底物时,Sm-FBPase与Sm-Glp X的Kcat/Km分别为6. 88、7. 55 S-1mmol-1L。然而,当S-1,7-BP作底物时,Sm-FBPase与Sm-Glp X的Kcat/Km分别是3. 17、8. 54 S-1mmol-1L。[结论]Sm-FBPase和Sm-Glp X均可催化F-1,6-BP与S-1,7-BP,Sm-Glp X催化S-1,7-BP的效率是Sm-FBPase的2. 69倍。