天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）

概述

天冬氨酸转氨甲酰酶（aspartate transcarbamoylase, ATCase）是[[嘧啶]]核苷酸从头合成的关键限速酶，催化氨甲酰磷酸与天冬氨酸缩合生成N-氨甲酰天冬氨酸（即乳清酸合成的第一步）。ATCase是别构调控的教科书级范例，其**结构**与功能的关系被邹承鲁等学者深入阐明。

酶学结构特征

大肠杆菌ATCase（c₆r₆）由6个催化亚基（C亚基，组成2个催化三聚体）和6个调节亚基（R亚基，组成3个调节二聚体）组成，总分子量约310 kDa。催化亚基负责底物结合和催化，调节亚基负责感知效应物。两类亚基通过锌原子（Zn²⁺）连接。

催化反应

$催化反应：$

[[氨甲酰磷酸]]+[[C4：天冬氨酸（Asp，aspartate）]]-->[[N-氨甲酰天冬氨酸（N-carbamoyl aspartate，C-Asp）]]+{i}$

\usepackage{chemfig}
\definecolor{cpk_P}{rgb}{1.00, 0.50, 0.00}     % P
\begin{document}
\chemfig{
C
	(=[2,]O
		-[2,0.5,,,,transparent] %上边界支撑
	)
	(-[4,]H_2N)
	(-[,]
		% P
		-[0,0.2,,,,transparent]{\chemmove{\draw[ultra thick,green,fill=cpk_P,line width=2pt] (0.1,0.12)circle(6pt);}P})
}
+
\chemfig{
C
	(-[4,1]H_3N^{+})
	(-[2,1]COO^{-})
	(-[0,1]H)
	-[6,1]\textcolor{red}{C}(-[7.9,0.35,,,,transparent]\textcolor{red}{H_{2}})
	-[6,1,,,red]\textcolor{red}{C}(-[0.05,0.5,,,,transparent]\textcolor{red}{OO^{-}})
}

\begin{tikzpicture} 
\draw [->] (0,0) to node[above] {ATCase} (1.4,0); 
\end{tikzpicture}

\chemfig{
C
	(-[4,1]H_2N^{+}-[4,1]C
		(=[5]O)
		(-[3]H_{3}N^{+})
	)
	(-[2,1]COO^{-})
	(-[0,1]H)
	-[6,1]\textcolor{red}{C}(-[7.9,0.35,,,,transparent]\textcolor{red}{H_{2}})
	-[6,1,,,red]\textcolor{red}{C}(-[0.05,0.5,,,,transparent]\textcolor{red}{OO^{-}})
}
+{i}$

\end{document}

催化过程中，氨甲酰磷酸先结合（有序机制），诱导活性位点闭合，再结合天冬氨酸进行亲核攻击，释放磷酸。

别构调控

ATCase的调控堪称精妙：

• **CTP反馈抑制**：[[嘧啶]]终产物CTP结合于R亚基，稳定T态（紧张态），降低酶对天冬氨酸的亲和力

• **[[ATP：三磷酸腺苷]]前馈激活**：ATP结合于R亚基的另一位点，稳定R态（松弛态），提高酶活性——体现了嘌呤/嘧啶核苷酸池的平衡调节

• **协同效应**：天冬氨酸的结合呈S形曲线，表现出显著的正协同性

参考资料

• ATCase的T→R态转变涉及催化三聚体的相对旋转（约12°）和轴向分离（约1.1 nm），是别构效应的结构基础

• ATCase是变构酶研究史上最重要的模型蛋白之一