PEP羧化酶催化机制与DEPC修饰的关键作用

磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的结构特异性

PEP的高能磷酸键是羧化反应的能量来源。烯醇式结构中的C2原子具有强亲核性，易与CO₂发生加成反应。玉米来源的PEPC（Phosphoenol pyruvate Carboxylase corn）对PEP的Km值约为0.2mM，表明其底物亲和力显著高于其他羧化酶。

羧化反应的双步骤酶促机制

-第-一-步-：CO₂活化与羧基转移

PEPC的活性中心结合Mg²⁺/Mn²⁺，使PEP的烯醇式氧原子配位，稳定负电荷过渡态。此时CO₂以碳酸氢根（HCO₃⁻）形式进攻C2原子，生成草酰乙酸（OAA）与无机磷酸（Pi）。该过程无需生物素参与，区别于丙酮酸羧化酶。

第二步：磷酸化酶活性的调控作用

玉米PEPC的丝氨酸残基可被磷酸化修饰。磷酸化导致酶构象改变：

• 酶对PEP的Km值降低3倍（从1.1mM降至0.4mM）

• 变构抑制剂天冬氨酸的IC50升高10倍

这种翻译后修饰使酶在低光强下维持高活性，适应C4植物的碳浓缩需求。

DEPC修饰对酶活性的抑制机制

二乙基焦碳酸酯（DEPC）特异性修饰组氨酸残基的咪唑环：

1. 0.5mM DEPC处理5分钟，玉米PEPC活性丧失90%

2. 组氨酸His138被修饰后，破坏与PEP羧基的氢键网络

3. 加入0.2M羟胺可逆转75%失活，证明修饰位点可逆性

该实验证实His138是质子传递的关键残基，参与稳定反应中间体。

玉米PEPC的变构调节网络