酶和其他蛋白质一样，它的合成可在复制（replication）、转录（transcription）和翻译（translation）等各种水平上进行调节控制。对于原核生物来说，由于其转录和翻译过程紧密关联，因此，只要控制转录，就可控制酶的合成。原核生物的转录调节机制现在普遍接受的是操纵子模型。

1.操纵子

操纵子（operon）包括结构（structure）基因、启动（promotor）基因和操纵（operator）基因三个部分。结构基因荷载着有关酶的结构密码，决定酶的结构和性质。在代谢功能上相互关联的酶，其结构基因常集中在操纵子DNA链的一个或几个特定区段内，组成多顺反子（polycistron）。操纵基因和启动基因等组成操纵子的调控部分。

图4-5所示为大肠杆菌的乳糖操纵子（lac操纵子）的结构示意图。这是个较简单的操纵子模型，其中Z、Y和A分别代表与乳糖代谢有关的三种酶的结构基因；它们和操纵基因等共同组成一个基因表达调控单位。操纵基因在操纵子中起“开关”作用，当开关“开启”时，附着在启动基因上的依赖于DNA的RNA聚合酶（DNA dependent RNA polymerase，DDRP）就能通过这一开关，沿着结构基因移动，并以结构基因为模板进行转录，合成相应的mRNA；而后mRNA再转入翻译，合成有关蛋白质或酶。反之，当操纵基因"关闭"时，DDRP无法从起始点滑向结构基因，转录无法进行，当然也就不能合成相应的蛋白质或酶。操纵基因的开和关又受调节基因（regulator gene）的控制。调节基因编码调节蛋白，调节蛋白是一类别构蛋白，大多表现阻遏作用（repression），故称为阻遏蛋白（repressor）。在某些酶的合成调节机制中，阻遏蛋白直接和操纵基因结合，阻遏转录的进行；而在另一些酶的合成调节机制中，阻遏蛋白本身不能直接和操纵基因结合，只有在相应的效应物存在的条件下，两者结合形成阻遏蛋白—效应物络合物以后，才能进一步与操纵基因结合，使之关闭，这种效应物称为辅助阻遏物（co-repressor）。

图4-5 大肠杆菌的乳糖操纵子（lac操纵子）结构示意图

操纵子是酶合成调控的结构基础。结构基因决定酶的结构和性质，但不影响酶的合成速度和水平。对特定的酶而言，其合成水平的调节要通过控制结构基因以外的其他基因部分（如操纵基因等）实现。调节方式有两种：诱导和阻遏。

2.诱导和阻遏

某些酶在通常情况下不能合成或者合成很少，但加入“诱导物”（inducer）后，就能大量合成，这种现象称为诱导（induction）。在酶的诱导中，调节蛋白就是阻遏物，诱导物就是效应物。在没有诱导物时，调节蛋白直接和操纵基因结合，阻遏酶的合成；当诱导物出现时，它们能和诱导物结合，发生变构效应，失去和操纵基因结合的能力，使“开关”打开。因此，加入诱导物时能诱导酶大量合成。参与分解代谢的酶，如淀粉酶、纤维素酶等受这种方式调节。

另一种调节方式称为阻遏。阻遏有两种类型：末端代谢产物（反馈）阻遏和分解代谢产物阻遏。在生物的生长发育过程中，原以一定速度合成某些酶，当这些酶催化生成的产物过量积累时，这些酶的合成就会受到阻遏，这就称作末端代谢产物阻遏（end product repression），也称为反馈阻遏（feedback repression）。末端代谢产物阻遏的机制可能是阻遏蛋白本身没有和操纵基因结合的能力，因而在通常情况下不会构成阻遏；但是，这种阻遏蛋白能以酶反应的末端代谢产物为效应物，即辅阻遏物，与之结合，产生别构效应，形成能和操纵基因结合的阻遏蛋白—终端产物络合物，阻遏酶的合成。参与合成代谢的酶受这类调节方式控制。某些参与分解代谢的酶也可能受终端产物阻遏调控。末端代谢产物阻遏在微生物代谢调节中有重要作用，它保证了细胞内各种物质维持适当的浓度，当微生物已合成足量的产物，或从外界加入了该物质，就停止有关酶的合成，而缺乏该物质时，又开始合成有关的酶。

分解代谢产物阻遏（catabolite repression）是指有些酶，特别是参与分解代谢的酶，当细胞在容易被利用的碳源（如葡萄糖）上生长时，其合成受到阻遏，这种现象也称为葡萄糖效应（glucose effect）。分解代谢产物阻遏的机制较复杂，原因之一可能和启动基因与DDRP的结合有关。因为转录速度取决于启动基因的强弱以及它和DDRP的结合速度，而它和DDRP的结合又与某些因子，例如cAMP有关。cAMP是“分解代谢产物（基因）活化蛋白”[catabolite（gene）activation protein，CAP]或“cAMP受体蛋白”（camp receptor protein，CRP）活化的必要因子。某些实验表明，在进行转录时，只有当CAP被cAMP活化并一起进入到启动基因的某结合位点以后，DDRP才能附着到启动基因上，催化转录的进行。葡萄糖等碳源的某种中间代谢产物（X）能阻止ATP环化形成cAMP，同时还能促进cAMP分解成AMP，导致cAMP浓度下降，无法形成有效的cAMP-CAP络合物，继而阻遏转录的进行。反之，如果加入cAMP，阻遏就能得到减轻或解除。但这种解释可能不是分解代谢产物阻遏的全部机制，因为也有一些例证说明分解代谢产物阻遏与cAMP无关。(www.daowen.com)

真核生物的蛋白质合成调节机构和原核生物基本相同，但更加复杂。图4-6所示为真核生物的蛋白质合成调节机构示意图。不同之处如下所述。

（1）DNA和组蛋白等结合在一起，以染色质形式存在，组蛋白等对复制和转录过程起调控作用。

（2）每个结构基因都有自己的启动基因等调控系统，独立进行转录，不形成多顺反子，其结构基因中包含不编码氨基酸的插入序列（intervening sequence），称为内含子（intron），相对应的编码序列称为外显子（extron）。

（3）似乎没有和操纵基因相对应的“开关”，一种称为促进子（enhancer）的DNA序列调控着DDRP和启动基因的结合，一旦两者结合就能开始转录。

图4-6 真核生物的转录、翻译调节机构示意图

（4）形成的mRNA要在5′-端接上pppG（即“戴帽”），在3′-端加poly A序列（即加尾），中间还有修剪（trimming和clipping）以及剪接（splicing，移除内含子）等转录后加工过程。

（5）翻译后形成的蛋白质通常还需要活化、添加辅基、糖苷化以及形成多亚基结构等翻译后加工程序才具有相应的生物活性。

3.打破酶合成调节机制限制的方法

酶的合成调节机制保证了生物机体能将体内的原料与能量最经济有效地用于合成生命最需要的物质。但是，从应用目的出发，则应设法打破这种调节控制，以期使某些酶的产量大幅度地提高。事实上，已有的报道表明，在采取相应的措施后，参与分解代谢的酶类，其产量可有上千倍的变化，而参与合成代谢的酶类，其产量也能有百倍之悬殊。打破这种调节可从内、外两方面入手：①条件控制，如添加诱导物、降低阻遏物浓度；②遗传控制，如基因突变和基因重组；③其他方法。