反饋抑制是指過程的輸出被用作輸入來控制過程本身的行為的現象，通常限制更多產品的生產。雖然負反饋在抑制的背景下使用，但負反饋也可以用於促進某個過程。負反饋的日常例子是汽車中的巡航控制。汽車的速度越快，超過巡航控制速度，剎車施加的力量就越大，使汽車減速。如果汽車速度過慢，就會向發動機供給更多燃油，使汽車加速。在生物學環境中，酶產生的產物越多，酶對產生額外產物的抑制就越強。

許多酶催化的反應是透過生化途徑進行的。在這些途徑中，一個反應的產物成為下一個反應的底物。在途徑的末端，合成了所需的產物。為了嚴格控制該產物的濃度，需要關閉生化途徑。這是透過反饋抑制實現的。該途徑中最終反應的產物與途徑中某個地方的酶的別構位點發生反應，改變酶的構象。由於構象改變，該酶不再能夠有效地與底物結合，從而關閉該途徑並阻止最終產物的合成。最終產物的濃度越高，該產物與酶的別構位點結合的可能性就越大，從而關閉該途徑。

反饋抑制中存在許多中間體和途徑。通常最終產物 Z 會抑制初始反應物 A。

負反饋機制

每個代謝反應或過程都受幾種酶的調節。這些酶控制這些反應的速率，因此在維持穩態方面起著至關重要的作用。以下是這種抑制方式的通用圖。我們將從一個底物開始，該底物被酶 1 攻擊，形成產物 A，然後產物 A 作為酶 2 的底物，形成產物 B。然後產物 B 成為酶 3 攻擊的底物，形成我們的最終產物。

底物 ---酶 1--> 產物 A ----酶 2---> 產物 B ----酶 3----> 最終產物

請記住，最終產物通常是身體使用並維持穩態所必需的。在這個反應中，中間體、產物 A 和產物 B 的目的是推動反應進行以達到最終產物，因此抑制機制不是從這些中間體開始，而是從最終產物開始。隨著最終產物量的增加，系統對酶 1 施加了一種停止效應，減慢了中間體 A 和 B 的產生，減少了最終產物的形成。當最終產物的水平降至閾值以下時，負反饋的影響減弱，酶 1 被重新啟用，反應過程將再次開始。

那麼，哪些力量負責產生這些反饋反應呢？有幾個調節器會影響給定的過程。例如，下丘腦和垂體產生的並分佈的激素和化學訊號是參與反饋迴路的調節器。為了說明本節的概念，讓我們研究一下血糖水平的調節。胰島素和胰高血糖素是兩種與調節血糖水平密切相關的調節劑。胰島素負責觸發體內不同細胞從血液中吸收葡萄糖，並將多餘的葡萄糖儲存為糖原，以備日後使用。相反，胰高血糖素的作用是將糖原供應轉化為葡萄糖。當血糖水平過低時，胰腺的胰島 A 細胞會釋放胰高血糖素。胰高血糖素隨後啟用糖原向葡萄糖的轉化，直到血液中的糖水平恢復到正常狀態。當血糖過高時，胰島的胰島 B 細胞會釋放胰島素，導致體內細胞快速攝取糖，從而降低血糖水平至正常水平。

正反饋

與負反饋相反，正反饋是指輸出被用作訊號以增加輸出的進一步響應。換句話說，如果過程 A 導致結果 B，則 B 會增強過程 A，導致級聯反應，其中發生更多 B，從而導致更多 A 發生，依此類推。正反饋迴路的一個例子是進化，其中一個生物體進化並變得更善於捕獵獵物，例如，獵物進化出更好的防禦機制，例如速度更快，這會導致捕食者透過進化出更好的追逐技能來適應，依此類推。請注意，正反饋或負反饋機制並不一定是有益的或有害的；它們只指抑制或傳播發生的機制。

反饋抑制的例子

反饋抑制控制著氨基酸的生產。反饋抑制的好處是，對其他過程（如卡爾文迴圈和糖酵解）至關重要的構建塊，例如 3-磷酸甘油酸，得到最佳利用，不會浪費。

注意：此處顯示了 3-磷酸甘油酸的結構

反饋抑制還控制著核苷酸的產生。嘧啶（胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶）與嘌呤（腺嘌呤和鳥嘌呤）具有不同的途徑和反饋機制。天冬氨酸轉氨甲醯酶 [1] 調節細菌中嘧啶的合成。嘌呤生產的調節從 PRPP 或 5-磷酸核糖-1-焦磷酸開始，它被轉化為磷酸核糖胺。該途徑被 IMP、AMP 和 GMP 抑制。然後磷酸核糖胺被轉化為 IMP。IMP 是腺嘌呤和鳥嘌呤的共同前體。從 IMP 到 AMP 和 GMP 的腺嘌呤和鳥嘌呤前體的途徑分別被分離。IMP 到 AMP 被 AMP（腺嘌呤前體）抑制，IMP 到 GMP（鳥嘌呤前體）被 GMP 抑制，因此產物抑制著前體。

當膽固醇水平低時，肝臟中的膽固醇生產被催化。這是透過稱為固醇調節元件結合蛋白或 SREBP 的轉錄因子的轉錄水平來實現的。SREBP 的作用是透過與稱為固醇調節元件或 SRE 的短 DNA 鏈結合來增加 mRNA 轉錄速率。相反，還原酶的翻譯被消耗的膽固醇和其他衍生物抑制。

負反饋會導致抑制，但生物系統中的另一個強大工具是正反饋迴圈。這個過程與負反饋相反。我們可以在催化級聯過程中找到它的一個例子，例如血液凝固。一個初始因子將開始級聯反應，例如催化或啟用蛋白酶，並且每一步，由於鏈式反應，都會有額外的步驟隨之而來。每一步都會放大最初給出的訊號，直到它到達目的地或目的。從這個意義上說，只需要少量的初始因子，因為後續的步驟提供了有效的放大。

反饋抑制是一種別構調節的形式，其中一系列酶促反應的最終產物大量積累。當產生過多的這種產物時，最終產物與反應序列中第一個酶的別構位點結合，抑制其活性。這會在第一步阻止反應，這樣就不會產生更多的過量產物。在上圖中，倒數第二個產物是透過別構方式與第一個酶的活性位點結合來阻止反應的產物。這樣做是為了說明並非所有的反饋抑制都完全明確。不同的過程將根據各種因素進行不同的調節，例如所涉及的酶和底物，以及反應發生的條件。

ATCase

天冬氨酸轉氨甲醯酶催化嘧啶生物合成的第一步。如上所述，在天冬氨酸轉氨甲醯酶催化嘧啶生物合成中的關鍵步驟（也稱為天冬氨酸和氨甲醯磷酸的縮合反應）後，形成 N-氨甲醯天冬氨酸。該反應會生成嘧啶核苷酸，如胞嘧啶三磷酸 (CTP)（見下圖）。

CTP 分子也已知與天冬氨酸轉氨甲醯酶 (ATCase) 結合，參與反饋抑制（見圖：CTP 抑制 ATCase）。CTP 是 ATCase 啟動的代謝途徑的最終產物，當 CTP 過量時會抑制 ATCase。當 CTP 過量時，酶活性下降，這解釋了為什麼 CTP 傾向於使酶處於活性較低的 T 狀態。這種型別的抑制確保當嘧啶濃度過高時，N-氨甲醯天冬氨酸和其他後續代謝中間體不會過度生成。

像 ATCase 這樣的變構調節酶不遵循 Michaelis-Menten 動力學。變構酶與其他酶的區別在於它們對底物濃度變化的響應，以及它們易受其他分子調節的影響。對於 ATCase，產物生成速率與底物濃度的關係圖與遵循 Michaelis-Menten 動力學的酶的預期關係圖不同。相反，ATCase 的曲線呈 S 形，這是因為底物與酶的一個活性位點結合會提高其他活性位點的活性。這意味著酶具有協同特性，類似於血紅蛋白，血紅蛋白是我們血液中一種運輸氧分子的蛋白質。（見圖：ATCase 呈 S 形動力學）。

CTP 的結構與反應底物不同。因此，CTP 必須結合不同的活性位點，即調節位點。

對羥基汞苯甲酸會將 ATCase 的催化亞基 (c 鏈) 和調節亞基 (r 鏈) 分開，其中對羥基汞苯甲酸會與 ATCase 中半胱氨酸殘基上的巰基發生反應。（見圖：半胱氨酸殘基的修飾）。超速離心研究表明，汞化合物可以將 ATCase 解離成這兩種亞基，然後可以使用離子交換層析分離這些亞基。在這種情況下，離子交換層析是有效的，因為亞基的電荷不同。由於亞基的大小不同，也可以透過蔗糖密度梯度離心分離亞基。ATCase 由 6 個亞基組成，兩個三聚體。其中一個是由調節二聚體和催化三聚體組成。CTP 是一種變構抑制劑，它與活性較低的 T 狀態的調節亞基結合，這種狀態有利於 CTP 結合。CTP 會降低酶的活性。ATP 會與 CTP 競爭，因為 ATP 透過與 CTP 結合位點相同的位置結合來刺激反應。

兩條 c 鏈相互堆疊，並連線到三條 r 鏈。r 鏈與 c 鏈之間的接觸由一個與四個半胱氨酸殘基結合的鋅離子穩定。為了分離 r 鏈和 c 鏈，可以使用汞化合物對羥基汞苯甲酸。這種化合物可以分離這些鏈，因為它含有汞，汞與半胱氨酸殘基具有很強的結合力，會顯示鋅離子並使其不穩定。

有關 ATCase 的更多資訊，請訪問：[2]

參考文獻

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.