下列調控酵素活性的方式，何者為不可逆的（irreversible）？

本題觀念：

本題考查的是酵素活性的調控機制 (Regulation of Enzyme Activity)，特別是區分「可逆 (Reversible)」與「不可逆 (Irreversible)」的調控方式。酵素調控主要分為異位調節、共價修飾（如磷酸化）、蛋白酶裂解（Zymogen activation）以及抑制劑結合等方式。

選項分析

• A. 異位調節（Allosteric regulation）：錯誤。

  • 異位調節是指效應分子（effector，如活化劑或抑制劑）以非共價鍵（non-covalent bond）的方式結合到酵素的異位點（allosteric site，非活性位點）。
  • 這種結合通常是可逆的。當效應分子的濃度降低或細胞環境改變時，效應分子會從酵素上解離，酵素即可恢復原狀。它是細胞內快速感應代謝物濃度變化的重要機制（例如：糖解作用中 PFK-1 受 ATP 抑制）。

• B. 磷酸化修飾（Phosphorylation modification）：錯誤。

  • 磷酸化屬於可逆的共價修飾（Reversible covalent modification）。
  • 酵素的特定胺基酸（如 Serine, Threonine, Tyrosine）由**激酶（Kinase）加上磷酸根，並可由去磷酸酶（Phosphatase）**移除磷酸根。雖然涉及共價鍵的形成與斷裂，但因細胞內存在對應的酵素來執行逆反應，因此在生理調節上被歸類為可逆的開關機制。

• C. 酶原（Zymogen）的蛋白質裂解（Proteolysis）：正確。

  • 酶原（或稱前酵素，Proenzyme）是酵素的無活性前驅物。為了活化它，必須透過蛋白酶（Protease）水解切除部分胜肽片段（peptide fragment），使剩餘的蛋白質摺疊成具活性的構型。
  • 這種胜肽鍵的水解斷裂是不可逆的。一旦切除，切下的片段無法自發或透過簡單酵素反應接回，若要終止活性，通常需依賴蛋白質降解或與不可逆抑制劑結合，無法回復為原本的酶原狀態。
  • 典型例子包括消化酶（如 Trypsinogen $\rightarrow$ Trypsin）和凝血因子（如 Prothrombin $\rightarrow$ Thrombin）。

• D. 不競爭型抑制劑（Uncompetitive inhibitor）的結合：錯誤。

  • 不競爭型抑制劑是指抑制劑僅與「酵素-受質複合物（ES complex）」結合。
  • 這屬於**可逆抑制（Reversible inhibition）**的一種。抑制劑透過弱交互作用（如氫鍵、疏水作用力）結合，當抑制劑被移除（如透析或稀釋）後，酵素活性可以恢復。它與不可逆抑制劑（通常形成強共價鍵，如神經毒氣對乙醯膽鹼酯酶的抑制）不同。

答案解析

酵素活性的調控中，酶原的蛋白質裂解（Proteolysis of Zymogens） 是典型的不可逆過程。一旦特定的胜肽鍵被切斷以活化酵素，該蛋白質的一級結構即發生永久性改變，無法在生理條件下逆轉回原本的前驅物狀態。這與異位調節、磷酸化修飾或可逆抑制劑的結合形成對比，後者皆可透過分子解離或逆向酵素反應迅速恢復原狀。因此，正確答案為 (C)。

核心知識點

1. 不可逆調控 (Irreversible Regulation)：
   • 機制：蛋白質水解（Proteolytic cleavage）。
   • 實例：
     • 消化酶：Pepsinogen $\rightarrow$ Pepsin, Trypsinogen $\rightarrow$ Trypsin。
     • 凝血級聯：Fibrinogen $\rightarrow$ Fibrin。
     • 細胞凋亡：Procaspases $\rightarrow$ Caspases。
     • 胰島素合成：Proinsulin $\rightarrow$ Insulin (C-peptide 切除)。
2. 可逆調控 (Reversible Regulation)：
   • 非共價結合：異位調節（Allosteric）、競爭性/非競爭性/不競爭性抑制。
   • 共價修飾：磷酸化（最常見）、乙醯化（Acetylation）、甲基化（Methylation）、腺苷化（Adenylylation）。

參考資料

1. Let's Talk Academy. "Phosphorylation: The Premier Example of Enzyme Regulation by Reversible Covalent Modification." (2025) Link
2. Microbe Notes. "Allosteric Inhibition: Mechanism, Cooperativity, Examples." (2023) Link
3. Jack Westin. "Regulatory Enzymes - MCAT Content." (2025) Link
4. Biology LibreTexts. "5.5.6: Allosteric regulation." (2023) Link