Les activités de la plupart des protéines dépendent de leurs interactions avec d'autres molécules ou ions appelés ligands. Bien que les ligands soient capables de se lier aux protéines, tous les ligands ne se lient pas à toutes les protéines. Au lieu de cela, un ligand se lie uniquement à une région spécifique sur une surface protéique appelée site de liaison du ligand.

Mais comment les sites de liaison du ligand assurent-ils la sélectivité, quand les protéines se trouvent dans une soupe de ligands mixtes La disposition particulière des acides aminés dans une protéine forme un site de liaison complémentaire sur sa surface pour un ligand spécifique. Cependant, les formes complémentaires ne sont pas suffisantes pour la liaison du ligand. Les interactions chimiques maintiennent le ligand et la protéine ensemble.

Généralement, ces interactions sont non-covalentes, réversibles, et faibles. Par conséquent, bon nombre de ces interactions doivent se produire simultanément pendant la liaison du ligand. Par exemple, plus la surface d'interaction est grande, plus les interactions de van der Waals peuvent se produire.

Ces forces fonctionnent mieux pour les grands ligands. Pour d'autres, la configuration spécifique du site de liaison permet des liaisons hydrogène ou des interactions électrostatiques. Mais, si le site de liaison du ligand peut former des liaisons hydrogène, pourquoi ne forme-t-il pas de liaisons hydrogène avec l'eau dans ses environs La réponse réside dans la forme du site de liaison du ligand.

Par exemple, dans cette protéine, l'orientation des acides aminés forme une cavité, qui limite l'accès aux molécules d'eau. Pour les molécules d'eau individuelles, l'entrée dans la cavité est énergiquement défavorable, car elles doivent briser leur liaisons hydrogène avec d'autres molécules d'eau. Pourtant, le ligand formera facilement des liaisons hydrogène avec les acides aminés polaires dans le site de liaison parce que les interactions protéine-ligand spécifiques sont énergiquement plus favorables que leurs interactions avec des molécules d'eau.

Les acides aminés polaires forment également des interactions électrostatiques avec un ligand. Par exemple, le glutamate chargé négativement dans ce site de liaison attire le ligand à charge positive. Une mutation dans cette séquence qui transforme ce glutamate chargé négativement en lysine à charge positive, élimine la liaison du ligand.

Ensemble, la séquence et l'orientation exacte des acides aminés les uns par rapport aux autres détermine la réactivité chimique et la sélectivité du site de liaison du ligand.