6.1 : Ligand Binding Sites

Aktywność większości białek zależy od ich interakcji z innymi cząsteczkami lub jonami, znanymi jako ligandy. Chociaż ligandy są w stanie wiązać się z białkami, nie każdy ligand wiąże się z każdym białkiem.

Zamiast tego ligand wiąże się tylko z określonym regionem na powierzchni białka zwanym miejscem wiązania. Ale w jaki sposób miejsca wiązania ligandów zapewniają selektywność, gdy białka znajdują się w mieszanej zupie ligandowej?

Szczególny układ aminokwasów w białku tworzy na jego powierzchni komplementarne miejsce wiązania dla określonego liganda. Jednak komplementarne kształty nie wystarczą do wiązania liganda.

Interakcje chemiczne utrzymują ligand i białko razem. Ogólnie rzecz biorąc, interakcje te są niekowalencyjne, odwracalne i słabe. Dlatego wiele z tych interakcji musi zachodzić jednocześnie podczas wiązania ligandów.

Na przykład, im większa powierzchnia oddziaływania, tym więcej interakcji Van der Waalsa może wystąpić. Siły te działają najlepiej w przypadku dużych ligandów. W przypadku innych specyficzna konformacja miejsca wiązania umożliwia wiązanie wodorowe lub oddziaływania elektrostatyczne.

Ale jeśli miejsce wiązania liganda może tworzyć wiązania wodorowe, dlaczego nie tworzy wiązań wodorowych z wodą w swoim otoczeniu? Odpowiedź leży w kształcie miejsca wiązania liganda.

Na przykład w tym białku orientacja aminokwasów tworzy wnękę, która ogranicza dostęp cząsteczek wody. Dla pojedynczych cząsteczek wody wejście do jamy jest energetycznie niekorzystne, ponieważ muszą one zerwać swoje wiązania wodorowe z innymi cząsteczkami wody.

Jednak ligand z łatwością tworzy wiązania wodorowe z aminokwasami polarnymi w miejscu wiązania, ponieważ specyficzne interakcje białko-ligand są energetycznie korzystniejsze niż ich interakcje z cząsteczkami wody.

Aminokwasy polarne tworzą również oddziaływania elektrostatyczne z ligandem. Na przykład ujemnie naładowany glutaminian w tym miejscu wiązania przyciąga dodatnio naładowany ligand. Mutacja w tej sekwencji, która zamienia ten ujemnie naładowany glutaminian w dodatnio naładowaną lizynę, eliminuje wiązanie ligandów.

Podsumowując, dokładna sekwencja i orientacja aminokwasów względem siebie określają reaktywność chemiczną i selektywność miejsca wiązania liganda.

Białka to dynamiczne makrocząsteczki, które przeprowadzają szeroką gamę podstawowych procesów, jednak aktywność większości białek zależy od ich interakcji z innymi cząsteczkami lub jonami, znanymi jako ligandy.

Interakcje białko-ligand są dość specyficzne; nawet jeśli wiele potencjalnych ligandów otacza białko komórkowe w danym momencie, tylko konkretny ligand może wiązać się z tym białkiem. Co więcej, ligand wiąże się tylko z dedykowanym obszarem na powierzchni białka, znanym jako miejsce wiązania liganda. Specyficzność miejsca wiązania ligandu białka zależy od ułożenia jego łańcucha aminokwasowego, który nadaje temu obszarowi kształt i reaktywność chemiczną. W związku z tym miejsce wiązania ligandu zapewnia komplementarny kształt do swojego liganda i utrzymuje ligand na miejscu poprzez interakcje chemiczne. Te interakcje chemiczne są często niekowalencyjne; Ponieważ jednak interakcje te są odwracalne i słabe, wiele z tych interakcji musi zachodzić jednocześnie, aby utrzymać białko i ligand razem.

Badania, które wyjaśniają mechanizmy interakcji w miejscach wiązania ligandów, zazwyczaj obejmują modelowanie in silico i podejścia in vitro. Modelowanie in silico wykorzystuje komputery do porównywania wcześniej znanych struktur białkowych i danych ewolucyjnych w celu dokonania prognoz w celu określenia optymalnego kształtu wiązania i stanu energetycznego kompleksu białko-ligand. Podejścia in vitro uzupełniają przewidywania in silico, dostarczając dowodów na wiązanie ligandów poprzez testy wiązania i kinetyczne w laboratorium. Badania nad wiązaniem ligandów są ważne dla zrozumienia funkcji białek i tego, w jaki sposób wykonują one określone procesy komórkowe zarówno w zdrowych, jak i chorych warunkach. Na przykład niektóre choroby genetyczne i nowotwory mogą zmieniać sekwencję białka, ostatecznie wpływając na jego zdolność do wiązania ligandu. Ponadto badania te pozwalają naukowcom projektować leki o określonych interakcjach i minimalnych skutkach ubocznych poprzez celowanie w miejsce wiązania ligandu w zamieszanym białku.

Tagi

Ligand Binding Sites Protein Structure Molecular Interactions Drug Design Structural Biology Active Site Receptor Binding Protein ligand Interactions Computational Biology

6.1 : Ligand Binding Sites

Tagi

PLAYLIST