Кооперативные аллостерические переходы могут происходить в мультимерных белках, где каждая субъединица белка имеет свой собственный сайт связывания лиганда. Когда лиганд связывается с любой из этих субъединиц, он запускает конформационное изменение, которое влияет на связывающие сайты в других субъединицах; это может изменить сродство других сайтов к их соответствующим лигандам. Способность белка изменять форму своего сайта связывания объясняется наличием в его структуре сочетания гибких и прочных сегментов. Молекула, запускающая это изменение, называется модулятором.

Для объяснения кооперативности мультимерных белков часто используются две модели: согласованная и последовательная модель. Согласованная модель, также известная как модель “все или ничего”, предполагает, что все субъединицы мультимерного белка одновременно переключаются между конформациями “вкл” и “выкл”. В форме “вкл” сайты связывания имеют ввысокое сродство к соответствующим лигандам, а в форме “выкл” сайты связывания имеют низкое сродство. Когда лиганд связывается с любой из субъединиц, он способствует преобразованию в форму с высоким сродством, одновременно меняя конформацию всех других сайтов связывания белка. Хотя лиганд может связываться с любой формой, ему легче связываться с формой с высоким сродством.

Последовательная модель предполагает, что каждая субъединица мультимерного белка может существовать независимо в конформации “вкл” или “выкл”, то есть находится либо в форме с низким, либо с высоким сродством, независимо от состояния других субъединиц. Связывание лиганда с субъединицей изменяет равновесие между формами с низким и высоким сродством таким образом, что субъединица с большей вероятностью будет находиться в форме с высоким сродством. Кроме того, связывание лиганда с одной субъединицей сдвигает равновесие для других субъединиц в белке. Это увеличивает вероятность того, что после связывания одного лиганда другой лиганд свяжется с другой субъединицей. Эта кооперативность увеличивает чувствительность белка к концентрации лиганда. Связывание лиганда в одном сайте может изменить сродство всей белковой молекулы, тем самым обеспечивая быстрый ответ при низких концентрациях.