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L'attività della maggior parte delle proteine dipende dalle loro interazioni con altre molecole o ioni noti come ligandi. Nonostante i ligandi siano in grado di legarsi alle proteine, non sempre si legano ad ogni proteina. Un ligando si lega solo ad una regione specifica della superficie proteica chiamata sito di legame;ma in che modo i siti di legame del ligando garantiscono selettività, quando le proteine si trovano in un minestrone di ligandi?
La particolare disposizione degli amminoacidi in una proteina forma un sito di legame complementare sulla sua superficie per un ligando specifico. Tuttavia, le forme complementari non sono sufficienti perché il legame avvenga. Le interazioni chimiche tengono insieme il ligando e la proteina.
Generalmente, queste interazioni sono non covalenti, reversibili, e deboli;pertanto, molte di queste interazioni devono avvenire simultaneamente durante il legame del ligando. Ad esempio, più grande è l'area superficiale dell'interazione, più interazioni di van der Waals potranno accadere. Queste forze funzionano meglio per i grandi ligandi;per gli altri, la conferma specifica del sito di legame, consente il legame idrogeno o le interazioni elettrostatiche.
Se il sito di legame del ligando può formare legami idrogeno, perché non forma legami idrogeno con l'acqua circostante? La risposta sta nella forma del sito di legame del ligando;come esempio, in questa proteina, l'orientamento degli amminoacidi forma una cavità, che limita l'accesso delle molecole di acqua. Per le singole molecole d'acqua, entrare nella cavità è energeticamente sfavorevole, in quanto devono rompere i loro legami idrogeno con altre molecole d'acqua.
Il ligando formerà prontamente legami idrogeno con gli amminoacidi polari nel sito di legame perché le interazioni proteina-ligando specifiche sono energeticamente più favorevoli delle loro interazioni con le molecole d'acqua. Gli amminoacidi polari formano anche interazioni elettrostatiche con un ligando. Ad esempio, il glutammato caricato negativamente in questo sito di legame attrae il ligando caricato positivamente.
Una mutazione in questa sequenza che trasforma il glutammato caricato negativamente in una lisina caricata positivamente, elimina il legame del ligando. Insieme, l'esatta sequenza e l'orientamento degli aminoacidi, l'uno rispetto all'altro, determinano la reattività chimica e la selettività del sito di legame del ligando.
Le proteine sono macromolecole dinamiche che svolgono un'ampia varietà di processi essenziali; tuttavia, le attività della maggior parte delle protein…
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