4.1: リガンド結合部位

ほとんどのタンパク質の活性は、リガンドとして知られる他の分子やイオンとの相互作用に依存しています。リガンドはタンパク質に結合することができますが、すべてのリガンドがすべてのタンパク質に結合するわけではありません。

代わりに、リガンドは結合部位と呼ばれるタンパク質の表面上の特定の領域にのみ結合します。しかし、リガンド結合部位は、タンパク質が混合されたリガンドスープに座っているときに、どのように選択性を確保しているのでしょうか?

タンパク質中のアミノ酸の特定の配列は、特定のリガンドのためにその表面に相補的な結合部位を形成します。しかし、リガンドの結合には相補的な形状だけでは不十分です。

化学的相互作用は、リガンドとタンパク質を一緒に保持します。一般に、これらの相互作用は非共有結合性で、可逆的で、弱いです。したがって、これらの相互作用の多くは、リガンド結合中に同時に発生する必要があります。

たとえば、相互作用の表面積が大きいほど、ファンデルワールス相互作用が多くなります。これらの力は、大きなリガンドに最適です。他のものでは、結合部位の特異的なコンフォメーションにより、水素結合または静電相互作用が可能になります。

しかし、配位子結合部位が水素結合を形成できるのなら、なぜ周囲の水と水素結合を形成できないのでしょうか?その答えは、リガンド結合部位の形状にあります。

一例として、このタンパク質では、アミノ酸の配向が空洞を形成し、それが水分子のアクセスを制限する。個々の水分子にとって、空洞に入ることは、他の水分子との水素結合を切断する必要があるため、エネルギー的に不利です。

しかし、特定のタンパク質-リガンド相互作用は、水分子との相互作用よりもエネルギー的に有利であるため、リガンドは結合部位の極性アミノ酸と水素結合を容易に形成します。

極性アミノ酸は、配位子と静電相互作用も形成します。例えば、この結合部位の負に帯電したグルタミン酸は、正に帯電したリガンドを引きつけます。この配列の突然変異により、この負に帯電したグルタミン酸が正に帯電したリジンに変わると、リガンドの結合が排除されます。

まとめると、アミノ酸の相対的な正確な配列と配向が、リガンド結合部位の化学反応性と選択性を決定します。