4.1:

4.1: Miejsca wiązania ligandów

Ligand Binding Sites

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Ligand Binding Sites

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

4.2: Protein-protein Interfaces

12,619 Views

•

02:40 min

•

November 23, 2020

Overview

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.

Transcript

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.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Miejsca wiązania ligandów oddziaływania białek region specyficzny komplementarne miejsce wiązania selektywność ligandów aminokwasy interakcje chemiczne oddziaływania niekowalencyjne oddziaływania słabe oddziaływania van der Waalsa wiązania wodorowe oddziaływania elektrostatyczne kształt miejsca wiązania liganda dostęp do cząsteczek wody