Back to chapter

4.1:

Sites de liaison au ligand

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

Languages

Share

Les activités de la plupart des protéines dépendent de leurs interactions avec d’autres molécules ou ions appelés ligands. Bien que les ligands soient capables de se lier aux protéines, tous les ligands ne se lient pas à toutes les protéines. Au lieu de cela, un ligand se lie uniquement à une région spécifique sur une surface protéique appelée site de liaison du ligand.Mais comment les sites de liaison du ligand assurent-ils la sélectivité, quand les protéines se trouvent dans une soupe de ligands mixtes La disposition particulière des acides aminés dans une protéine forme un site de liaison complémentaire sur sa surface pour un ligand spécifique. Cependant, les formes complémentaires ne sont pas suffisantes pour la liaison du ligand. Les interactions chimiques maintiennent le ligand et la protéine ensemble.Généralement, ces interactions sont non-covalentes, réversibles, et faibles. Par conséquent, bon nombre de ces interactions doivent se produire simultanément pendant la liaison du ligand. Par exemple, plus la surface d’interaction est grande, plus les interactions de van der Waals peuvent se produire.Ces forces fonctionnent mieux pour les grands ligands. Pour d’autres, la configuration spécifique du site de liaison permet des liaisons hydrogène ou des interactions électrostatiques. Mais, si le site de liaison du ligand peut former des liaisons hydrogène, pourquoi ne forme-t-il pas de liaisons hydrogène avec l’eau dans ses environs La réponse réside dans la forme du site de liaison du ligand.Par exemple, dans cette protéine, l’orientation des acides aminés forme une cavité, qui limite l’accès aux molécules d’eau. Pour les molécules d’eau individuelles, l’entrée dans la cavité est énergiquement défavorable, car elles doivent briser leur liaisons hydrogène avec d’autres molécules d’eau. Pourtant, le ligand formera facilement des liaisons hydrogène avec les acides aminés polaires dans le site de liaison parce que les interactions protéine-ligand spécifiques sont énergiquement plus favorables que leurs interactions avec des molécules d’eau.Les acides aminés polaires forment également des interactions électrostatiques avec un ligand. Par exemple, le glutamate chargé négativement dans ce site de liaison attire le ligand à charge positive. Une mutation dans cette séquence qui transforme ce glutamate chargé négativement en lysine à charge positive, élimine la liaison du ligand.Ensemble, la séquence et l’orientation exacte des acides aminés les uns par rapport aux autres détermine la réactivité chimique et la sélectivité du site de liaison du ligand.

4.1:

Sites de liaison au ligand

Les protéines sont des macromolécules dynamiques qui exécutent une grande variété de processus essentiels ; cependant, les activités de la plupart des protéines dépendent de leurs interactions avec d’autres molécules ou ions, appelés ligands.

Les interactions protéine-ligand sont assez spécifiques ; même si de nombreux ligands potentiels entourent une protéine cellulaire à un moment donné, seul un ligand particulier peut se lier à cette protéine. De plus, un ligand ne se lie qu’à une zone dédiée à la surface de la protéine, connue sous le nom de site de liaison du ligand. La spécificité du site de liaison au ligand d’une protéine est déterminée par la disposition de sa chaîne d’acides aminés qui donne à la zone sa forme et sa réactivité chimique. Par conséquent, un site de liaison au ligand fournit une forme complémentaire à son ligand et maintient le ligand en place via des interactions chimiques. Ces interactions chimiques sont souvent non covalentes ; cependant, étant donné que ces interactions sont réversibles et faibles, bon nombre de ces interactions doivent se produire simultanément pour maintenir ensemble la protéine et le ligand.

La recherche qui élucide les mécanismes d’interaction au niveau des sites de liaison des ligands implique généralement une modélisation in silico et des approches in vitro. La modélisation in silico utilise des ordinateurs pour comparer les structures protéiques déjà connues et les données évolutives afin de faire des prédictions dans le but de déterminer la forme de liaison optimale et l’état énergétique du complexe protéine-ligand. Les approches in vitro complètent les prédictions in silico en fournissant des preuves de la liaison du ligand par le biais d’essais de liaison et cinétiques en laboratoire. La recherche sur la liaison des ligands est importante pour comprendre les fonctions des protéines et la manière dont elles exécutent des processus cellulaires spécifiques à la fois dans des conditions physiologiques et pathologiques. Par exemple, certaines maladies génétiques et certains cancers peuvent altérer la séquence d’une protéine, affectant finalement sa capacité à se lier à un ligand. En outre, cette recherche permet également aux scientifiques de concevoir des médicaments avec des interactions spécifiques et des effets secondaires minimes en ciblant le site de liaison au ligand d’une protéine impliquée.

Suggested Reading

  1. Roche, D et al. “Proteins and Their Interacting Partners: An Introduction to Protein-Ligand Binding Site Prediction Methods.” International journal of molecular sciences vol. 16,12 29829-42. 15 Dec. 2015
  2. Du X et al. Insights into Protein-Ligand Interactions: Mechanisms, Models, and Methods. International journal of molecular sciences. 2016;17(2):144.