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4.1:

Siti di legame del ligando

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Molecular Biology
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Ligand Binding Sites

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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.

4.1:

Siti di legame del ligando

Proteins are dynamic macromolecules that carry out a wide variety of essential processes; however, the activities of most proteins depend on their interactions with other molecules or ions, known as ligands.

Protein-ligand interactions are quite specific; even though numerous potential ligands surround a cellular protein at any given time, only a particular ligand can bind to that protein. Moreover, a ligand binds only to a dedicated area on the surface of the protein, known as the ligand-binding site. The specificity of a protein’s ligand-binding site is determined by the arrangement of its amino acid chain which gives the area its shape and chemical reactivity. Hence, a ligand-binding site provides a complementary shape to its ligand and keeps the ligand in place via chemical interactions. These chemical interactions are often noncovalent; however, since these interactions are reversible and weak, many of these interactions need to occur simultaneously to hold the protein and the ligand together.

Research that elucidates interaction mechanisms at ligand binding sites generally involves in silico modeling and in vitro approaches. In silico modeling uses computers to compare previously known protein structures and evolutionary data to make predictions to determine the optimal binding shape and energy state of the protein-ligand complex. In vitro approaches compliment in silico predictions by providing evidence for ligand binding through binding and kinetic assays in the laboratory. Ligand binding research is important for understanding the functions of proteins and how they perform specific cellular processes in both healthy, as well as in diseased conditions. For instance, certain genetic conditions and cancers can alter the sequence of a protein, ultimately affecting its ability to bind a ligand. In addition, this research also allows scientists to design drugs with specific interactions and minimal side effects by targeting the ligand-binding site of an implicated protein.

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.