Сайт связывания

редактировать
Глюкоза связывается с гексокиназой в активном центре в начале гликолиза.

В биохимии и молекулярной биологии a сайт связывания представляет собой участок на макромолекуле, такой как белок, который связывается с другой молекулой с специфичностью. Партнер связывания макромолекулы часто называют лигандом . Лиганды могут включать другие белки (приводящие к взаимодействию белок-белок ), ферментные субстраты, вторичные мессенджеры, гормоны или аллостерические модуляторы. Событие связывания часто, но не всегда, сопровождается конформационным изменением, которое изменяет функцию белка. Связывание с сайтами связывания белка чаще всего обратимо (временное и нековалентное ), но также может быть ковалентным обратимым или необратимым.

Содержание

  • 1 Функция
    • 1.1 Катализ
    • 1.2 Ингибирование
  • 2 типа
    • 2.1 Активный сайт
    • 2.2 Аллостерический сайт
    • 2.3 Одноцепочечные и многоцепочечные сайты связывания
  • 3 Кривые связывания
  • 4 Применения
  • 5 Прогноз
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Функция

Связывание лиганда с сайтом связывания на белке часто вызывает изменение конформации белка и приводит к изменению клеточной функции. Следовательно, сайт связывания на белке является критической частью путей передачи сигнала. Типы лигандов включают нейротрансмиттеры, токсины, нейропептиды и стероидные гормоны. Сайты связывания подвергаются функциональным изменениям в ряде контекстов, включая ферментативный катализ, передачу сигналов молекулярного пути, гомеостатическую регуляцию и физиологическую функцию. Электрический заряд, стерическая форма и геометрия сайта избирательно позволяют связывать высокоспецифичные лиганды, активируя определенный каскад клеточных взаимодействий, за которые отвечает белок.

Катализ

Энергия активации уменьшается в присутствии фермента, катализирующего реакцию.

Ферменты подвергаются катализу, связываясь более прочно с переходными состояниями, чем субстраты и продукты. В сайте каталитического связывания на субстрат могут действовать несколько различных взаимодействий. Они варьируются от электрического катализа, кислотного и основного катализа, ковалентного катализа до катализа с использованием ионов металлов. Эти взаимодействия уменьшают энергию активации химической реакции, обеспечивая благоприятные взаимодействия для стабилизации молекулы с высокой энергией. Связывание с ферментами обеспечивает более близкую близость и исключение веществ, не имеющих отношения к реакции. Это специфическое связывание также препятствует побочным реакциям.

Типы ферментов, которые могут выполнять эти действия, включают оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы.

Например, трансфераза гексокиназа катализирует фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Остатки активного сайта гексокиназы позволяют стабилизировать молекулу глюкозы в активном центре и стимулируют начало альтернативного пути благоприятных взаимодействий, снижая энергию активации.

Ингибирование

Ингибирование белка ингибитором связывание может вызвать обструкцию путей регуляции, гомеостатической регуляции и физиологической функции.

Конкурентные ингибиторы конкурируют с субстратом за связывание со свободными ферментами в активных центрах и, таким образом, препятствуют выработке комплекса фермент-субстрат при связывании. Например, отравление угарным газом вызывается конкурентным связыванием окиси углерода, а не кислорода в гемоглобине.

Неконкурентные ингибиторы, альтернативно, связываются одновременно с субстратом в активных центрах. При связывании с комплексом ферментного субстрата (ES) образуется комплекс ингибитора ферментного субстрата (ESI). Подобно конкурентным ингибиторам, скорость образования продукта также снижается.

Наконец, смешанные ингибиторы способны связываться как со свободным ферментом, так и с комплексом фермент-субстрат. Однако, в отличие от конкурентных и неконкурентных ингибиторов, смешанные ингибиторы связываются с аллостерическим сайтом. Аллостерическое связывание вызывает конформационные изменения, которые могут увеличивать сродство белка к субстрату. Это явление называется положительной модуляцией. И наоборот, аллостерическое связывание, которое снижает сродство белка к субстрату, является отрицательной модуляцией.

Типы

Активный сайт

В активном сайте субстрат связывается с ферментом, вызывая химическая реакция. Субстраты, переходные состояния и продукты могут связываться с активным сайтом, как и любые конкурентные ингибиторы. Например, в контексте функции белков связывание кальция с тропонином в мышечных клетках может вызывать конформационные изменения тропонина. Это позволяет тропомиозину открывать сайт связывания актин-миозин, с которым связывается головка миозина, чтобы образовать поперечный мост и вызвать сокращение мышц.

В контексте крови, пример конкурентного связывания представляет собой монооксид углерода, который конкурирует с кислородом за активный центр на геме. Высокое сродство окиси углерода может превосходить кислород в присутствии низкой концентрации кислорода. В этих условиях связывание монооксида углерода вызывает изменение конформации, которое препятствует связыванию гема с кислородом, что приводит к отравлению оксидом углерода.

Конкурентное и неконкурентное связывание ферментов в активном и регуляторном (аллостерическом) сайте соответственно.

Аллостерический сайт

В регуляторном сайте связывание лиганда может вызывать усиление или ингибирование функции белка. Связывание лиганда с аллостерическим сайтом мультимерного фермента часто вызывает положительную кооперативность, то есть связывание одного субстрата вызывает благоприятное изменение конформации и увеличивает вероятность связывания фермента со вторым субстратом. Лиганды регуляторных сайтов могут включать гомотропные и гетеротропные лиганды, в которых один или несколько типов молекул влияют на активность фермента, соответственно.

Ферменты, которые строго регулируются, часто важны для метаболические пути. Например, фосфофруктокиназа (PFK), которая фосфорилирует фруктозу при гликолизе, в значительной степени регулируется АТФ. Его регуляция в гликолизе является обязательной, потому что это этап метаболизма, ограничивающий скорость. PFK также контролирует количество глюкозы, предназначенной для образования АТФ через катаболический путь. Следовательно, при достаточном уровне АТФ, PFK аллостерически ингибируется АТФ. Это регулирование эффективно сохраняет запасы глюкозы, которые могут потребоваться для других путей. Цитрат, промежуточный продукт цикла лимонной кислоты, также работает как аллостерический регулятор PFK.

Одно- и многоцепочечные сайты связывания

Сайты связывания также можно охарактеризовать по их структурным особенностям. Одноцепочечные сайты («монодесмических» лигандов, μόνος: одиночные, δεσμός: связывание) образованы одной белковой цепью, в то время как многоцепочечные сайты («полидесматических» лигандов, πολοί: многие) часто встречаются в белковых комплексах, и образуются лигандами, которые связывают более одной белковой цепи, как правило, в границах раздела белков или около них. Недавние исследования показывают, что структура сайта связывания имеет серьезные последствия для биологии белковых комплексов (эволюция функции, аллостерия).

Связывание кривые

сигмоидальные и гиперболические паттерны связывания демонстрируют кооперативный и некооперативный характер ферментов.

Кривые связывания описывают поведение связывания лиганда с белком. Кривые могут быть охарактеризованы их формой, сигмоидальной или гиперболической, которые отражают, проявляет ли белок кооперативное или некооперативное поведение связывания соответственно. Обычно ось абсцисс описывает концентрацию лиганда, а ось ординат - фракционное насыщение связанных лигандов. ко всем доступным сайтам привязки. Уравнение Михаэлиса Ментен обычно используется при определении формы кривой. Уравнение Михаэлиса Ментен выводится на основе стационарных условий и учитывает ферментативные реакции, происходящие в растворе. Однако, когда реакция происходит, когда фермент связан с субстратом, кинетика разыгрывается по-другому.

Моделирование с помощью кривых связывания полезно при оценке сродства связывания кислорода с гемоглобином и миоглобин в крови. Гемоглобин, который имеет четыре гемовые группы, проявляет кооперативное связывание. Это означает, что связывание кислорода с гемовой группой на гемоглобине вызывает благоприятное изменение конформации, которое позволяет повысить благоприятность связывания кислорода для следующих гемовых групп. В этих обстоятельствах кривая связывания гемоглобина будет сигмоидальной из-за его повышенной способности связываться с кислородом. Поскольку миоглобин имеет только одну гемовую группу, он проявляет некооперативное связывание, которое является гиперболическим на кривой связывания.

Применение

Биохимические различия между различными организмами и людьми полезны для разработки лекарств. Например, пенициллин убивает бактериальные ферменты, ингибируя DD-транспептидазу, разрушая развитие бактериальной клеточной стенки и вызывая гибель клеток. Таким образом, изучение сайтов связывания актуально для многих областей исследований, включая механизмы рака, лекарственные формы и физиологическую регуляцию. Состав ингибитора для подавления функции белка является распространенной формой фармацевтической терапии.

Метотрексат ингибирует дигидрофолатредуктазу, превосходя фолиевую кислоту субстрата. Сайт связывания отмечен синим цветом, ингибитор - зеленым, а субстрат - черным.

В области рака лиганды, которые отредактированы так, чтобы иметь внешний вид, аналогичный естественному лиганду, используются для ингибирования роста опухоли. Например, метотрексат, химиотерапевтический, действует как конкурентный ингибитор в активном центре дигидрофолатредуктазы. Это взаимодействие подавляет синтез тетрагидрофолата, прекращая производство ДНК, РНК и белков. Ингибирование этой функции подавляет рост новообразований и улучшает тяжелый псориаз и ревматоидный артрит у взрослых.

. При сердечно-сосудистых заболеваниях для лечения пациентов с гипертонией используются такие препараты, как бета-блокаторы. Бета-блокаторы (β-блокаторы) представляют собой антигипертензивные средства, которые блокируют связывание гормонов адреналина и норадреналина с рецепторами β1 и β2 в сердце и кровеносных сосудах. Эти рецепторы обычно опосредуют симпатическую реакцию «бей или беги», вызывая сужение кровеносных сосудов.

Конкурентные ингибиторы также широко распространены в продаже. Ботулинический токсин, известный под коммерческим названием Ботокс, представляет собой нейротоксин, вызывающий вялый паралич мышц из-за связывания с ацетилхолинзависимыми нервами. Это взаимодействие подавляет мышечные сокращения, создавая вид гладкой мускулатуры.

Прогноз

Был разработан ряд вычислительных инструментов для прогнозирования местоположения сайтов связывания на белках. Их можно в целом разделить на основанные на последовательности или на основе структуры. Способы, основанные на последовательностях, основаны на предположении, что последовательности функционально консервативных частей белков, таких как сайт связывания, являются консервативными. Для методов, основанных на структуре, требуется трехмерная структура белка. Эти методы, в свою очередь, можно подразделить на методы на основе шаблонов и карманные. Методы на основе шаблонов ищут трехмерное сходство между целевым белком и белками с известными сайтами связывания. Методы на основе карманов ищут вогнутые поверхности или скрытые карманы в целевом белке, которые обладают такими характеристиками, как гидрофобность и способность связывать водород, которые позволят им связывать лиганды с высокой аффинностью. Несмотря на то, что здесь используется термин карман, аналогичные методы могут использоваться для прогнозирования сайтов связывания, используемых во взаимодействиях белок-белок, которые обычно более плоские, а не в карманах.

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-12 06:28:14
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте