4.1 : Ligand Bağlanma Alanı

Çoğu proteinin aktivitesi, ligand olarak bilinen diğer moleküller veya iyonlarla etkileşimlerine bağlıdır. Ligandlar proteinlere bağlanabilse de, her ligand her proteine bağlanmaz. Bunun yerine, bir ligand sadece bir protein yüzeyindeki bağlanma yeri adı verilen belirli bir bölgeye bağlanır.

Ancak proteinler karışık bir ligand çorbasının içindeyken, ligand bağlanma yerlerindeki seçicilik nasıl sağlanır? Bir proteindeki amino asitlerin özel bir şekilde dizilmesi, yüzeyinde belirli bir ligand için tamamlayıcı bir bağlanma yeri oluşturur. Ancak ligand bağlanması için tamamlayıcı şekiller yeterli değildir.

Kimyasal etkileşimler ligand ve proteini bir arada tutar. Genellikle, bu etkileşimler kovalent olmayan, geri dönüşümlü ve zayıftır. Bu nedenle, ligand bağlanması sırasında bu etkileşimlerin çoğunun aynı anda gerçekleşmesi gerekir.

Örneğin, etkileşimin yüzey alanı ne kadar büyükse, van der Waals etkileşimleri o kadar fazla olur. Bu kuvvetler büyük ligandlarda en iyi şekilde çalışır. Diğerleri için, bağlanma yerinin özel yapısı hidrojen bağlanmasına veya elektrostatik etkileşimlere olanak verir.

Ancak, ligand bağlama yeri hidrojen bağları oluşturabiliyorsa, neden çevresindeki su ile hidrojen bağları oluşturmuyor? Cevap ligand bağlanma yerinin şeklinde saklı. Örnek olarak, bu proteinde, amino asitlerin yönelimi, su moleküllerinin erişimini kısıtlayan bir kovuk oluşturur.

Su molekülleri için bu kovuğa girmek enerji açısından avantajlı değildir, çünkü diğer su molekülleriyle olan hidrojen bağlarını koparmaları gerekir. Ancak ligand, bağlanma yerinde, polar amino asitlerle kolayca hidrojen bağları oluşturacaktır;çünkü spesifik protein-ligand etkileşimleri, su molekülleriyle etkileşimlerine kıyasla enerji açısından daha avantajlıdır. Polar amino asitler de bir ligand ile elektrostatik etkileşimler oluşturur.

Örneğin, bu bağlanma yerindeki negatif yüklü glutamat, pozitif yüklü ligand'ı çeker. Bu dizide, bu negatif yüklü glutamat'ı pozitif yüklü bir lizine dönüştüren bir mutasyon, ligand bağlanmasını ortadan kaldırır. Birlikte ele alındığında, amino asitlerin birbirine göre tam sıralaması ve yönelimi, ligand bağlanma yerinin kimyasal reaktivitesini ve seçiciliğini belirler.