Взаимодействие с лигандами
В основе функционирования любого белка лежит его способность к избирательному взаимодействию с каким-либо другим веществом — лигандом. Лигандом может быть как низкомолекулярное вещество, так и макромолекула, в том числе другой белок. Лиганд присоединяется к определенному участку на поверхности белковой молекулы — центру связывания (активный центр).
- Взаимодействия с лигандами.
Специфичность взаимодействия (узнавания) чаще всего обеспечивается комплементарностью структуры центра связывания структуре лиганда, подобно тому, как это происходит при самосборке гемоглобина из протомеров. Иногда избирательность зависит в основном от реакционной способности атома, к которому непосредственно присоединяется лиганд. Примером может служить присоединение кислорода к атому железа в миоглобине или гемоглобине. Однако и в таких случаях избирательность в значительной мере зависит от белковой части молекулы. Такой же атом железа (в составе гема) в других белках — цитохромах — функционирует совершенно иначе: он служит переносчиком электронов, получая их от одних веществ и передавая другим (при этом железо попеременно становится двух- или трехвалентным).
Связи между белком и лигандом могут быть как ковалентными, так и некова-лентными.
Центр связывания иногда занимает небольшой участок поверхности белковой молекулы (в гемоглобине центр связывания кислорода — это только область атома железа), иногда — значительную часть поверхности (например, контактные поверхности протомеров гемоглобина).
На молекуле белка может быть один, два или больше активных центров, имеющих одинаковую или разную специфичность. Например, каждый протомер гемоглобина имеет три центра для связывания с тремя другими протомерами и один центр для связывания гема. Тетрамерная молекула гемоглобина имеет четыре активных центра (атомы железа) для связывания кислорода.
Активный центр формируется из аминокислотных остатков, зачастую отстоящих далеко друг от друга в пептидной цепи. Собранными в одном месте они оказываются в результате образования вторичной и третичной структуры. Поэтому при денатурации белков активные центры разрушаются и биологическая активность утрачивается.Образование комплекса можно наблюдать по убыли концентрации свободного лиганда L или но нарастанию концентрации комплекса PL, если его образование сопровождается появлением какого-либо нового свойства, например изменением цвета или поглощения в ультрафиолетовой части спектра. Такой способ используют и для количественного определения индивидуальных белков (см. ниже).
При постоянной концентрации Р и возрастающей концентрации L концентрация PL увеличивается по гиперболической кривой, стремясь к максимуму, когда весь белок связан с лигандом (кривая насыщения). Для олигомерных белков кривая насыщения может иметь S-образную форму. Степень насыщения можно выразить в процентах концентрации комплекса [PL] от начальной (до добавления лиганда) концентрации белка [Р]0: степень насыщения равна ([PL]/[Р]0) • 100 (рис. 1.29; см. также рис. 1.26).
Из уравнения равновесия реакции следует, что если [Р] = [PL], то К = [L]. Равенство [Р] и [PL] означает полунасыщение белка, т. е. состояние, когда 50 % молекул белка связаны с лигандом, а 50 % остаются свободными: [Р] = [PL] = 1/ Последовательно, Ктсс численно равна такой концентрации лиганда, при которой достигается полунасыщение белка. На рис. 1.29 показано, как по кривой насыщения можно определить К и, тем самым, оценить сродство лиганда к белку.