3.4.2.2. Роль лігандів

По впливу лігандов на конформацію білків білок-лігандні взаємодії можна розділити на декілька класів.

Взаємодії класу I : ліганд, зв'язуючись з білком, не викликає істотних змін конформації, але стабілізує структуру білку.

Приклад - зв'язування іонів Са²⁺ з лізоцимом. В присутності ліганда (іонів Са²⁺) для денатурації лізоциму необхідні великі концентрації відповідного агента (сечовини або гуанідингідрохлорида).

Мабуть, в даному випадку за допомогою Са²⁺ утворюються додаткові зв'язки між радикалами.

Взаємодії класу II : ліганд значно змінює третинну структуру білку, і тільки в такому стані білок стає досить активним.

Приклад - зв'язування іонів Са²⁺ з кальмодуліном - внутрішньоклітинним рецептором цих іонів. Зв'язавши два іони Са²⁺, кальмодулін набуває здатність впливати на активність більшості білків клітини.

Взаємодії класу III : у відсутність ліганда білок знаходиться в т. з. стані розплавленої глобули : має достатньо компактну глобулярну форму, але без якої-небудь певної третинної структури - остання формується лише при зв'язуванні ліганда.

Приклад такого білку - лактальбумін (компонент ферментного комплексу синтезу лактози). Це невеликий білок, містить 4 дисульфідні зв'язки і міцно зв'язує 1 іон Са²⁺ . Видимо, цей іон є ключовим структуротворним елементом. При його видаленні третинна структура білку руйнується. Але глобулярна форма і розмір глобули зберігаються завдяки стабілізуючому впливу дисульфідних зв'язків.

Взаємодії класу IV : без ліганда у білку не до кінця сформована вторинна структура і повністю відсутня третинна структура. При цьому пептидний ланцюг частково розгорнутий.

Приклад білку остеокальцин, що міститься в матриксі кісток. Він містить всього біля 50 амінокислотних залишків і здатний зв'язувати 5 іонів Са²⁺. Зв'язування супроводжується істотним зменшенням об'єму глобули, формуванням третинної структури і об'єднанням глобул в димери. Тобто в даному випадку ліганд потрібний для появи у білку і четвертинної структури.

Взаємодії класу V : у відсутність ліганда білковий ланцюг практично повністю розгорнутий, тобто представляє собою випадковий клубок. Взаємодія ж з лігандом призводить до повного формування просторової структури білку.

Приклад - цитохром с, один з білків ланцюга перенесення електронів в мітохондріях. Його ліганд - гем (схожий з гемом гемоглобіна). Видалення гема призводить до майже повного розгортання білкової молекули.

Взаємодії класу VI : зв'язування ліганда викликає масштабні переміщення доменів або субодиниць білку.

Приклад - взаємодія гемоглобіну (Нb) з киснем. В ході цього процесу відбуваються численні і складні конформаційні перетворення. У тому числі сусідні субодиниці обертаються один відносно одного на 10-15°.

В результаті при зв'язуванні молекули О₂ з гемом однієї субодиниці підвищується спорідненість до кисню сусідніх субодиниц. Це позначається як кооперативний ефект і має велике фізіологічне значення.

Завершуючи цей пункт, зробимо два зауваження:

а) по-перше, як видно, ліганди дійсно можуть дуже істотно впливати на конформацію білку;

б) по-друге, для білку, що має декілька лігандів (особливо якщо останні зв'язуються з різними частинами молекули), характер подібного впливу для різних лігандов може бути досконалий різним.

Наприклад, по-різному впливають на структуру гемоглобіна такі його ліганди, як гем і кисень.

Тому, на відміну від авторів викладеної тут систематизації (В. Н. Уверського і Н. В. Нарижневої), ми говорили не про класи білків, а про класи білок-лігандних взаємодій.