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포도당은 해당과정 시작 시 활성 부위에서 헥소키나아제에 결합한다.

생화학 및 분자생물학에서 결합부위는 단백질과 같은 고분자 상의 다른 분자에 [1]특이적으로 결합하는 영역이다.고분자의 결합 파트너는 종종 [2]배위자로 불린다.리간드는 다른 단백질(단백질-단백질 [3]상호작용을 일으키는), 효소 기질,[4] 2차 전달자, 호르몬 또는 알로스테릭 [5]조절제를 포함할 수 있다.결합 사건은 종종, 그러나 항상 그렇지는 않습니다만,[6] 단백질의 기능을 바꾸는 구조 변화를 수반합니다.단백질 결합 부위에 결합하는 것은 가장 흔히 가역적이지만(일시적 및 비공유적), 공유가역적이거나[7] [8]불가역적일 수도 있다.

기능.

단백질의 결합 부위에 대한 리간드의 결합은 종종 단백질의 구조 변화를 유발하고 세포 기능의 변화를 초래한다.따라서 단백질의 결합 부위는 신호 전달 [9]경로의 중요한 부분이다.리간드의 종류는 신경전달물질, 독소, 신경펩타이드, 스테로이드 [10]호르몬을 포함한다.결합 부위는 효소 촉매 작용, 분자 경로 신호 전달, 항상성 조절 및 생리 기능을 포함한 많은 맥락에서 기능 변화를 일으킨다.부위의 전하, 입체 형태 및 기하학적 구조는 단백질이 담당하는 특정 세포 상호작용의 [11][12]캐스케이드를 활성화하면서 고도로 특정한 리간드가 결합하도록 선택적으로 허용한다.

촉매 작용

반응을 촉매하는 효소의 존재 하에서 활성화 에너지가 감소한다.

효소는 기질이나 생성물보다 전이 상태에 더 강하게 결합함으로써 촉매 작용을 일으킨다.촉매결합부위에서는 몇 가지 다른 상호작용이 기질에 작용할 수 있다.여기에는 전기 촉매, 산 및 염기 촉매, 공유 촉매, 금속 이온 촉매 [10]등이 포함됩니다.이러한 상호작용은 높은 에너지 분자를 안정시키기 위해 유리한 상호작용을 제공함으로써 화학 반응의 활성화 에너지를 감소시킨다.효소 결합은 반응과 무관한 물질의 근접과 배제를 가능하게 한다.부작용은 또한 이 특정한 [13][10]결합에 의해 억제된다.

이러한 작용을 수행할 수 있는 효소에는 산화환원효소, 전이효소, 가수분해효소, 분해효소, 이성질화효소,[14] 리가아제 등이 있습니다.

예를 들어 트랜스페라아제 헥소키나아제는 포도당의 인산화를 촉매하여 포도당 6-인산을 생성한다.헥소키나아제의 활성 부위 잔기는 활성 부위에서 포도당 분자의 안정화를 허용하고 바람직한 상호작용의 대체 경로 시작을 촉진하여 활성화 [15]에너지를 감소시킨다.

억제

억제제 결합에 의한 단백질 억제는 경로 조절, 항상성 조절 및 생리 기능의 장애를 유발할 수 있다.

경쟁 억제제는 활성 부위의 유리 효소에 결합하기 위해 기질과 경쟁하며, 따라서 결합 시 효소-기질 복합체의 생성을 방해한다.예를 들어, 일산화탄소 중독은 헤모글로빈의 산소와 반대로 일산화탄소가 경쟁적으로 결합함으로써 발생합니다.

또는 비경쟁적 억제제는 활성 부위에서 기질과 동시에 결합한다.효소기질(ES) 착체에 결합하면 효소기질억제제(ESI) 착체가 형성된다.경쟁 억제제와 마찬가지로 생성물 형성 속도도 [4]감소한다.

마지막으로 혼합억제제는 유리효소 및 효소-기질 복합체 모두에 결합할 수 있다.그러나 경쟁적 및 비경쟁적 억제제와는 달리 혼합 억제제는 알로스테릭 부위에 결합한다.알로스테릭 결합은 기질에 대한 단백질의 친화력을 증가시킬 수 있는 구조 변화를 유도한다.이 현상을 양의 변조라고 합니다.반대로 기질에 대한 단백질의 친화력을 감소시키는 알로스테릭 결합은 음변조이다.[16]

종류들

활성 사이트

주요 기사:활성 사이트

활성부위에서는 기질이 효소에 결합해 화학반응을 [17][18]유도한다.기질, 전이 상태 및 생성물은 활성 부위 및 경쟁 억제제에 [17]결합할 수 있습니다.예를 들어 단백질 기능의 맥락에서 근육세포에서 칼슘과 트로포닌의 결합은 트로포닌의 배좌변화를 유도할 수 있다.이를 통해 트로포미오신이 미오신 머리가 결합하는 액틴-미오신 결합 부위를 노출시켜 교차교를 형성하고 근육 [19]수축을 유도할 수 있다.

혈액의 맥락에서 경쟁적 결합의 예는 헴의 활성 부위에서 산소와 경쟁하는 일산화탄소이다.일산화탄소의 높은 친화력은 산소 농도가 낮을 때 산소를 능가할 수 있다.이러한 상황에서 일산화탄소의 결합은 헴이 산소에 결합하지 못하게 하는 구조 변화를 유발하여 일산화탄소 [4]중독을 일으킨다.

활성 부위와 조절(알로스테릭) 부위에서 각각 경쟁적 및 비경쟁적 효소 결합.

알로스테릭 사이트

조절 부위에서 배위자의 결합은 증폭되거나 억제된 단백질 [4][20]기능을 유도할 수 있다.다량체 효소의 알로스테릭 부위에 대한 리간드의 결합은 종종 양의 협동성을 유도한다. 즉, 한 기질의 결합은 바람직한 배좌 변화를 유도하고 두 번째 [21]기질에 결합할 효소의 가능성을 증가시킨다.조절 부위 배위자는 단일 또는 여러 유형의 분자가 각각 [22]효소 활성에 영향을 미치는 균질성 및 이질성 배위자를 포함할 수 있다.

고도로 조절되는 효소는 종종 대사 경로에서 필수적이다.예를 들어 해당과정에서 과당을 인산화시키는 포스포프룩토키나아제(PFK)는 주로 ATP에 의해 조절된다.해당과정의 조절은 경로의 커밋 및 속도 제한 단계이기 때문에 필수적이다.PFK는 또한 이화 경로를 통해 ATP를 형성하도록 지정된 포도당의 양을 조절한다.따라서 충분한 수준의 ATP에서 PFK는 ATP에 의해 알로스테릭하게 억제된다.이 조절은 다른 경로에 필요할 수 있는 포도당 비축량을 효율적으로 보존한다.구연산 회로의 중간체인 구연산염도 PFK의 [22][23]알로스테릭 조절제 역할을 한다.

싱글 체인 및 멀티 체인바인딩 사이트

바인딩 사이트는 구조적인 특징에 의해서도 특징지을 수 있습니다.단일사슬 부위('단일' 리간드, μμμμμμμμμμα: 결합)는 단일단백질사슬에 의해 형성되는 반면, 다중사슬 부위('폴리데스믹' 리간드, μμμμα: 다량)는 단백질 복합체에 빈번하게 형성되며, 일반적으로 단백질 계면 또는 단백질 계면 근처에서 둘 이상의 단백질사슬에 결합하는 리간드에 의해 형성된다.최근의 연구는 결합부위 구조가 단백질 복합체의 생물학(기능의 진화, 알로스토리)[25][26]에 심오한 영향을 미친다는 것을 보여준다.

암호화 바인딩 사이트

암호결합부위는 일시적으로 아포 형태로 형성되거나 배위자 결합에 의해 유도되는 결합부위이다.불가해한 결합 부위를 고려하면 잠재적으로 "약물"인 인간 프로테옴의 크기가 질병 관련 단백질의 [27]약 40%에서 약 78%로 증가합니다.바인딩 사이트는 "CryptoSite" 데이터 [27]세트에 적용되는 지원 벡터 머신, "CryptoSite" 데이터 [28]세트의 확장, 마르코프 상태 모델과 생물물리 [29]실험을 사용한 긴 시간 척도 분자 역학 시뮬레이션, 상대 접근 가능한 표면적에 [30]기초한 암호 사이트 인덱스에 의해 조사되었다.

결속 곡선

S자형 대 쌍곡선 결합 패턴은 효소의 협력적 및 비협력적 특성을 나타낸다.

결합곡선은 단백질에 대한 배위자의 결합거동을 나타낸다.곡선은 S자형 또는 쌍곡선으로 특징지을 수 있으며, 이는 단백질이 각각 [31]협동적 또는 비협조적 결합 행동을 보이는지 여부를 반영한다.일반적으로 x축은 리간드의 농도를 나타내고 y축은 사용 가능한 모든 결합 [4]부위에 결합된 리간드의 부분 포화도를 나타낸다.Michaelis Menten 방정식은 일반적으로 곡선의 모양을 결정할 때 사용됩니다.Michaelis Menten 방정식은 정상 상태 조건에 기초하여 도출되며 용액에서 일어나는 효소 반응을 설명한다.그러나 효소가 기질에 결합되어 있을 때 반응이 일어나면 역학은 [32]다르게 작용한다.

혈중 헤모글로빈 및 미오글로빈에 대한 산소의 결합 친화도를 평가할 때 결합 곡선을 이용한 모델링이 유용합니다.헤모글로빈은 4개의 헴기를 가지며 협동결합을 보인다.이는 헤모글로빈의 헴 그룹에 대한 산소 결합이 다음 헴 그룹에 대한 산소의 결합 호감도를 높일 수 있는 바람직한 구성 변화를 유도한다는 것을 의미합니다.이러한 상황에서 헤모글로빈의 결합 곡선은 산소에 대한 결합 호감도가 증가하기 때문에 S자형이 될 것이다.미오글로빈은 오직 하나의 헴기만을 가지고 있기 때문에, 결합 [33]곡선에서 쌍곡선의 비협조 결합을 나타낸다.

적용들

다른 유기체와 사람 사이의 생화학적 차이는 약물 개발에 유용하다.예를 들어 페니실린은 세균효소 DD-트랜스펩티드가수분해효소를 억제해 세균세포벽의 발달을 파괴하고 세포사를 유도함으로써 세균을 죽인다.따라서 결합 부위의 연구는 암 메커니즘,[34] 약물 제제 [35]및 생리학적 [36]조절을 포함한 많은 연구 분야와 관련이 있다.단백질의 기능을 뮤트하기 위한 억제제의 배합은 일반적인 형태의 약물 [37]치료법이다.

메트렉세이트는 기질 엽산을 능가함으로써 디히드로폴산 환원효소를 억제한다.결합 부위는 파란색, 억제제는 녹색, 기질은 검은색입니다.

암의 범위에서는 자연배위자와 유사한 외관을 가지도록 편집된 리간드가 종양의 성장을 억제하기 위해 사용된다.예를 들어 화학요법인 메토트렉세이트는 디히드로폴산환원효소 활성부위에서 [38]경쟁억제제로 작용한다.이 상호작용은 테트라히드로폴산 합성을 억제하여 DNA, RNA 및 [38]단백질의 생산을 차단합니다.이 기능의 억제는 신생물 성장을 억제하고 심각한 건선과 성인 류마티스 [37]관절염을 개선한다.

심혈관 질환에서는 고혈압 환자를 치료하기 위해 베타 차단제와 같은 약물이 사용된다.베타 차단제(β-차단제)는 아드레날린과 노르아드레날린 호르몬이 심장과 혈관에 있는 β1 및 β2 수용체에 결합하는 것을 차단하는 항고혈압제이다.이 수용체들은 일반적으로 교감적인 "싸움 또는 도주" 반응을 중재하여 [39]혈관의 수축 현상을 일으킨다.

경쟁 억제제는 상업적으로도 많이 발견된다.상업적으로 보톡스로 알려진 보툴리누스 독소는 아세틸콜린 의존 신경에 결합되어 근육에 마비를 일으키는 신경독소이다.이 상호작용은 근육의 수축을 억제하여 평활근의 [40]외관을 만들어 냅니다.

예측

단백질에서 [20][41][42]결합 부위의 위치를 예측하기 위해 많은 계산 도구가 개발되었다.이것들은 크게 시퀀스 베이스 또는 [42]구조 베이스로 분류할 수 있습니다.배열 기반 방법은 결합 부위와 같은 단백질의 기능적으로 보존된 부분의 배열이 보존된다는 가정에 의존한다.구조 기반 방법은 단백질의 3D 구조를 필요로 합니다.이러한 방법은 템플릿 및 포켓 기반 [42]방법으로 세분화할 수 있습니다.템플릿 기반 방법은 표적 단백질과 알려진 결합 부위를 가진 단백질 사이의 3D 유사성을 검색합니다.포켓 기반 방법은 높은 [42]친화력으로 리간드를 결합할 수 있는 소수성 및 수소 결합 용량과 같은 특징을 가진 표적 단백질의 오목 표면 또는 매립된 포켓을 검색합니다.여기에서 포켓이라는 용어를 사용하더라도,[43] 유사한 방법을 사용하여 포켓이 아닌 보다 평면적인 단백질-단백질 상호작용에 사용되는 결합 부위를 예측할 수 있습니다.

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