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Ligandeninduzierte Bewegungseinschränkung mit Stärkung nichtkovalenter Wechselwirkungen in Rezeptoren und Enzymen: Quelle für Bindungsenergie und katalytische Wirkung

Authors


Abstract

Nichtkovalente Wechselwirkungen werden bisweilen als additiv behandelt. Mit diesem Verfahren lassen sich brauchbare mittlere Bindungsenergien für typische Wechselwirkungen in wässriger Lösung ableiten, der Ansatz scheitert jedoch in vielen Fällen, da sich nichtkovalente Wechselwirkungen oft gegenseitig verstärken (positiv kooperativ sind) oder abschwächen (negativ kooperativ sind). Bindungsenergie wird gewonnen, wenn ein Ligand die innere Beweglichkeit seines Rezeptors einschränkt (positiv kooperative Bindung). Auf ähnliche Weise wird bei enzymatisch katalysierten Reaktionen Energie für die Bindung des Übergangszustands gewonnen, wenn das Substrat im Übergangszustand innere Bewegungen des Enzyms einschränkt. Liganden und Substrate erhöhen auf diese Weise ihre Affinitäten für Proteine. Diese Organisation geht einher mit einem Gewinn an Bindungsenthalpie und einer Einschränkung der Dynamik (einem Entropieaufwand), erfordert aber nicht, dass neue nichtkovalente Wechselwirkungen entstehen, sondern lediglich, dass die bereits existierenden Wechselwirkungen gestärkt werden. Negativ kooperative Effekte wirken sich umgekehrt aus: Die Packungsdichte wird verringert, und Enthalpie wird aufgewendet, während Entropie gewonnen wird.

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