Electrostatic coupling to pH-titrating sites as a source of cooperativity in protein-ligand binding.
Electrostatic coupling to pH-titrating sites as a source of cooperativity in protein-ligand binding.
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与 pH 滴定位点的静电耦合作为蛋白质-配体结合协同性的来源。
DOI：
10.1002/pro.5560070918
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发表时间：
1998
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Bashford,D
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Spassov,V;Bashford,D
本文描述了带电配体与蛋白质协同结合的另一种机制。配基结合部位与蛋白质侧链发生静电偶联，蛋白质侧链可发生质子化和去质子化。一个配基的结合改变了蛋白质的质子化平衡，使第二个配基的结合更加有利。这种机制不需要构象变化就能产生协同效应，尽管它并不排斥构象变化。我们对这一机制进行了理论描述，并对三种体系进行了计算：一个包含一个质子化中心和两个配体结合中心的模型系统，一个包含两个质子化中心和两个配体结合中心的模型系统，以及一个包含两个钙结合中心和30个质子化中心的Calbindin D9k。对于单质子化中心模型，质子化中心的影响只能是协同作用的。详细研究了该效应与配体-配体排斥的反合作效应的竞争关系。对于双质子化位置模型，这种效应可以是合作的，也可以是反合作的，在特殊情况下。对于Calbindin D9k，计算预测，在配体结合位或其附近的六个质子化位置做出了协同贡献，大约抵消了钙-钙排斥的反协同效应，占克服排斥并产生实验观察到的净协同效应所需的总协同效应的一半以上。我们认为，当蛋白质结构域中有一个以上的配体结合位点时，这里描述的那种合作机制是可能的。
This paper describes an alternative mechanism for the cooperative binding of charged ligands to proteins. The ligand‐binding sites are electrostatically coupled to protein side chains that can undergo protonation and deprotonation. The binding of one ligand alters the protein's protonation equilibrium in a manner that makes the the binding of the second ligand more favorable. This mechanism requires no conformational change to produce a cooperative effect, although it is not exclusive of conformational change. We present a theoretical description of the mechanism, and calculations on three kinds of systems: A model system containing one protonation site and two ligand‐binding sites; a model system containing two protonation sites and two ligand‐binding sites; and calbindin D9k, which contains two Ca2+‐binding sites and 30 protonation sites. For the one‐protonation‐site model, it is shown that the influence of the protonation site can only be cooperative. The competition of this effect with the anticooperative effect of ligand‐ligand repulsion is studied in detail. For the two‐protonation site model, the effect can be either cooperative or, in special cases, anticooperative. For calbindin D9k, the calculations predict that six protonation sites in or near the ligand‐binding sites make a cooperative contribution that approximately cancels the anticooperative effect of Ca2+‐Ca2+ repulsion, accounting for more than half of the total cooperative effect that is needed to overcome repulsion and produce the net cooperativity observed experimentally. We argue that cooperative mechanisms of the kind described here are likely when there is more than one ligand‐binding site in a protein domain.
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