موقع الربط

تُحفز الإنزيمات التفاعلات الكيميائية من خلال ارتباطها الأقوى بالحالات الانتقالية مقارنةً بالركائز والنواتج. في موقع الارتباط التحفيزي، قد تؤثر عدة تفاعلات مختلفة على الركيزة، تتراوح بين التحفيز الكهربائي، والتحفيز الحمضي والقاعدي، والتحفيز التساهمي، وتحفيز أيونات المعادن. ^{[ 11 ]} تُقلل هذه التفاعلات من طاقة التنشيط للتفاعل الكيميائي بتوفيرها تفاعلات مُلائمة لتثبيت الجزيء عالي الطاقة. يسمح ارتباط الإنزيم بتقارب أكبر واستبعاد المواد غير ذات الصلة بالتفاعل، كما يُثبط التفاعلات الجانبية. ^{[ 15 ] [ 11 ]}

تشمل أنواع الإنزيمات التي يمكنها القيام بهذه الإجراءات: الأكسيدوريدوكتازات، والترانسفيرازات، والهيدرولازات، والليازات، والإيزوميرازات، والليغازات. ^{[ 16 ]}

على سبيل المثال، يحفز إنزيم هيكسوكيناز فسفرة الجلوكوز لإنتاج جلوكوز-6-فوسفات. تسمح بقايا الموقع النشط للهيكسوكيناز باستقرار جزيء الجلوكوز في الموقع النشط، وتحفز بدء مسار بديل للتفاعلات المفيدة، مما يقلل من طاقة التنشيط. ^{[ 17 ]}

قد يؤدي تثبيط البروتين عن طريق ارتباط المثبط إلى حدوث خلل في تنظيم المسار، والتنظيم المتوازن، والوظيفة الفسيولوجية.

تتنافس المثبطات التنافسية مع الركيزة للارتباط بالإنزيمات الحرة في المواقع النشطة، وبالتالي تعيق تكوين معقد الإنزيم-الركيزة عند الارتباط. على سبيل المثال، يحدث التسمم بأول أكسيد الكربون نتيجةً للتنافس بين ارتباط أول أكسيد الكربون والأكسجين في الهيموجلوبين.

أما المثبطات غير التنافسية ، فترتبط بالركيزة في المواقع النشطة بالتزامن معها. وعند ارتباطها بمركب الإنزيم والركيزة، يتشكل مركب الإنزيم والركيزة والمثبط. ومثل المثبطات التنافسية، ينخفض ​​معدل تكوين الناتج أيضًا. ^{[ 4 ]}

أخيرًا، تستطيع المثبطات المختلطة الارتباط بكلٍ من الإنزيم الحر ومركب الإنزيم-الركيزة. مع ذلك، وعلى عكس المثبطات التنافسية وغير التنافسية، ترتبط المثبطات المختلطة بالموقع التغايري. يُحفز الارتباط التغايري تغييرات بنيوية قد تزيد من ألفة البروتين للركيزة. تُسمى هذه الظاهرة بالتعديل الإيجابي. في المقابل، يُسمى الارتباط التغايري الذي يُقلل من ألفة البروتين للركيزة بالتعديل السلبي. ^{[ 18 ]}

في الموقع النشط، يرتبط الركيزة بالإنزيم لتحفيز تفاعل كيميائي. ^{[ 19 ] [ 20 ]} يمكن للركائز، والحالات الانتقالية، والنواتج أن ترتبط بالموقع النشط، بالإضافة إلى أي مثبطات تنافسية. ^{[ 19 ]} على سبيل المثال، في سياق وظيفة البروتين، يمكن أن يؤدي ارتباط الكالسيوم بالتروبونين في الخلايا العضلية إلى تغيير في بنية التروبونين. وهذا يسمح للتروبوميوسين بكشف موقع ارتباط الأكتين-ميوسين الذي يرتبط به رأس الميوسين لتكوين جسر عرضي وتحفيز انقباض العضلة . ^{[ 21 ]}

في سياق الدم، يُعدّ أول أكسيد الكربون مثالاً على الارتباط التنافسي، إذ يتنافس مع الأكسجين على الموقع النشط في الهيم . وقد يتفوق أول أكسيد الكربون، بفضل ألفته العالية، على الأكسجين في حال انخفاض تركيزه. في هذه الظروف، يُحدث ارتباط أول أكسيد الكربون تغييراً في بنية الهيم يمنعه من الارتباط بالأكسجين، مما يؤدي إلى التسمم بأول أكسيد الكربون. ^{[ 4 ]}

في الموقع التنظيمي، قد يؤدي ارتباط الليجاند إلى تضخيم أو تثبيط وظيفة البروتين. ^{[ 4 ] [ 22 ]} غالبًا ما يحفز ارتباط الليجاند بموقع ألوستيري لإنزيم متعدد الوحدات تعاونًا إيجابيًا، أي أن ارتباط ركيزة واحدة يحفز تغييرًا بنيويًا ملائمًا ويزيد من احتمالية ارتباط الإنزيم بركيزة ثانية. ^{[ 23 ]} يمكن أن تشمل ليجاندات الموقع التنظيمي ليجاندات متجانسة وغير متجانسة ، حيث يؤثر نوع واحد أو أنواع متعددة من الجزيئات على نشاط الإنزيم على التوالي. ^{[ 24 ]}

غالبًا ما تكون الإنزيمات ذات التنظيم الدقيق ضرورية في المسارات الأيضية. على سبيل المثال، يُنظَّم إنزيم فوسفوفركتوكيناز (PFK)، الذي يُفسفر الفركتوز في عملية تحلل الجلوكوز، بشكل كبير بواسطة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). يُعد تنظيمه في عملية تحلل الجلوكوز أمرًا بالغ الأهمية لأنه الخطوة الحاسمة والمحددة لمعدل التفاعل في هذه العملية. كما يتحكم إنزيم PFK في كمية الجلوكوز المُخصصة لتكوين ATP عبر مسار الهدم . لذلك، عند وجود مستويات كافية من ATP، يُثبَّط إنزيم PFK بشكل غير مباشر بواسطة ATP. يُسهم هذا التنظيم في الحفاظ على مخزون الجلوكوز بكفاءة، والذي قد يكون ضروريًا لمسارات أيضية أخرى. يعمل السترات، وهو وسيط في دورة حمض الستريك، أيضًا كمنظم غير مباشر لإنزيم PFK. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

يمكن أيضًا تمييز مواقع الارتباط بخصائصها البنيوية. تتكون مواقع الارتباط أحادية السلسلة (من الروابط أحادية الارتباط، μόνος: أحادي، δεσμός: ارتباط) من سلسلة بروتينية واحدة، بينما تكثر مواقع الارتباط متعددة السلاسل (من الروابط متعددة الارتباط، πολοί: متعدد) ^{[ 26 ]} في المركبات البروتينية، وتتكون من روابط ترتبط بأكثر من سلسلة بروتينية واحدة، عادةً في أو بالقرب من أسطح التفاعل بين البروتينات. تُظهر الأبحاث الحديثة أن لبنية موقع الارتباط آثارًا بالغة على بيولوجيا المركبات البروتينية (تطور الوظيفة، والتنظيم التآزري). ^{[ 27 ] [ 28 ]}

مواقع الارتباط الخفية هي مواقع ارتباط تتشكل بشكل مؤقت في حالة عدم الارتباط أو تُحفز بارتباط الليجاند. يؤدي أخذ مواقع الارتباط الخفية في الاعتبار إلى زيادة حجم البروتينات البشرية التي يُحتمل استهدافها دوائيًا من حوالي 40% إلى حوالي 78% من البروتينات المرتبطة بالأمراض. ^{[ 29 ]} وقد دُرست مواقع الارتباط من خلال: تطبيق آلة المتجهات الداعمة على مجموعة بيانات "CryptoSite"، ^{[ 29 ]} وتوسيع مجموعة بيانات "CryptoSite"، ^{[ 30 ]} ومحاكاة ديناميكيات جزيئية طويلة المدى باستخدام نموذج حالة ماركوف وتجارب فيزيائية حيوية، ^{[ 31 ]} ومؤشر مواقع الارتباط الخفية الذي يعتمد على مساحة السطح المتاحة نسبيًا . ^{[ 32 ]}