Лиганды в биорегуляции

Определение понятия

Лиганды - это вещества, способные специфически связываться с активным центром молекул определённой структуры.

Биолигандами я предлагаю называть те лиганды, которые осуществляют биорегуляцию в живых организмах за счёт своего связывания с рецепторными молекулами-мишенями. (© Сазонов В.Ф., 2012.  © kineziolog.bodhy.ru, 2012.)

Лиганды в биорегуляции (биолиганды) - это фактически сигнальные управляющие вещества, способные передавать управляющие команды за счёт своего связывания с активным центром молекулярных рецепторов, обладающих специфичностью к ним.

Таким образом, можно сказать, что именно биолиганды осуществляют хеморегуляцию, т.е. химическое управление клетками, организмом, его частями или совокупностью организмов.

Механизм действия биолигандов

По влиянию лигандов на конформацию белков белок-лигандные взаимодействия можно разделить на несколько классов.

Взаимодействия класса I:

Лиганд, связываясь с белком, не вызывает существенных изменений конформации, но стабилизирует структуру белка.
Пример — связывание ионов Са2* с лизоцимом. В присутствии лиганда (ионов Са2') для денатурации лизоцима требуются большие концентрации соответствующего агента (мочевины или гуанидингидрохлорида).
Видимо, в данном случае с помощью Са2< образуются дополнительные связи между радикалами.

Взаимодействия класса II:

Лиганд значительно меняет третичную структуру белка, и только в таком состоянии белок становится достаточно активным.
Пример — связывание ионов Са2* с кальмодулином — внутриклеточным рецептором этих ионов. Связав два иона Са2*, кальмодулин приобретает способность влиять на активность многих белков клетки.

Взаимодействия класса III:

В отсутствие лиганда белок находится в т. н. состоянии расплавленной глобулы: имеет достаточно компактную глобулярную форму, но без какой-либо определенной третичной структуры — последняя формируется лишь при связывании лиганда.
Пример такого белка — лактальбумин (компонент ферментного комплекса синтеза лактозы). Это небольшой белок, содержащий 4 дисульфидные связи и прочно связывающий 1 ион Са* . Видимо, данный ион является ключевым структурообразующим элементом. При его удалении третичная структура белка разрушается. Но глобулярная форма и размер глобулы сохраняются благодаря стабилизирующему влиянию дисульфидных связей.

Взаимодействия класса IV:

Без лиганда у белка не до конца сформирована вторичная структура и полностью отсутствует третичная структура. При этом пептидная цепь частично развернута.
Пример белка остеокальцин, содержащийся в матриксе костей. Он содержит всего около 50 аминокислотных остатков и способен связывать 5 ионов Са". Связывание сопровождается существенным уменьшением объема глобулы, формированием третичной структуры и объединением глобул в димеры. Т. е. в данном случае лиганд необходим для появления у белка и четвертичной структуры.

Взаимодействия класса V:

В отсутствие лиганда белковая цепь практически полиостью развернута, т. е. представляет собой случайный клубок. Взаимодействие же с лигандом приводит к полному формированию пространственной структуры белка.
Пример — цитохром с, один из белков цепи переноса электронов в митохондриях. Его лиганд гем (сходный с гемом гемоглобина). Удаление тема приводит к почти полному разворачиванию белковой молекулы.

Взаимодействия класса VI:

Связывание лиганда вызывает масштабные подвижки доменов или субъединиц белка.
Пример — взаимодействие гемоглобина (НЬ) с кислородом. В ходе этого процесса происходят многочисленные и сложные конформационные превращения. В том числе соседние субъединицы поворачиваются друг относительно друга на 10 15".
В результате при связывании молекулы 02 с гемом одной субъединицы повышается сродство к кислороду соседних субъединиц. Это обозначается как кооперативный эффект и имеет большое физиологическое значение.
Завершая данный пункт, сделаем два замечания:
а) во-первых, как видно, лиганды действительно могут очень существенно влиять на конформацию белка;
б) во-вторых, для белка, имеющего несколько лигандов (особенно если последние связываются с разными частями молекулы), характер подобного влияния для разных лигандов может быть совершенно разным.
Например, по-разному воздействуют на структуру гемоглобина такие его лиганды, как гем и кислород.
Поэтому, в отличие от авторов изложенной здесь систематизации (В. Н. Уверского и Н. В. Нарижневой), мы говорили не о классах белков, а о классах белок-лигандных взаимодействий.

Источники:

http://www.rusbiolog.ru/2008/09/01/rol-ligandov.html

Биолиганды в хеморегуляции

1. Гормоны

2. Нейротрансмиттеры

     2.1. Нейромедиаторы

     2.2. Нейромодуляторы

3. Вторичные мессенджеры

4. Гистогормоны (тканевые гормоны)

5. Метаболиты

6. Феромоны

7. Агонисты (миметики)

8. Антагонисты