קישור קואופרטיבי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

קישור קואופרטיבי או תופעת הקואופרטיביות היא מושג בביוכימיה המייצגת, לרוב, את היכולת של חלבונים לשנות את הזיקה שלהם לליגנד (לרוב הסובסטראט) עקב קישור מוקדם של ליגנד. כלומר, אפיניות הקישור של הליגנד השני לחלבון תהיה שונה מהאפיניות שבה נקשר הליגנד הראשון לאותו חלבון.

המונח אפיניות מייצג גם קשת רחבה של שינויים בקינטיקה של תהליכים. לדוגמה:

  • תהליך יצירת ממברנות ביולוגיות נחשב תהליך קואופרטיבי, מכיוון שקצב יצירת הממברנה גדל לאחר שהממברנה החלה להיווצר (לעומת בהיעדר כל מבנה ראשוני)
  • גם תהליך קיפול חלבונים הינו קואופרטיבי. על פי התאוריה המקובלת, יצירת גרעין הקיפול מקלה על המשך קיפול החלבון.

הגדרה[עריכת קוד מקור | עריכה]

קואופרטיביות מתקיימת כאשר האפיניות לקשירה של מולקולה לליגנד שלה, משתנה כתלות בקישור של הליגנד אליה. קואופרטיביות היא מקרה פרטי של אלוסטריה. מולקולה המתנהגת באופן קואורפרטיבי חייבת להיות בעלת לפחות 2 אתרי קישור לליגנד. אם קישור לליגנד באתר אחד מגדיל את האפיניות לקשירת מולקולות ליגנד נוספות באתר שני מדובר בקואופרטיביות חיובית (אפקטור אלוסטרי הומוטרופי חיובי). והפוך, אם קישור לליגנד באתר אחד מקטין את האפיניות לקשירת מולקולות ליגנד נוספות באתר השני מדובר בקואופרטיביות שלילית (אפקטור אלוסטרי הומוטרופי שלילי). במידה וקשירת הליגנד אינה משנה את האפיניות לקשירת ליגנד נוסף ניתן לומר שאין קואופרטיביות.

דוגמה להתנהגות קואופרטיבית: המוגלובין[עריכת קוד מקור | עריכה]

מידת רווית חמצן בחלבון המוגלובין כתלות בלחץ הגזי החלקי של חמצן

החלבון המוגלובין, שתפקידו נשיאת מולקולות חמצן בדם, הוא טטרמר בעל 4 אתרי קישור לחמצן (אחד בכל תת-יחידה). כאשר מולקולת חמצן נקשרת בתת-יחידה אחת עולה האפיניות לקשירת מולקולות חמצן נוספות בשאר תתי היחידה (תהליך זה מתרחש בריאות). ולהיפך, ניתוק חמצן מיחידה אחת תעודד ניתוק שאר החמצנים הקשורים (תהליך המתרחש ברקמות היעד כגון בשרירים). תופעת הקואופרטיביות במקרה זה מגדילה את יכולת ההמוגלובין לקשור חמצן בריאה ולשחררו בשריר (כושר נשיאת החמצן של המוגלובין גדולה פי 1.7 יותר חמצן מאשר חלבון תאורטי עם 4 אתרי קישור בלתי תלויים).

עקום היל או משוואת היל[עריכת קוד מקור | עריכה]

מקדם היל, מתוך משוואת היל, מתאר באופן כמותי את הקואופרטיביות של חלבון. משוואת היל:  \theta = {[L]^n \over K_d + [L]^n} = {[L]^n \over (K_A)^n + [L]^n} .

ובצורתה הלוגריתמית (המהווה, למעשה, לינאריזציה של משוואת היל):  \log\left( {\theta\over 1-\theta} \right) = n\log{[L]} - n\log{K_A}

ככל ש- n (הלוא הוא מקדם היל) גדול יותר מידת הקואופרטיביות גדולה יותר. ה-n התאורתי המקסימלי הוא כמספר אתרי הקשירה.

  • n=1 אין קואופרטיביות.
  • n>1 ישנה קואופרטיביות חיובית (קישור ליגנד מגדיל את האפיניות לקישור ליגנד נוסף).
  • n<1 ישנה קואופרטיביות שלילית (קישור ליגנד מקטין את האפיניות לקישור ליגנד נוסף).

מודלים מתמטיים להסבר מנגנוני-מבני של תופעת הקואופרטיביות[עריכת קוד מקור | עריכה]

שני מודלים המנסים לתאר את התופעה ושניהם מתאימים לתיאור בהמוגלובין.

מודל MWC[עריכת קוד מקור | עריכה]

מודל MWC או המודל המתואם (The two-state, concerted model) פותח על ידי ז'אק מונו, ג'פרי ווימן וז'אן-פיאר שנז'ו בשנת 1965. בבסיס מודל זה קיימת הנחת היסוד שכל תתי היחידות בחלבון משנות את הקונפורמציה שלהן, ולכן גם את האפיניות, יחדיו. כלומר, שינוי מתואם בכל תתי היחידות. כל תתי היחידות ימצאו במצב T (מתוח, עם האפיניות הנמוכה) או במצב R (רגוע, עם האפיניות הגבוהה). קישור הליגנד לתת יחידה מטה את שיווי המשקל בין המצבים T ל-R, ולכן גורם לשינוי הנצפה בחלבונים קואופרטיביים.

מודל KNF[עריכת קוד מקור | עריכה]

מודל KNF

המודל הרציף (The sequential mode) פותח על ידי דניאל קושלנד ועמיתיו ג'ורג' נמתי ופילמר מתאר את הקואופרטיביות דרך שינויים בכל תת-יחידה בנפרד, לאחר קישור הליגנד לתת יחידה זו. קישור של ליגנד מתאים לתת יחידה אחת גורם לה לשינוי קונפורמציה, ומעלה את האפיניות לקישור לתת יחידה הבאה בלבד. מודל זה דורש קבוע שונה לכל שלב קשירה.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]