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KooperativitätKooperativität, ein Begriff aus der Biochemie, charakterisiert die Funktion von Carrier-Proteinen (darunter Rezeptoren) und von Enzymen, die aus mehreren Untereinheiten bestehen (so genannte "oligomere Proteine") Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
DefinitionProteine aus mehreren ähnlichen Untereinheiten zeigen häufig das Phänomen der Kooperativität: die Bindungsstärke eines Liganden hängt davon ab, wie viele der restlichen Untereinheiten bereits einen Liganden tragen. Wird die Bindung zunehmend stärker, ergibt sich das gut untersuchte Phänomen der positiven Kooperativität. Behindern sich die Liganden gegenseitig, so dass die letzten Bindungsplätze mit niedriger Affinität eingenommen werden, folgt das weniger bekannte (aber ebenso häufige) Phänomen der negativen Kooperativität. Der erste Fall wirkt wie ein Schalter (Proteine mit Liganden an allen Bindungsstellen und Proteine ganz ohne Liganden beherrschen die Szene, teilgesättigte Proteine sind unterrepräsentiert). Im zweite Fall ist ? der Bindungsgrad der Proteine gleichmäßiger ? und hängt von der Ligandenkonzentration ab. Prototyp eines allosterischen Proteins mit positiver Kooperativität ist das aus vier Untereinheiten bestehende (tetramere) Hämoglobin. Im Unterschied zum monomeren Sauerstoff-Trägerprotein Myoglobin, bindet Hämoglobin außer Sauerstoff (O2) noch Protonen (H+), Kohlendioxid (CO2) und Chloridionen. Die Bindungseigenschaften von Sauerstoff an das Tetramer (das in der Abbildung vereinfachend als Dimer dargestellt wird) werden vielfältig moduliert:
So erzwingen alle genannten Liganden (bis auf O2 selbst) die Abgabe von Sauerstoff, das heißt, den Übergang der hochaffinen R-Konformation in die niederaffine T-Konformation. Die nachfolgende Abbildung zeigt das Prinzip dieser Regulation: der Konformationsübergang von T (tense) zu R (relaxed) wird dadurch ausgelöst, dass der Sauerstoff das zentrale Eisenatom (Fe++, brauner Kreis) im Häm (roter Balken) in die Ebene zieht. Andere Proteingruppen Aminosäurereste folgen dieser Bewegung, wodurch Wasserstoffbrücken gebrochen und die sog. “Bohr-Protonen” (H+) sowie CO2 freigesetzt werden.
Nachweis und BeschreibungKooperativ bindende Proteine (Carrier, Rezeptoren, Enzyme) folgen nicht dem Prinzip der Sättigungshyperbel: sie weisen entweder ein "sigmoides" (positive Kooperativität) oder ein "pseudohyperboles" Bindungsverhalten (negative Kooperativität) auf. Nur aufgrund der unauffälligen, einer Hyperbel ähnelnden Charakteristik wurde und wird die negative Kooperativität häufig übersehen. Die Bindungskurvendas Phänomen der Kooperativität lässt sich nach Adair durch Funktionen beschreiben, denen zwei Km-Werte, K(1) und K(2), zukommen. Diese komplexen Funktionen lassen sich wiederum als Übergang zwischen zwei Sättigungshyperbeln (1 und 2, d.h. schwarze Kurven in der folgenden Abbildung) verstehen:
Negative Kooperativität wurde zunächst für die Bindung von NAD+ durch Glycerinaldehyd-3-phosphat-dehydrogenase (GAPDH) entdeckt (Beschreibung und Literaturübersicht).
LinearisierungenEindeutige Hinweise auf Kooperativität findet man, wenn man die Bindungskurven den unter "Enzymkinetik" beschriebenen "Linearisierungsverfahren" unterwirft: hier ergeben sich charakteristische Abweichungen von einer Geraden - besonders augenfällig im Falle des Scatchard-Diagramms. Diese Abweichungen werden am ehesten im Hill-Diagramm nivelliert, das aber End-Äste von 45° (Steigung = 1) aufweisen würde, wenn im oberen und unteren Bereich der Substratkonzentrationen genügend Messpunkte vorlägen. Nur im Falle nH = n (maximale Kooperativität) würden diese entfallen:
Die beste Bestimmung der Kooperativitätsparameter erfolgt heute auf dem Wege der "nichtlinearen Regression" unter Verwendung
Siehe auch: Glucokinase |
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Kooperativität aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |