Zur Frage der Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Substratmolekeln

Zusammenfassung

Das „Erkennen” einer molekularen Konfiguration durch ein Proteinmolekül (z. B. Enzym-Substrat, Antikörper-Hapten) geschieht im allgemeinen durch „Mehrzentren”-Wechselwirkung. Eine der zu „erkennenden” Gruppe komplementäre räumliche Anordnung von Bindungsstellen (meist verschiedener Natur) sorgt für die notwendige Spezifität und Selektivität. Die einzelnen Wechselwirkungen müssen relativ labil sein, um ein rasches „Ausprobieren” (“scanning”) verschiedener Muster und damit auch ein sehr schnelles Erkennen sehr spezifischer Molekülkonfigurationen zuzulassen. Da die einzelne Wechselwirkung sehr labil (und damit die freie Energie für die Ausbildung der betreffenden „Bindung” relativ klein) ist, kann sie nicht sehr spezifisch bzw. selektiv sein. Erst die räumliche Anordnung verschiedener sich gegenseitig ausschließender Wechselwirkungen bringt die notwendige Spezifität hervor. Zu diesen labilen Wechselwirkungen gehören vor allem¹: Ionische Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken und hydrophobe Wechselwirkungen². Diese Wechselwirkungen wurden an geeigneten Modellsystemen (z. B. an Prototypen der in den Proteinen auftretenden Aminosäureresten), untersucht^3,4,5. Die Ausbildung der Bindung erfolgt bei allen diesen Wechselwirkungen sehr schnell, meist diffusionskontrolliert (Geschwindigkeitskonstante 10⁹-10¹⁰M-¹ sec-¹). Die Lebensdauer (reziproke Zerfallsgeschwindigkeit) ist ein unmittelbares Maß für die Stabilität der betreffenden Bindung. Hier liegen die Werte im allgemeinen im Mikrosekundenbereich. Die kombinierte Wirkung bei der Enzym-Substrat bzw. Antikörper-Hapten Wechselwirkung führt im allgemeinen zu einer Lebensdauer, die im Milli- bis Mikrosekundenbereich liegt⁵.