蛋白質組學/蛋白質 - 蛋白質相互作用/結合位點
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蛋白質的穩定性和靈活性取決於靜電相互作用，如氫鍵和範德華力。相互作用的能量在介面上的兩個蛋白質之間並不均勻分佈。介面的剛性確保熵損失得到抵消，結合自由能透過介面中包含的氨基酸殘基以有利的方式得到貢獻。熱點對蛋白質-蛋白質複合物在熱點區域內穩定性的貢獻是協同的，但是獨立熱點的貢獻是累加的。
- 氫鍵/疏水堆積
- 脫水鍵
- 鹽橋
- 範德華力
- 陽離子-π 相互作用
- 口袋
- 熱點
- 蛋白質晶片
水化對於蛋白質的三維結構和活性非常重要。表面水分子被帶正電荷的鹼性氨基酸最牢固地保持。 氫鍵 增加構象靈活性，而水合水平決定了內部分子運動中靈活性程度。靠近肽氫鍵的水分子會導致鍵分離，並釋放結構中的張力。水分子也阻止了快速構象波動發生。水與蛋白質表面相互作用；水分子與氨基酸之間氫鍵的斷裂對系統具有不利的影響，影響蛋白質的總能量。水分子起著粘合劑的作用，密封了互補表面上的孔洞，這些孔洞通常缺乏形狀。氫鍵極大地增強了蛋白質間介面中存在的其他鍵合。當靠近對接立面的氫原子跨越介面與另一個分子的原子相互作用時，就會發生這種型別的鍵合。氫鍵可以在側鏈之間、主鏈基團之間以及兩者之間發生。[1]
疏水 表面位於配體受體介面處具有更大的鍵合歧義。肽原子之間的氫鍵降低了主鏈的疏水性。巧合的是，疏水錶面可以用有序的水分子殼密封，當水分子被排出時，會形成一個熵利狀態。去除水增加了疏水斑塊的熱力學益處。這些斑塊雖然不常見，但蛋白質中發現的斑塊更多地是親水的。蛋白質的二級結構是氫鍵的結果，因為殘基以這樣一種方式排列，使得主鏈的疏水性降低。 α-螺旋 和 β-摺疊 構象是實現這一目標的方式。[2]
從最不疏水到最疏水
- 賴氨酸
- 穀氨酸，天冬氨酸
- 精氨酸，谷氨醯胺，絲氨酸，天冬醯胺
- 脯氨酸，甘氨酸，蘇氨酸
- 組氨酸，丙氨酸
- 酪氨酸
- 胱氨酸，纈氨酸，色氨酸，蛋氨酸
- 亮氨酸，異亮氨酸，苯丙氨酸
蛋白質主鏈中的氫鍵通常以脫水鍵的形式存在，脫水鍵是在兩個極性鍵不同的氫原子之間形成的。在這種情況下，質子供體是金屬氫化物，供體是OH或NH。脫水鍵吸引疏水基團，它們的鍵合通過增加周圍介電係數來增加氫鍵的靜電性。因此，脫水鍵在主鏈周圍形成疏水殼，從而增加靜電相互作用；這種脫溶環境有利於鹽橋形成，從而增加結構穩定性。[3]
鹽橋，也稱為離子鍵，是在帶相反電荷的氨基酸之間發生的一種化學鍵合形式。它們對蛋白質的穩定性貢獻很大，通常存在於蛋白質結構的內部。這種穩定性取決於側鏈的位置以及靜電貢獻。疏水環境有利於鹽橋形成。相互之間距離小於四埃的帶電殘基能夠形成鹽橋。[4]
範德華力 發生在偶極之間。共價鍵合的原子在電負性方面有所不同，這會導致微小的偶極。由於電子的分佈不對稱，範德華吸引力會產生偶極效應。這些偶極振盪，產生一個偶極場。這個場允許兩個具有相同振盪頻率的原子同步，一個為負，另一個為正。因此，兩者之間的電荷相互抵消，淨電荷為零。範德華鍵是最弱的分子間力之一。但範德華鍵很重要，因為正是靠這些力，惰性氣體才能實現與電中性物質之間相互作用的主要形式的鍵飽和。誘導偶極相互作用會導致範德華鍵合發生，而大的緊密表面接觸使範德華鍵合能夠做出重大貢獻。[5] 下面的公式用於確定範德華鍵合
A/(r6) - B/(r12) where r is the distance between A and B.
蛋白質口袋是一個凹陷的表面區域，包含蛋白質的活性位點。這些區域是溶劑可及的，並且被表徵為未填充或互補的，不考慮伴侶構象。互補口袋與其他表面口袋之間的組成差異可能有助於從未結合狀態預測互補口袋。互補口袋的底部通常充滿了可電離和/或極性的殘基。在疏水環境中，這些殘基為形成鹽橋和氫鍵提供分子，這些鍵對於結合穩定性至關重要。口袋對於結合位點靈活性至關重要，因為大介面會降低結合穩定性，並允許配體移動。
陽離子-π 對通常存在於蛋白質的介面中，這可能是由於它們的低能構象。它們在特異性方面發揮著重要作用，導致需要構象變化以提供正確的結合方向。陽離子-π 相互作用最常出現在同二聚體中。這種鍵合形式的豐富性與特定氨基酸的出現有關。在同二聚體中，精氨酸與苯丙氨酸結合形成最常見的陽離子-π 鍵，而在其他蛋白質複合物中，精氨酸-酪氨酸和精氨酸-色氨酸陽離子-π 鍵更可能發生。
熱點是指圍繞氨基酸殘基的高能量和結合區域。 熱點被疏水口袋包圍，成簇出現，而不是分散在整個介面上。這種聚集有助於消除水分子，並透過增加電荷-電荷關係來提高鍵強度和可用的鍵能。熱點通常不包括氫鍵和靜電相互作用，儘管對非極性殘基略有偏好。 熱點周圍的堆積明顯比介面中發現的其他殘基緊密。由於熱點對結合有很大貢獻，因此在考慮結合親和力和對接時，必須考慮相鄰殘基大小、電荷和相互作用的關聯。已確定熱點數量與介面大小之間存線上性關係；介面越大，存在的熱點數量就越多。
與DNA晶片和基因晶片類似，蛋白質晶片徹底改變了科學家發現基因表達水平差異的方法和速度，蛋白質晶片是蛋白質組學中相對較新的補充，它為發現蛋白質-蛋白質相互作用帶來了高通量效率。早期的蛋白質晶片透過對蛋白質進行標記來模擬現有的蛋白質組學技術，這種要求導致僅揭示某些蛋白質或蛋白質類別。 近期的發展已經提出了無標記技術，將最初的蛋白質晶片理念與 MALDI-TOF 質譜和其他形式的質譜結合起來，從而產生了一種不需要對蛋白質進行標記的蛋白質晶片技術，因此拓寬了每種晶片檢測到的蛋白質-蛋白質相互作用範圍。[6][7] 雖然蛋白質晶片技術沒有直接有助於結合位點表徵，但它是一種有效的方法，可以深入瞭解蛋白質及其類別透過與許多其他蛋白質的相互作用如何發揮作用。有關更多資訊，請參閱關於蛋白質晶片的章節。
1.^ "氫鍵" 維基百科，自由的百科全書。 維基媒體基金會。 2008年3月30日。 <http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_bonding>。
2.^ "脫水鍵" 維基百科，自由的百科全書。 維基媒體基金會。 2008年3月30日。 <http://en.wikipedia.org/wiki/Dehydron>。
3.^ "範德華力" 維基百科，自由的百科全書。 維基媒體基金會。 2008年3月30日。 <http://en.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waals_force>。
4.^ "蛋白質組學/蛋白質鑑定 - 質譜" 華夏公益教科書。 2008年3月30日。 <https://wikibook.tw/wiki/Proteomics/Protein_Identification_-_Mass_Spectrometry>。