Was sind Protein-Ligand-Wechselwirkungen?
Ein Ligand ist ein signalauslösendes Molekül, das an bestimmte Rezeptorproteinstellen an den Zellwänden des Körpers lebender Organismen passt. Wenn ein Ligand in seine spezifische Proteinstelle passt, ändert sich die physikalische Form des Proteins. Diese Änderung in der Form des Rezeptorproteins könnte dann einen anderen biologischen Mechanismus aktivieren oder hemmen, der mit dieser spezifischen Wechselwirkung verbunden ist. Die Art und Weise, in der Ligand und Protein zusammenpassen, und das daraus resultierende Produkt werden als Protein-Ligand-Wechselwirkungen bezeichnet.
Protein-Ligand-Wechselwirkungen sind äußerst kompliziert. Alle Moleküle werden durch starke elektronische Kräfte zusammengehalten, die sie in ihrer dreidimensionalen Konfiguration im Raum umgeben. Diese Kräfte können abhängig von ihrer elektronischen Struktur andere Moleküle abstoßen oder anziehen. Biologische Moleküle wirken oft wie Magnete gleicher oder entgegengesetzter Ladungen, die sich gegenseitig abstoßen oder anziehen.
Darüber hinaus beeinflusst die tatsächliche physikalische Konfiguration der biologischen Moleküle, ob sie zusammenpassen und wie genau die Anpassung sein muss. Einige biologische Moleküle sind flexibel und biegen sich in ihrer Umgebung, andere sind starrer. Jeder Rezeptor hat auch eine aktive Stelle, die der spezifische Punkt ist, der die biologische Veränderung auslöst. Der Standort dieser aktiven Site ist wichtig, um zu bestimmen, wie wahrscheinlich die Aktivierung ist. Liganden und Proteine interagieren, während sie auf den Oberflächen der Zellen im Körper herumschweben, sodass die Passform nicht immer direkt ist, wie wenn ein Schlüssel in ein Schloss passt.
Das Verständnis der Protein-Ligand-Wechselwirkungen ist für die Entwicklung neuer therapeutischer Medikamente zur Behandlung von Krankheiten sowie für das Verständnis der biologischen Ursachen der Krankheit selbst von entscheidender Bedeutung. Für den Forscher, der an Ligand-Protein-Wechselwirkungen für die Arzneimittelentwicklung interessiert ist, müssen zusätzliche Faktoren berücksichtigt werden. Einige dieser Überlegungen umfassen die Untersuchung, wie wirksam das neue Arzneimittel bei der Bindung an das interessierende Rezeptorprotein ist, mögliche Nebenwirkungen und den Mechanismus, durch den der Körper das Arzneimittel abbaut.
Für die Untersuchung dieser Wechselwirkungen stehen zahlreiche chemische und Computermethoden zur Verfügung, die alle auf der Ermittlung der komplementären Ligandenform und der Ladung des Rezeptors beruhen, den der Forscher verhaltensmäßig modifizieren möchte. Computergestützte Designprogramme werden häufig zur Untersuchung von Protein-Ligand-Wechselwirkungen und zur Entwicklung neuartiger Medikamente zur Behandlung von Erkrankungen des Menschen eingesetzt. Dies ist möglich, weil viele physikalische und chemische Eigenschaften von Molekülen bekannt sind, wie beispielsweise ihre elektronischen Strukturen.