Bindungsstellen

Eine Bindungsstelle ist eine Region an einem Molekül oder einer Oberfläche, in der ein Ligand binden kann. Die Bindung erfolgt meist durch nicht-kovalente Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrücken, ionische Bindungen und Van-der-Waals-Kräfte; gelegentlich können auch kovalente Bindungen auftreten. Bindungsstellen bestimmen Spezifität, Affinität und Regulation von Prozessen und spielen eine zentrale Rolle in Biochemie, Pharmakologie und Materialwissenschaften.

In der Biochemie finden sich Bindungsstellen an Enzymen, Rezeptoren und Nukleinsäuren. Am Enzym bindet das Substrat typischerweise am aktiven Zentrum, wo die Reaktion abläuft. Bei Rezeptoren unterscheidet man orthosterische Bindungsstellen, an denen der natürliche Ligand bindet, und allosterische Stellen, die Regulation vermitteln. DNA-bindende Proteine erkennen Bindungsstellen in der Sequenz.

Wichtige Eigenschaften sind Affinität (Kd), Spezifität und Sättigung. Die Bindung kann 1:1 oder mehrstufig sein; die Kinetik ergibt sich aus den Raten k_on und k_off. Bindung ist meist reversibel, was eine flexible Regulation von Aktivität und Signal weiter ermöglicht.

Interaktionen beruhen auf Wasserstoffbrücken, ionischen Bindungen, Van-der-Waals-Kräften und hydrophoben Effekten. Strukturmerkmale wie Bindungstaschen ermöglichen Passung und Selektivität. In einigen Fällen kann auch eine kovalente Bindung entstehen.

Methoden zur Untersuchung von Bindungsstellen umfassen Röntgenkristallographie, NMR, Kryo-EM und Spektroskopie sowie Kalorimetrie wie SPR (Surface Plasmon Resonance) und ITC (isothermal titration calorimetry), die Affinität, Thermodynamik und Bindungscharakteristika liefern.

Bedeutung: In der Pharmakologie dient das Verständnis von Bindungsstellen der Entwicklung von Wirkstoffen. Mutationen an Bindungsstellen können Bindung beeinflussen und Krankheiten bedingen. Wissen darüber unterstützt rationales Drug Design, Target-Validierung und Regulation biologischer Prozesse.