7.5. Az egyszerű szállítófehérje problémája

A tároló fehérje, mint a mioglobin esete egyszerű. Amikor közvetlen környezetében a ligandum koncentráció magas, akkor ligandumot vesz fel, ezáltal egyfajta raktárt képez. Amikor csökken a környezetében a ligandum koncentráció, akkor leadja a ligandumot, a raktárkészlet csökken. A telítés fogalmát használva: maximális telítés esetén 100 fehérjéből mind a 100 ligandumot köt. A raktározott ligandumot magától értetődően akkor kell mobilizálni, amikor a ligandum koncentráció csökken. Ahogyan a ligandum koncentrációja a fehérje környezetében csökken (lásd 7.7. ábra), a fehérjék egyre nagyobb hányada veszíti el a ligandumát, amit „lead” a környezetének. Ha például a ligandum koncentrációja eléri a Kd (p50) értékét, akkor egy olyan új egyensúly áll be, amelyben 100 fehérjéből 50 elvesztette a ligandumát.

Nézzük meg, mi a „követelmény” egy szállítófehérje esetében. A szállítófehérje úgy működik, hogy eljut (pl. a vörösvértestekben lévő hemoglobin a vérárammal) arra a helyre, ahol fel kell vennie a ligandumot (hívjuk ezt „A” helynek), majd eljut arra a helyre, ahol le kell azt adnia ( „B” hely). Az A helyen magas a ligandum koncentrációja, a B helyen alacsony. A kérdés az, hogy milyen tulajdonsággal kell rendelkeznie a szállítófehérjének ahhoz, hogy adott ligandum koncentrációk esetén a lehető legtöbb ligandumot szállítsa az A helyről a B-re. A kérdést úgy is megfogalmazhatjuk, hogy milyen az ideális szállítófehérje.

Első benyomásunk az, hogy minél erősebben köti a ligandumot a fehérjénk, annál jobb, hiszen adott ligandum koncentráció esetén annál nagyobb lesz a telítési érték az A helyen. Igen ám, de ha ilyen erősen, ilyen alacsony Kd értékkel köt a szállítófehérjénk, akkor a B helyen is erősen köt. Mivel a B helyen alacsonyabb a ligandum koncentráció, ezért természetesen történik ligandum leadás, de kis hatékonysággal.

Érdekes módon a valóság az, hogy egy kisebb affinitású szállítófehérje jobban teljesít. A B helyen egy ilyen fehérjének nagyobb százaléka adhat le ligandumot. Igen ám, de ha a fehérje kis affinitású, akkor az A helyen nem kerül kihasználásra a rendszer kapacitásának jó része (lásd 7.9. ábra)

7.9. ábra: Sem egy erős ligandum-kötő, sem egy gyenge ligandum-kötő fehérje nem ideális szállítófehérje

7.9. ábra: Sem egy erős ligandum-kötő, sem egy gyenge ligandum-kötő fehérje nem ideális szállítófehérje

A 7.9. ábra jelzi, hogy az A helyen, konkrétan a tüdőben, illetve a B helyen, a szöveteknél mekkora az oxigén parciális nyomása. Az ezeknek megfelelő tartományokat piros (tüdő) illetve kék (szövetek) sávozás jelzi. A mioglobin, mint nagyon erős oxigénkötő fehérje viszonyításként szerepel az ábrán.

Ha a szállítófehérjénk a mioglobint megközelítő affinitással kötné az oxigént, akkor a maximálisan felvehető oxigén mennyiségnek csak mintegy 10%-a adódna le a szöveteknél. Ha a szállítófehérje jóval kisebb affinitású, akkor a maximálisan felvehető mennyiségnek jóval nagyobb, az ábrán szereplő esetben 25%-át képes szállítani, jóllehet a tüdőben 100 ilyen fehérjéből csak mintegy 65 kötött oxigént.

Valójában tehát egyik esetben sem ideális a szállítófehérje. Az ideális szállítófehérje az A helyen nagy affinitású lenne, a B helyen pedig kis affinitásúvá válna (lásd 7.10. ábra).

7.10. ábra: Az ideális szállítófehérje magas ligandum koncentrációjú helyen nagy affinitású, alacsony ligandum koncentrációjú helyen kis affinitású

7.10. ábra: Az ideális szállítófehérje magas ligandum koncentrációjú helyen nagy affinitású, alacsony ligandum koncentrációjú helyen kis affinitású

Ahogyan a 7.10. ábra mutatja, az ideális szállítófehérje telítési görbéjét nem egy egyszerű derékszögű hiperbola írja le, hanem egy összetettebb, úgynevezett szigmoid görbe.

A jelenség hátterében az úgynevezett kooperativitás áll.