ในชีวเคมีและชีววิทยาโมเลกุลบริเวณจับยึด (binding site)คือบริเวณบนโมเลกุลขนาด ใหญ่ เช่นโปรตีนที่จับกับโมเลกุลอื่นด้วยความจำเพาะ [ ^{1 ] คู่} พันธะของโมเลกุลขนาดใหญ่มักเรียกว่าลิแกนด์^{[ 2 ]}ลิแกนด์อาจรวมถึงโปรตีนอื่นๆ (ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับโปรตีน ) ^{[ 3 ]}สารตั้งต้นของเอนไซม์ [ ^{4 ]}สารสื่อประสาทรองฮอร์โมนหรือตัวปรับอัลโลสเตอริก [ ^{5 ] เหตุการณ์} การจับยึดมักจะ แต่ไม่เสมอไป มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ที่เปลี่ยนแปลง การทำงานของโปรตีน^{[ 6 ]} การจับกับบริเวณจับยึดของโปรตีนส่วน ใหญ่ มักจะย้อนกลับได้ (ชั่วคราวและไม่เป็นพันธะโควาเลนต์ ) แต่ก็อาจเป็นพันธะโควาเลนต์ที่ย้อนกลับได้^{[ 7 ]}หรือย้อนกลับไม่^{ได้[ 8 ] [ 9 ]}

การจับกันของลิแกนด์กับตำแหน่งการจับบนโปรตีนมักจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีนและส่งผลให้การทำงานของเซลล์เปลี่ยนแปลงไป ดังนั้นตำแหน่งการจับบนโปรตีนจึงเป็นส่วนสำคัญของเส้นทางการส่งสัญญาณ^{[ 10 ]}ลิแกนด์ประเภทต่างๆ ได้แก่สารสื่อประสาทสารพิษ นิว โรเปปไทด์และฮอร์โมนสเตียรอยด์ [ ^{11 ] ตำแหน่ง}การจับก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการทำงานในบริบทต่างๆ รวมถึงการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ การส่งสัญญาณในเส้นทางโมเลกุล การควบคุมภาวะสมดุล และการทำงานทางสรีรวิทยาประจุไฟฟ้า รูปร่างเชิงพื้นที่ และเรขาคณิตของตำแหน่งช่วยให้ลิแกนด์ที่มีความจำเพาะสูงสามารถจับได้อย่างเลือกสรร ทำให้เกิดการกระตุ้นลำดับการโต้ตอบของเซลล์ที่โปรตีนนั้นรับผิดชอบ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

เอนไซม์จะเร่งปฏิกิริยาโดยการจับกับ สถานะเปลี่ยนผ่านได้แน่นกว่าสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ที่บริเวณการจับเร่งปฏิกิริยา อาจมีปฏิกิริยาหลายอย่างเกิดขึ้นกับสารตั้งต้น ปฏิกิริยาเหล่านี้มีตั้งแต่การเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดและเบส การเร่งปฏิกิริยาด้วยพันธะโควาเลนต์ และการเร่งปฏิกิริยาด้วยไอออนโลหะ^{[ 11 ]}ปฏิกิริยาเหล่านี้ช่วยลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมีโดยการให้ปฏิกิริยาที่เหมาะสมเพื่อทำให้โมเลกุลที่มีพลังงานสูงมีเสถียรภาพ การจับของเอนไซม์ช่วยให้เกิดความใกล้ชิดมากขึ้นและกีดกันสารที่ไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา นอกจากนี้ การจับจำเพาะนี้ยังช่วยยับยั้งปฏิกิริยาข้างเคียงอีกด้วย^{[ 15 ] [ 11 ]}

เอนไซม์ประเภทที่สามารถดำเนินการเหล่านี้ได้ ได้แก่ ออกซิโดรีดักเทส ทรานสเฟอเรส ไฮโดรเลส ไลเอส ไอโซเมอเรส และไลเกส^{[ 16 ]}

ตัวอย่างเช่น ทรานสเฟอเรสเฮกโซไคเนสจะเร่งปฏิกิริยาการฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสเพื่อสร้างกลูโคส-6-ฟอสเฟต สารตกค้างในบริเวณออกฤทธิ์ของเฮกโซไคเนสช่วยให้โมเลกุลของกลูโคสมีความเสถียรในบริเวณออกฤทธิ์และกระตุ้นให้เกิดเส้นทางทางเลือกของการโต้ตอบที่เอื้ออำนวย ซึ่งช่วยลดพลังงานกระตุ้น^{[ 17 ]}

การยับยั้งโปรตีนโดยการจับกับสารยับยั้งอาจทำให้เกิดการขัดขวางในกระบวนการควบคุมเส้นทาง การควบคุมภาวะสมดุล และการทำงานทางสรีรวิทยา

สารยับยั้งแบบแข่งขันจะแข่งขันกับสารตั้งต้นในการจับกับเอนไซม์อิสระที่บริเวณออกฤทธิ์ และขัดขวางการสร้างสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างเอนไซม์และสารตั้งต้นเมื่อเกิดการจับกัน ตัวอย่างเช่น การเป็นพิษจากคาร์บอนมอนอกไซด์เกิดจากการจับกันแบบแข่งขันของคาร์บอนมอนอกไซด์กับออกซิเจนในฮีโมโกลบิน

สารยับยั้งแบบไม่แข่งขันจะจับกับสารตั้งต้นพร้อมกันที่ตำแหน่งออกฤทธิ์ เมื่อจับกับสารเชิงซ้อนเอนไซม์-สารตั้งต้น (ES) จะเกิดสารเชิงซ้อนเอนไซม์-สารตั้งต้น-สารยับยั้ง (ESI) ขึ้น ซึ่งคล้ายกับสารยับยั้งแบบแข่งขัน อัตราการเกิดผลิตภัณฑ์จะลดลงเช่นกัน^{[ 4 ]}

สุดท้ายนี้ สารยับยั้งแบบผสมสามารถจับกับทั้งเอนไซม์อิสระและเอนไซม์-สารตั้งต้นเชิงซ้อนได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับสารยับยั้งแบบแข่งขันและแบบไม่แข่งขัน สารยับยั้งแบบผสมจะจับกับตำแหน่งอัลโลสเตอริก การจับแบบอัลโลสเตอริกจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างซึ่งอาจเพิ่มความสัมพันธ์ของโปรตีนกับสารตั้งต้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการปรับเปลี่ยนเชิงบวก ในทางกลับกัน การจับแบบอัลโลสเตอริกที่ลดความสัมพันธ์ของโปรตีนกับสารตั้งต้นเรียกว่าการปรับเปลี่ยนเชิงลบ^{[ 18 ]}

ที่บริเวณออกฤทธิ์ สารตั้งต้นจะจับกับเอนไซม์เพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมี^{[ 19 ] [ 20 ]}สารตั้งต้น สถานะเปลี่ยนผ่าน และผลิตภัณฑ์สามารถจับกับบริเวณออกฤทธิ์ได้ เช่นเดียวกับสารยับยั้งแบบแข่งขัน^{[ 19 ]}ตัวอย่างเช่น ในบริบทของการทำงานของโปรตีน การจับของแคลเซียมกับโทรโปนินในเซลล์กล้ามเนื้อสามารถกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโทรโปนิน ซึ่งทำให้โทรโปไมโอซินสามารถเปิดเผยบริเวณการจับของแอคติน-ไมโอซิน ซึ่งหัวของไมโอซินจะจับเพื่อสร้างสะพานเชื่อมและกระตุ้นให้กล้ามเนื้อหดตัว^{[ 21 ]}

ในบริบทของเลือด ตัวอย่างของการจับแบบแข่งขันคือคาร์บอนมอนอกไซด์ซึ่งแข่งขันกับออกซิเจนเพื่อจับกับตำแหน่งออกฤทธิ์บนฮีมความสัมพันธ์ที่สูงของคาร์บอนมอนอกไซด์อาจเอาชนะออกซิเจนได้ในกรณีที่มีความเข้มข้นของออกซิเจนต่ำ ในสถานการณ์เช่นนี้ การจับของคาร์บอนมอนอกไซด์จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ขัดขวางไม่ให้ฮีมจับกับออกซิเจน ส่งผลให้เกิดพิษจากคาร์บอนมอนอกไซด์^{[ 4 ]}

ที่บริเวณควบคุม การจับของลิแกนด์อาจกระตุ้นให้เกิดการทำงานของโปรตีนที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง^{[ 4 ] [ 22 ]}การจับของลิแกนด์กับบริเวณอัลโลสเตอริกของเอนไซม์มัลติเมอริกมักจะกระตุ้นให้เกิดความร่วมมือเชิงบวก กล่าวคือ การจับของสารตั้งต้นหนึ่งตัวจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เหมาะสมและเพิ่มโอกาสที่เอนไซม์จะจับกับสารตั้งต้นตัวที่สอง^{[ 23 ]}ลิแกนด์ที่บริเวณควบคุมอาจเกี่ยวข้องกับ ลิแกนด์แบบ โฮโมโทรปิกและเฮเทอโรโทรปิกซึ่งโมเลกุลชนิดเดียวหรือหลายชนิดจะมีผลต่อกิจกรรมของเอนไซม์ตามลำดับ^{[ 24 ]}

เอนไซม์ที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวดมักมีความสำคัญในวิถีเมตาบอลิซึม ตัวอย่างเช่นฟอสโฟฟรุกโตไคเนส (PFK) ซึ่งฟอสโฟรีเลตฟรุกโตสในไกลโคไลซิส ส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดย ATP การควบคุมในไกลโคไลซิสมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะเป็นขั้นตอนเริ่มต้นและจำกัดอัตราของวิถีดังกล่าว PFK ยังควบคุมปริมาณกลูโคสที่กำหนดให้สร้าง ATP ผ่าน วิถี แคตาโบลิกดังนั้น เมื่อมี ATP ในระดับที่เพียงพอ PFK จะถูกยับยั้งแบบอัลโลสเตอริกโดย ATP การควบคุมนี้ช่วยรักษาสารสำรองกลูโคสได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งอาจจำเป็นสำหรับวิถีอื่นๆ ซิเตรต ซึ่งเป็นสารตัวกลางของวัฏจักรกรดซิตริก ยังทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมแบบอัลโลสเตอริกของ PFK อีกด้วย^{[ 24 ] [ 25 ]}

ตำแหน่งการจับสามารถระบุลักษณะได้ด้วยคุณสมบัติเชิงโครงสร้าง ตำแหน่งแบบโซ่เดี่ยว (ของลิแกนด์แบบ "monodesmic" μόνος: เดี่ยว δεσμός: การจับ) เกิดจากโซ่โปรตีนเพียงโซ่เดียว ในขณะที่ตำแหน่งแบบหลายโซ่ (ของลิแกนด์แบบ "polydesmic" πολοί: หลาย) ^{[ 26 ]}พบได้บ่อยในโปรตีนคอมเพล็กซ์ และเกิดจากลิแกนด์ที่จับกับโซ่โปรตีนมากกว่าหนึ่งโซ่ โดยทั่วไปจะอยู่ในหรือใกล้กับส่วนต่อประสานของโปรตีน การวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างของตำแหน่งการจับมีผลกระทบอย่างมากต่อชีววิทยาของโปรตีนคอมเพล็กซ์ (วิวัฒนาการของฟังก์ชัน อัลโลสเตอรี) ^{[ 27 ] [ 28 ]}

ตำแหน่งการจับแบบซ่อนเร้นคือตำแหน่งการจับที่เกิดขึ้นชั่วคราวในรูปแบบอะโปหรือที่ถูกเหนี่ยวนำโดยการจับของลิแกนด์ การพิจารณาตำแหน่งการจับแบบซ่อนเร้นจะเพิ่มขนาดของโปรตีโอมของมนุษย์ที่อาจ " สามารถใช้ยาได้ " จากประมาณ 40% เป็นประมาณ 78% ของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโรค^{[ 29 ]}ตำแหน่งการจับได้รับการตรวจสอบโดย: เครื่องสนับสนุนเวกเตอร์ที่ใช้กับชุดข้อมูล "CryptoSite" ^{[ 29 ]}การขยายชุดข้อมูล "CryptoSite" ^{[ 30 ]}การจำลองพลศาสตร์โมเลกุลในช่วงเวลาที่ยาวนานด้วยแบบจำลองสถานะมาร์คอฟและด้วยการทดลองทางชีวฟิสิกส์^{[ 31 ]}และดัชนีตำแหน่งซ่อนเร้นที่อิงตามพื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้สัมพัทธ์^{[ 32 ]}

เส้นโค้งการจับอธิบายพฤติกรรมการจับของลิแกนด์กับโปรตีน เส้นโค้งสามารถจำแนกได้ตามรูปร่าง ไม่ว่าจะเป็นรูปซิกมอยด์หรือไฮเปอร์โบลา ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่าโปรตีนแสดง พฤติกรรมการจับ แบบร่วมมือหรือไม่ร่วมมือตามลำดับ^{[ 33 ]}โดยทั่วไป แกน x อธิบายความเข้มข้นของลิแกนด์ และแกน y อธิบายความอิ่มตัวของลิแกนด์ที่จับกับตำแหน่งการจับที่มีอยู่ทั้งหมด^{[ 4 ]}สมการ Michaelis-Menten มักใช้ในการกำหนดรูปร่างของเส้นโค้ง สมการ Michaelis-Menten ได้มาจากสภาวะคงที่และอธิบายปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่เกิดขึ้นในสารละลาย อย่างไรก็ตาม เมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นในขณะที่เอนไซม์จับกับสารตั้งต้น จลนศาสตร์จะแตกต่างออกไป^{[ 34 ]}

การสร้างแบบจำลองด้วยเส้นโค้งการผูกพันมีประโยชน์เมื่อประเมินความสัมพันธ์ในการผูกพันของออกซิเจนกับฮีโมโกลบินและไมโอโกลบินในเลือด ฮีโมโกลบินซึ่งมีกลุ่มฮีมสี่กลุ่มแสดงการผูกพันแบบร่วมมือกันซึ่งหมายความว่าการผูกพันของออกซิเจนกับกลุ่มฮีมบนฮีโมโกลบินจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เหมาะสมซึ่งช่วยให้ความเหมาะสมในการผูกพันของออกซิเจนกับกลุ่มฮีมถัดไปเพิ่มขึ้น ในสถานการณ์เช่นนี้ เส้นโค้งการผูกพันของฮีโมโกลบินจะเป็นรูปตัว S เนื่องจากความเหมาะสมในการผูกพันที่เพิ่มขึ้นสำหรับออกซิเจน เนื่องจากไมโอโกลบินมีกลุ่มฮีมเพียงกลุ่มเดียว จึงแสดงการผูกพันแบบไม่ร่วมมือกันซึ่งเป็นรูปไฮเปอร์โบลาบนเส้นโค้งการผูกพัน^{[ 35 ]}

ความแตกต่างทางชีวเคมีระหว่างสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ และมนุษย์มีประโยชน์ต่อการพัฒนายาตัวอย่างเช่นเพนิซิลลินฆ่าแบคทีเรียโดยการยับยั้งเอนไซม์DD -transpeptidase ของแบคทีเรีย ทำลายการพัฒนาของผนังเซลล์แบคทีเรียและทำให้เซลล์ตาย ดังนั้น การศึกษาตำแหน่งการจับจึงเกี่ยวข้องกับงานวิจัยหลายสาขา รวมถึงกลไกของมะเร็ง^{[ 36 ]}การกำหนดสูตรยา^{[ 37 ]}และการควบคุมทางสรีรวิทยา^{[ 38 ]}การกำหนดสูตรของสารยับยั้งเพื่อลดการทำงานของโปรตีนเป็นรูปแบบทั่วไปของการบำบัดทางเภสัชกรรม^{[ 39 ]}

ในขอบเขตของโรคมะเร็ง ลิแกนด์ที่ได้รับการแก้ไขให้มีลักษณะคล้ายกับลิแกนด์ตามธรรมชาติจะถูกนำมาใช้เพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของเนื้องอก ตัวอย่างเช่นเมโทเทรกเซต ซึ่ง เป็นยาเคมีบำบัด ทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งแบบแข่งขันที่ตำแหน่งออกฤทธิ์ ของ ไดไฮโดรโฟเลตเรดักเทส^{[ 40 ]}ปฏิสัมพันธ์นี้จะยับยั้งการสังเคราะห์เตตระไฮโดรโฟเลตทำให้การผลิต DNA, RNA และโปรตีนหยุดลง^{[ 40 ]}การยับยั้งการทำงานนี้จะยับยั้งการเจริญเติบโตของเนื้องอกและปรับปรุงโรคสะเก็ด เงินชนิดรุนแรง และโรคข้ออักเสบรูมาตอยด์ใน ผู้ใหญ่ ^{[ 39 ]}

ในโรคหัวใจและหลอดเลือด ยาเช่นเบต้าบล็อกเกอร์ใช้ในการรักษาผู้ป่วยที่มีความดันโลหิตสูงเบต้าบล็อกเกอร์ (β-Blockers) เป็นยาต้านความดันโลหิตสูงที่ปิดกั้นการจับกันของฮอร์โมนอะดรีนาลีนและนอร์อะดรีนาลีนกับตัวรับ β1 และ β2 ในหัวใจและหลอดเลือด ตัวรับเหล่านี้ปกติจะทำหน้าที่ควบคุมการตอบสนอง "สู้หรือหนี" ของระบบประสาทซิมพาเทติก ทำให้หลอดเลือดหดตัว^{[ 41 ]}

สารยับยั้งการแข่งขันยังพบได้ทั่วไปในเชิงพาณิชย์สารพิษโบทูลินัมซึ่งเป็นที่รู้จักในเชิงพาณิชย์ในชื่อ Botox เป็นสารพิษต่อระบบประสาทที่ทำให้เกิดอัมพาตอ่อนแรงในกล้ามเนื้อเนื่องจากการจับกับเส้นประสาทที่ขึ้นอยู่กับอะเซทิลโคลีน ปฏิสัมพันธ์นี้จะยับยั้งการหดตัวของกล้ามเนื้อ ทำให้ดูเหมือนกล้ามเนื้อเรียบ^{[ 42 ]}

มีการพัฒนาเครื่องมือคำนวณจำนวนหนึ่งเพื่อทำนายตำแหน่งของไซต์การจับบนโปรตีน^{[ 22 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]}ซึ่งสามารถจำแนกได้กว้างๆ เป็นวิธีการตามลำดับหรือตามโครงสร้าง^{[ 44 ]}วิธีการตามลำดับอาศัยสมมติฐานที่ว่าลำดับของส่วนที่อนุรักษ์ไว้ในเชิงหน้าที่ของโปรตีน เช่น ไซต์การจับ จะถูกอนุรักษ์ไว้ วิธีการตามโครงสร้างต้องการโครงสร้าง 3 มิติของโปรตีน วิธีการเหล่านี้สามารถแบ่งย่อยออกเป็นวิธีการตามแม่แบบและวิธีการตามช่อง^{[ 44 ]}วิธีการตามแม่แบบจะค้นหาความคล้ายคลึงกันแบบ 3 มิติระหว่างโปรตีนเป้าหมายและโปรตีนที่มีไซต์การจับที่ทราบแล้ว วิธีการตามช่องจะค้นหาพื้นผิวเว้าหรือช่องที่ฝังอยู่ภายในโปรตีนเป้าหมายที่มีคุณสมบัติ เช่นความไม่ชอบน้ำและ ความสามารถ ในการสร้างพันธะไฮโดรเจนซึ่งจะช่วยให้สามารถจับกับลิแกนด์ด้วยความสัมพันธ์สูง^{[ 44 ]}แม้ว่าจะใช้คำว่า pocket ในที่นี้ แต่ก็สามารถใช้วิธีการที่คล้ายกันในการทำนายตำแหน่งการจับที่ใช้ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนกับโปรตีน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นระนาบมากกว่า ไม่ใช่ในช่องว่าง^{[ 46 ]}

• ตำแหน่งการจับยึด ใน ระบบหัวข้อทางการ แพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• การค้นหาตำแหน่งการจับของโปรตีนด้วยเครื่องมือออนไลน์
• การวาดบริเวณออกฤทธิ์ของเอนไซม์