Proteine aus mehreren ähnlichen Untereinheiten zeigen häufig das Phänomen der Kooperativität: die Bindungsstärke eines Liganden hängt davon ab, wie viele der restlichen Untereinheiten bereits einen Liganden tragen. Wird die Bindung zunehmend stärker, ergibt sich das gut behandelte Phänomen der positiven Kooperativität. Behindern sich die Liganden gegenseitig, so dass die letzten Bindungsplätze mit niedriger Affinität eingenommen werden, folgt das weniger bekannte (aber ebenso häufige) Phänomen der negativen Kooperativität. Der erste Fall wirkt wie ein Schalter (Proteine mit und ohne Liganden beherrschen die Szene, teilgesättigte Proteine sind unterrepräsentiert). Der zweite Fall macht den Bindungsgrad unempfindlich gegen Schwankungen in der Ligandenkonzentration.

Prototyp eines allosterischen Proteins mit positiver Kooperativität ist das aus vier Untereinheiten bestehende (tetramere) Hämoglobin. In dem Unterschied zu dem monomeren Sauerstoff-Trägerprotein Myoglobin, bindet Hämoglobin außer Sauerstoff (O₂) noch Protonen (H⁺), Kohlendioxid (CO₂) und Chloridionen. Die Bindungs Merkmale von Sauerstoff an das Tetramer (das in der Abbildung vereinfachend als Dimer dargestellt wird) werden vielfältig moduliert:

• Die Bindung von O₂ begünstigt die Bindung weiterer O₂-Moleküle an dasselbe Hämoglobinmolekül;
• die Bindungsstärke des O₂ ist pH-abhängig. Neben einer steigenden Wasserstoffionenkonzentration fördert auch eine steigende CO₂ Konzentration die O₂-Abgabe. Exakt diese Signale benutzt der Muskel, um seinen Sauerstoffbedarf zu signalisieren,
• schließlich wird die Abgabe von Sauerstoff noch durch ein spezielles Regulatormolekül - in dem Menschen ist dies 2.3-Bisphosphoglycerat (2.3-BPG; Kreis auf der T-Zustand) - gefördert. Die Regulierung der Sauerstoffversorgung über 2.3-BPG ist für die Versorgung eines Fötus und für die Versorgung des Menschen unter den Bedingungen großer Höhen (Bergsteiger!) von herausragender Bedeutung

So erzwingen alle genannten Liganden (bis auf O₂ selbst) die Abgabe von Sauerstoff, das heißt, den Ãœbergang der hochaffinen R-Konformation in die niederaffine T-Konformation. Die nachfolgende Abbildung zeigt das Prinzip dieser Regulation: der Konformationsübergang von T zu R wird dadurch ausgelöst, dass der Sauerstoff das zentrale Eisenatom (Fe⁺⁺, brauner Kreis) in dem Häm (roter Balken) in die Ebene zieht. Andere Proteingruppen Aminosäurereste folgen dieser Bewegung, wodurch Wasserstoffbrücken gebrochen und die sog. “Bohr-Protonen â€? (H⁺) sowie CO₂ freigesetzt werden.

Kooperativ bindende Proteine (Carrier, Rezeptoren, Enzyme) folgen nicht dem Prinzip der Sättigungshyperbel : sie weisen entweder ein "sigmoides" (positive Kooperativität) oder ein "pseudohyperboles" Bindungsverhalten (negative Kooperativität) auf. Ca. aufgrund der unauffälligen, einer Hyperbel ähnelnden Charakteristik wurde und wird die negative Kooperativität häufig übersehen.

Eindeutige Hinweise auf Kooperativität findet man, wenn man die Bindungskurven den unter "Enzymkinetik" beschriebenen "Linearisierungsverfahren" unterwirft: hier ergeben sich charakteristische Abweichungen von einer Geraden - besonders augenfällig in dem Falle des Scatchard-Diagramms . Diese Abweichungen werden am ehesten in dem Hill Diagramm" " nivelliert, das aber End-Äste von 45° (Steigung = 1) aufweisen würde, wenn in dem oberen und unteren Bereich der Substratkonzentrationen genügend Messpunkte vorlägen. Ca. in dem Falle n_H = n (maximale Kooperativität) würden diese entfallen:

• der Hill-Koeffizient, n_H, beschreibt das Maß der Kooperativität und kann die Zahl der interagierenden Untereinheiten (n) nicht überschreiten. Für Hämoglobin (n = 4) beträgt n_H = 2,9, abgeleitet aus der Steigung am Nulldurchgang.
• für negative Kooperativität liegt n_H < 1

Die beste Bestimmung der Kooperativitätsparameter erfolgt heute auf dem Wege der "nichtlinearen Regression" unter Verwendung

• der Hill-Gleichung , d.h. einer erweiterten Michaelis-Menten Gleichung: Parameter n_H und K₅₀ (Substratkonzentration an der 50 Prozent Sättigung erreicht ist);
• der Adair-Gleichung : Parameter K_T und K_R (Dissoziationskonstanten für den "T" und den "R-Zustand". Die Beispiele der nachfolgenden Sättigungsfunktionen wurden für die Werte

K_T = 15, K_R = 1 errechnet:

Siehe auch: Glucokinase

• Allosterie und Kooperativität (http://www.unifr.ch/biochem/ALBRECHT/LECTURES/9_4_allosterie.pdf)