Кинетика рецептор-лиганд - Receptor–ligand kinetics

В биохимия, кинетика рецептор-лиганд это филиал химическая кинетика в котором кинетические разновидности определяются различными нековалентными связями и / или конформациями вовлеченных молекул, которые обозначаются как рецептор (ы) и лиганд (ы). Связывание рецептор-лиганд кинетика также включает в себя скорость связывания и вне его.

Основная цель кинетики рецептор-лиганд состоит в том, чтобы определять концентрации различных кинетических видов (т.е. состояния рецептора и лиганда) в любое время, исходя из заданного набора начальных концентраций и заданного набора констант скорости. В некоторых случаях может быть найдено аналитическое решение уравнений скорости, но это относительно редко. Однако большинство скоростных уравнений можно интегрировать численно или приблизительно, используя стационарное приближение. Менее амбициозная цель - определить финальную равновесие концентрации кинетических частиц, что адекватно для интерпретации данных о равновесном связывании.

Обратной целью кинетики рецептор-лиганд является оценка констант скорости и / или константы диссоциации рецепторов и лигандов из экспериментальных кинетических или равновесных данных. Общие концентрации рецептора и лигандов иногда систематически варьируют для оценки этих констант.

Кинетика связывания

В константа привязки это частный случай константа равновесия ${displaystyle K}$ . Это связано с реакцией связывания и отсоединения молекул рецептора (R) и лиганда (L), которая формализуется как:

{displaystyle {ce {{R} + {L} <=> {RL}}}}

.

Реакция характеризуется постоянной скоростью ${displaystyle k_ {m {on}}}$ и константа отклонения ${displaystyle k_ {m {off}}}$ , которые имеют единицы измерения 1 / (время концентрации) и 1 / время, соответственно. В равновесии переход прямого связывания ${displaystyle {ce {{R} + {L} -> {RL}}}}$ должен быть уравновешен обратным переходом развязывания ${displaystyle {ce {{RL} -> {R} + {L}}}}$ . То есть,

{displaystyle k _ {{ce {on}}}, [{ce {R}}], [{ce {L}}] = k _ {{ce {off}}}, [{ce {RL}}]}

,

куда ${displaystyle {ce {[{R}]}}}$ , ${displaystyle {ce {[{L}]}}}$ и ${displaystyle {ce {[{RL}]}}}$ представляют собой концентрацию несвязанных свободных рецепторов, концентрацию несвязанного свободного лиганда и концентрацию комплексов рецептор-лиганд. Константа связывания или константа ассоциации ${displaystyle K_ {m {a}}}$ определяется

{displaystyle K_ {m {a}} = {k_ {ce {on}} над k_ {ce {off}}} = {ce {[{RL}] над {[{R}], [{L}]} }}}

.

Самый простой случай: один рецептор и один лиганд связываются, образуя комплекс.

Простейшим примером кинетики рецептор-лиганд является связывание одного лиганда L с одним рецептором R с образованием единого комплекса C

{displaystyle {ce {{R} + {L} <-> {C}}}}

Равновесные концентрации связаны соотношением константа диссоциации K_d

{displaystyle K_ {d} {stackrel {mathrm {def}} {=}} {frac {k _ {- 1}} {k_ {1}}} = {frac {[{ce {R}}] _ {eq} [{ce {L}}] _ {eq}} {[{ce {C}}] _ {eq}}}}

куда k₁ и k₋₁ вперед и назад константы скорости, соответственно. Общие концентрации рецептора и лиганда в системе постоянны.

{displaystyle R_ {tot} {stackrel {mathrm {def}} {=}} [{ce {R}}] + [{ce {C}}]}

{displaystyle L_ {tot} {stackrel {mathrm {def}} {=}} [{ce {L}}] + [{ce {C}}]}

Таким образом, только одна концентрация из трех ([R], [L] и [C]) является независимой; две другие концентрации могут быть определены из р_малыш, L_малыш и независимая концентрация.

Эта система - одна из немногих систем, кинетику которых можно определить аналитически. Выбрав [R] в качестве независимой концентрации и представив концентрации курсивом для краткости (например, ${displaystyle R {stackrel {mathrm {def}} {=}} [{ce {R}}]}$ ) уравнение кинетической скорости можно записать

{displaystyle {frac {dR} {dt}} = - k_ {1} RL + k _ {- 1} C = -k_ {1} R (L_ {tot} -R_ {tot} + R) + k _ {- 1 } (R_ {tot} -R)}

Разделив обе стороны на k₁ и вводя константу 2E = R_малыш - L_малыш - К_d, уравнение скорости принимает вид

{displaystyle {frac {1} {k_ {1}}} {frac {dR} {dt}} = - R ^ {2} + 2ER + K_ {d} R_ {tot} = - left (R-R _ {+ } ight) left (R-R _ {-} ight)}

где две равновесные концентрации ${displaystyle R_ {pm} {stackrel {mathrm {def}} {=}} Epm D}$ даны квадратичная формула и D определено

{displaystyle D {stackrel {mathrm {def}} {=}} {sqrt {E ^ {2} + R_ {tot} K_ {d}}}}

Однако только ${displaystyle R _ {+}}$ равновесие имеет положительную концентрацию, соответствующую экспериментально наблюдаемому равновесию.

Разделение переменных и частичное расширение дают интегрируемый обыкновенное дифференциальное уравнение

{displaystyle left {{frac {1} {R-R _ {+}}} - {frac {1} {R-R _ {-}}} ight} dR = -2Dk_ {1} dt}

чье решение

{displaystyle log left | R-R _ {+} ight | -log left | R-R _ {-} ight | = -2Dk_ {1} t + phi _ {0}}

или, что то же самое,

{displaystyle g = exp (-2Dk_ {1} t + phi _ {0})}

${Displaystyle R (t) = {гидроразрыв {R _ {+} - gR _ {-}} {1-g}}}$

для ассоциации и

${displaystyle R (t) = {гидроразрыв {R _ {+} + gR _ {-}} {1 + g}}}$

для диссоциации соответственно; где постоянная интегрирования φ₀ определено

{displaystyle phi _ {0} {stackrel {mathrm {def}} {=}} log left | R (t = 0) -R _ {+} ight | -log left | R (t = 0) -R _ {-} полет |}

Из этого раствора соответствующие растворы для других концентраций ${displaystyle C (t)}$ и ${displaystyle L (t)}$ может быть получен.

Смотрите также

дальнейшее чтение

Д.А. Lauffenburger и J.J. Линдерман (1993) Рецепторы: модели для привязки, передачи и передачи сигналов, Oxford University Press. ISBN 0-19-506466-6 (твердая обложка) и 0-19-510663-6 (мягкая обложка)