Kinetika receptor – ligand - Receptor–ligand kinetics

v biochemie, kinetika receptor – ligand je pobočkou chemická kinetika ve kterém jsou kinetické druhy definovány různými nekovalentními vazbami a / nebo konformacemi zúčastněných molekul, které jsou označeny jako receptory a ligand (ligandy). Vazba receptor-ligand kinetika také zahrnuje rychlost vazby.

Hlavním cílem kinetiky receptor – ligand je stanovení koncentrací různých kinetických druhů (tj. Stavů receptoru a ligandu) za všech okolností, z dané množiny počátečních koncentrací a dané množiny rychlostních konstant. V několika případech lze určit analytické řešení rychlostních rovnic, ale je to relativně vzácné. Většina rychlostních rovnic však může být integrována numericky nebo přibližně pomocí ustálená aproximace. Méně ambiciózním cílem je určit finále rovnováha koncentrace kinetického druhu, což je dostatečné pro interpretaci údajů o rovnovážné vazbě.

Konverzním cílem kinetiky receptor-ligand je odhad rychlostních konstant a / nebo disociační konstanty receptorů a ligandů z experimentálních kinetických nebo rovnovážných údajů. Celkové koncentrace receptoru a ligandů se pro odhad těchto konstant někdy systematicky mění.

Kinetika vazby

The vazebná konstanta je zvláštní případ rovnovážná konstanta ${displaystyle K}$ . Je spojena s vazebnou a vazebnou reakcí molekul receptoru (R) a ligandu (L), která je formována jako:

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

.

Reakce je charakterizována konstantní rychlostí ${displaystyle k_ {m {on}}}$ a konstanta off-rate ${displaystyle k_ {m {off}}}$ , které mají jednotky 1 / (čas koncentrace) a 1 / čas. V rovnováze, dopředný vazebný přechod ${displaystyle {ce {{R} + {L} -> {RL}}}}$ by měl být vyvážen zpětně nezávazným přechodem ${displaystyle {ce {{RL} -> {R} + {L}}}}$ . To znamená,

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

,

kde ${displaystyle {ce {[{R}]}}}$ , ${displaystyle {ce {[{L}]}}}$ a ${displaystyle {ce {[{RL}]}}}$ představují koncentraci nevázaných volných receptorů, koncentraci nevázaného volného ligandu a koncentraci komplexů receptor-ligand. Konstanta vazby nebo asociační konstanta ${displaystyle K_ {m {a}}}$ je definováno

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

.

Nejjednodušší případ: jediný receptor a jediný ligand se vážou a tvoří komplex

Nejjednodušším příkladem kinetiky receptor – ligand je vazba jednoho ligandu L na jeden receptor R za vzniku jediného komplexu C

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

Rovnovážné koncentrace souvisí s disociační konstanta K._d

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

kde k₁ a k₋₁ jsou dopředu a dozadu rychlostní konstanty, resp. Celkové koncentrace receptoru a ligandu v systému jsou konstantní

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

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

Nezávislá je tedy pouze jedna koncentrace ze tří ([R], [L] a [C]); další dvě koncentrace mohou být stanoveny z R_tot, L_tot a nezávislé soustředění.

Tento systém je jedním z mála systémů, jejichž kinetiku lze určit analyticky. Volba [R] jako nezávislé koncentrace a reprezentace koncentrací kurzívovými proměnnými pro stručnost (např. ${displaystyle R {stackrel {mathrm {def}} {=}} [{ce {R}}]}$ ), lze napsat rovnici kinetické rychlosti

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

Vydělením obou stran k₁ a zavedení konstanty 2E = R_tot - L_tot - K._d, stane se rychlostní rovnice

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

kde dvě rovnovážné koncentrace ${displaystyle R_ {pm} {stackrel {mathrm {def}} {=}} Epm D}$ jsou dány kvadratický vzorec a D je definováno

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

Pouze však ${displaystyle R _ {+}}$ rovnováha má pozitivní koncentraci, která odpovídá rovnováze pozorované experimentálně.

Oddělení proměnných a a částečná expanze dát integrovatelný obyčejná diferenciální rovnice

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

jehož řešení je

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

nebo ekvivalentně

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

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

pro sdružení a

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

pro disociaci; kde integrační konstanta φ₀ je definováno

{displaystyle phi _ {0} {stackrel {mathrm {def}} {=}} přihlásit vlevo | R (t = 0) -R _ {+} vpravo | -log vlevo | R (t = 0) -R _ {-} hned |}

Z tohoto řešení odpovídající roztoky pro ostatní koncentrace ${displaystyle C (t)}$ a ${displaystyle L (t)}$ lze získat.

Viz také

Další čtení

D.A. Lauffenburger a J.J. Linderman (1993) Receptory: modely pro vazbu, obchodování a signalizaci, Oxford University Press. ISBN 0-19-506466-6 (vázaná kniha) a 0-19-510663-6 (brožovaná verze)