Cinética y Equilibrio de la Unión de Ligandos

La unión no es instantánea: un ligando se asocia y disocia de su receptor a velocidades finitas, y el equilibrio entre ambos establece tanto la afinidad de equilibrio como el curso temporal de la interacción. La cinética no solo pregunta cuánto ligando está unido en estado estacionario, sino también cuán rápidamente se alcanza ese estado y cuánto tiempo dura el complejo.

Definition

La cinética de unión de ligandos describe la asociación y disociación dependientes del tiempo de un ligando con su sitio de unión, gobernada por la constante de velocidad de asociación (kon) y la constante de velocidad de disociación (koff), cuya relación define la constante de disociación de equilibrio (Kd = koff/kon) que caracteriza la unión en estado estacionario.

Scope

Este tema abarca las constantes de velocidad de asociación y disociación de ligandos, su relación con la constante de disociación de equilibrio, el concepto de tiempo de residencia, y la forma en que la unión se mide y analiza en ensayos de radioligandos y ensayos relacionados, incluyendo la conversión entre la inhibición observada y la constante de afinidad subyacente. Es material de referencia en farmacodinámica y no ofrece orientación sobre dosificación.

Core questions

• ¿Con qué rapidez se une y se disocia un ligando de su receptor?
• ¿Cómo determinan las constantes de velocidad de asociación y disociación la afinidad de equilibrio?
• ¿Qué es el tiempo de residencia y por qué podría importar la duración de la unión?
• ¿Cómo se extraen los parámetros de unión de los experimentos de saturación y competición con radioligandos?

Key concepts

• Constante de velocidad de asociación (kon)
• Constante de velocidad de disociación (koff)
• Constante de disociación de equilibrio (Kd = koff/kon)
• Tiempo de residencia
• Unión por saturación y análisis de Scatchard
• Unión por competición (IC50, Ki)
• Unión específica versus no específica

Key theories

Cinética de unión por acción de masas

El marco que trata la asociación ligando-receptor como una reacción bimolecular gobernada por kon y koff, prediciendo el curso temporal de la unión y la ocupación en equilibrio a través de la ley de acción de masas.

Relación de Cheng-Prusoff

La relación que convierte la concentración de un competidor que produce una inhibición semimáxima (IC50) en un ensayo de unión en la constante de afinidad verdadera del competidor (Ki), corrigiendo por la concentración del radioligando y su afinidad.

Mechanisms

El ligando y el receptor se combinan a una velocidad establecida por la constante de velocidad de asociación kon y las concentraciones de ligando libre y receptor libre, mientras que el complejo se disocia a una velocidad establecida por la constante de velocidad de disociación koff; en equilibrio, los dos procesos opuestos se equilibran, y su relación define la constante de disociación de equilibrio, Kd = koff/kon. La misma afinidad de equilibrio puede surgir de pares de velocidades muy diferentes, por lo que dos ligandos con una Kd idéntica pueden diferir enormemente en la rapidez con la que se unen y, en particular, en la lentitud con la que se disocian, lo que se captura mediante el tiempo de residencia, la vida media del complejo. En el laboratorio, estas cantidades se recuperan de experimentos cinéticos de curso temporal y de ensayos de saturación en equilibrio, mientras que los ensayos de competición miden la concentración de un ligando no marcado que desplaza la mitad de un radioligando; la relación de Cheng-Prusoff convierte entonces esa concentración de seminhibición en la constante de afinidad del ligando corrigiendo por el radioligando utilizado. Motulsky y Mahan derivaron la cinética esperada cuando un ligando marcado y uno no marcado compiten, permitiendo estimar las constantes de velocidad a partir de dichos experimentos.

Clinical relevance

La cinética de unión informa cómo se caracterizan la velocidad y la persistencia del acoplamiento al objetivo, y el concepto de tiempo de residencia es una forma de razonar por qué algunas interacciones perduran más allá de la presencia de fármaco libre. Estos son principios de referencia para interpretar datos de unión y no proporcionan instrucciones para la dosificación o el tratamiento.

Evidence & guidelines

El análisis cinético y de unión en equilibrio se basa en la farmacología de laboratorio y en una metodología estandarizada, más que en guías clínicas; las convenciones cuantitativas se establecen en referencias estándar y en la nomenclatura de la Unión Internacional de Farmacología Básica y Clínica (IUPHAR).

History

El análisis cuantitativo de la unión maduró con la introducción de los métodos de radioligandos en la década de 1970, lo que permitió medir directamente el número de receptores y las afinidades. La relación de Cheng y Prusoff de 1973 hizo que los ensayos de competición fueran interpretables en términos de afinidad verdadera, y el tratamiento de Motulsky y Mahan de 1984 proporcionó la teoría cinética para los experimentos de unión competitiva. El trabajo mecanicista de Colquhoun conectó estas constantes medidas con los procesos subyacentes de unión y activación de receptores individuales.

Key figures

• David Colquhoun
• Harvey J. Motulsky
• Yung-Chi Cheng
• William H. Prusoff

Seminal works

• cheng-prusoff-1973
• motulsky-mahan-1984

Frequently asked questions

¿Pueden dos fármacos tener la misma afinidad pero diferente cinética?

Sí. La afinidad es la relación entre la constante de velocidad de disociación y la de asociación, por lo que dos fármacos pueden compartir la misma afinidad de equilibrio mientras se unen y disocian a velocidades muy diferentes, lo que les confiere diferentes tiempos de residencia.

¿Qué hace la ecuación de Cheng-Prusoff?

Convierte la concentración de un competidor que inhibe a la mitad la unión del radioligando (IC50) en la constante de afinidad verdadera del competidor (Ki), corrigiendo por la concentración y afinidad del radioligando utilizado en el ensayo.