Cinética e Equilíbrio da Ligação de Ligantes

A ligação não é instantânea: um ligante associa-se e dissocia-se do seu recetor a taxas finitas, e o equilíbrio entre os dois define tanto a afinidade de equilíbrio como o curso temporal da interação. A cinética questiona não só a quantidade de ligante ligado no estado estacionário, mas também a rapidez com que esse estado é atingido e a duração do complexo.

Definition

A cinética de ligação de ligantes descreve a associação e dissociação dependentes do tempo de um ligante com o seu local de ligação, governadas pela constante de velocidade de associação (kon) e pela constante de velocidade de dissociação (koff), cuja razão define a constante de dissociação de equilíbrio (Kd = koff/kon) que caracteriza a ligação no estado estacionário.

Scope

Este tópico aborda as constantes de velocidade de associação e dissociação de ligantes, a sua relação com a constante de dissociação de equilíbrio, o conceito de tempo de residência e a forma como a ligação é medida e analisada em ensaios de radioligantes e ensaios relacionados, incluindo a conversão entre a inibição observada e a constante de afinidade subjacente. É material de referência em farmacodinâmica e não oferece orientação de dosagem.

Core questions

• Com que rapidez um ligante se liga e se desliga do seu recetor?
• Como as constantes de velocidade de associação e dissociação determinam a afinidade de equilíbrio?
• O que é o tempo de residência e por que a duração da ligação pode ser importante?
• Como os parâmetros de ligação são extraídos de experimentos de saturação e competição de radioligantes?

Key concepts

• Constante de velocidade de associação (kon)
• Constante de velocidade de dissociação (koff)
• Constante de dissociação de equilíbrio (Kd = koff/kon)
• Tempo de residência
• Ligação de saturação e análise de Scatchard
• Ligação de competição (IC50, Ki)
• Ligação específica versus não específica

Key theories

Cinética de ligação de ação de massa

A estrutura que trata a associação ligante-recetor como uma reação bimolecular governada por kon e koff, prevendo o curso temporal da ligação e a ocupação de equilíbrio através da lei de ação de massa.

Relação de Cheng-Prusoff

A relação que converte a concentração de um competidor que produz inibição semimáxima (IC50) num ensaio de ligação na constante de afinidade verdadeira do competidor (Ki), corrigindo para a concentração do radioligante e a sua afinidade.

Mechanisms

O ligante e o recetor combinam-se a uma velocidade definida pela constante de velocidade de associação kon e pelas concentrações de ligante livre e recetor livre, enquanto o complexo se decompõe a uma velocidade definida pela constante de velocidade de dissociação koff; no equilíbrio, os dois processos opostos equilibram-se, e a sua razão define a constante de dissociação de equilíbrio, Kd = koff/kon. A mesma afinidade de equilíbrio pode surgir de pares de velocidades muito diferentes, de modo que dois ligantes com Kd idênticos podem diferir grandemente na rapidez com que se ligam e, em particular, na lentidão com que se separam — capturado pelo tempo de residência, a vida média do complexo. No laboratório, estas quantidades são recuperadas de experimentos cinéticos de curso temporal e de ensaios de saturação de equilíbrio, enquanto os ensaios de competição medem a concentração de um ligante não marcado que desloca metade de um radioligante; a relação de Cheng-Prusoff converte então essa concentração de meia inibição na constante de afinidade do ligante, corrigindo para o radioligante utilizado. Motulsky e Mahan derivaram a cinética esperada quando um ligante marcado e um não marcado competem, permitindo que as constantes de velocidade sejam estimadas a partir de tais experimentos.

Clinical relevance

A cinética de ligação informa como a taxa e a persistência do engajamento do alvo são caracterizadas, e o conceito de tempo de residência é uma forma de raciocinar sobre por que algumas interações duram mais do que a presença de fármaco livre. Estes são princípios de referência para interpretar dados de ligação e não fornecem instruções para dosagem ou tratamento.

Evidence & guidelines

A análise cinética e de equilíbrio da ligação baseia-se na farmacologia laboratorial e na metodologia padronizada, e não em diretrizes clínicas; as convenções quantitativas são estabelecidas em referências padrão e na nomenclatura da União Internacional de Farmacologia Básica e Clínica (IUPHAR).

History

A análise quantitativa da ligação amadureceu com a introdução dos métodos de radioligantes na década de 1970, que permitiram medir diretamente o número e as afinidades dos recetores. A relação de Cheng e Prusoff de 1973 tornou os ensaios de competição interpretáveis em termos de afinidade verdadeira, e o tratamento de Motulsky e Mahan de 1984 forneceu a teoria cinética para experimentos de ligação competitiva. O trabalho mecanicista de Colquhoun conectou essas constantes medidas aos processos subjacentes de ligação e abertura de um único recetor.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Dois fármacos podem ter a mesma afinidade, mas cinéticas diferentes?

Sim. A afinidade é a razão da constante de velocidade de dissociação para a de associação, de modo que dois fármacos podem partilhar a mesma afinidade de equilíbrio enquanto se ligam e desligam a velocidades muito diferentes, o que lhes confere tempos de residência distintos.

O que faz a equação de Cheng-Prusoff?

Ela converte a concentração de um competidor que inibe pela metade a ligação do radioligante (IC50) na constante de afinidade verdadeira do competidor (Ki), corrigindo para a concentração e afinidade do radioligante usado no ensaio.