จลนพลศาสตร์และสมดุลของการจับกันของลิแกนด์

การจับกันไม่ได้เกิดขึ้นทันที: ลิแกนด์จะจับกับและแยกออกจากตัวรับด้วยอัตราที่จำกัด และความสมดุลระหว่างสองกระบวนการนี้จะกำหนดทั้งความสัมพันธ์ที่สมดุลและช่วงเวลาของการมีปฏิสัมพันธ์ จลนพลศาสตร์ไม่เพียงแต่ถามว่ามีลิแกนด์จับอยู่เท่าใดที่สภาวะคงที่ แต่ยังรวมถึงความเร็วในการเข้าถึงสภาวะนั้นและระยะเวลาที่สารเชิงซ้อนคงอยู่ด้วย

Definition

จลนพลศาสตร์การจับกันของลิแกนด์อธิบายการจับกันและการแยกตัวของลิแกนด์กับตำแหน่งการจับของมันที่ขึ้นกับเวลา ซึ่งควบคุมโดยค่าคงที่อัตราการจับกัน (kon) และค่าคงที่อัตราการแยกตัว (koff) โดยที่อัตราส่วนของค่าทั้งสองนี้กำหนดค่าคงที่การแยกตัวที่สมดุล (Kd = koff/kon) ซึ่งบ่งบอกลักษณะการจับกันที่สภาวะคงที่

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมค่าคงที่อัตราของการจับกันและการแยกตัวของลิแกนด์ ความสัมพันธ์กับค่าคงที่การแยกตัวที่สมดุล แนวคิดของเวลาพำนัก และวิธีการวัดและวิเคราะห์การจับกันในการทดสอบด้วยสารรังสีและวิธีการที่เกี่ยวข้อง รวมถึงการแปลงระหว่างการยับยั้งที่สังเกตได้และค่าคงที่ความสัมพันธ์พื้นฐาน เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงในเภสัชพลศาสตร์และไม่มีคำแนะนำในการให้ยา

Core questions

• ลิแกนด์จับกับและแยกออกจากตัวรับของมันเร็วแค่ไหน?
• ค่าคงที่อัตราการจับกันและการแยกตัวกำหนดความสัมพันธ์ที่สมดุลได้อย่างไร?
• เวลาพำนักคืออะไร และเหตุใดระยะเวลาของการจับกันจึงมีความสำคัญ?
• พารามิเตอร์การจับกันถูกดึงออกมาจากการทดลองความอิ่มตัวและการแข่งขันของลิแกนด์ที่มีฉลากรังสีได้อย่างไร?

Key concepts

• ค่าคงที่อัตราการจับกัน (kon)
• ค่าคงที่อัตราการแยกตัว (koff)
• ค่าคงที่การแยกตัวที่สมดุล (Kd = koff/kon)
• เวลาพำนัก
• การจับกันแบบอิ่มตัวและการวิเคราะห์แบบ Scatchard
• การจับกันแบบแข่งขัน (IC50, Ki)
• การจับกันแบบจำเพาะเทียบกับการจับกันแบบไม่จำเพาะ

Key theories

จลนพลศาสตร์การจับกันแบบมวลสาร

กรอบแนวคิดที่ถือว่าการจับกันของลิแกนด์-ตัวรับเป็นการเกิดปฏิกิริยาแบบสองโมเลกุลที่ควบคุมโดย kon และ koff ซึ่งทำนายช่วงเวลาของการจับกันและการครอบครองที่สมดุลผ่านกฎของมวลสาร

ความสัมพันธ์ของ Cheng-Prusoff

ความสัมพันธ์ที่แปลงความเข้มข้นของสารแข่งขันที่ทำให้เกิดการยับยั้งครึ่งหนึ่งสูงสุด (IC50) ในการทดสอบการจับกันให้เป็นค่าคงที่ความสัมพันธ์ที่แท้จริงของสารแข่งขัน (Ki) โดยปรับแก้สำหรับความเข้มข้นของลิแกนด์ที่มีฉลากรังสีและความสัมพันธ์ของมัน

Mechanisms

ลิแกนด์และตัวรับรวมตัวกันด้วยอัตราที่กำหนดโดยค่าคงที่อัตราการจับกัน kon และความเข้มข้นของลิแกนด์อิสระและตัวรับอิสระ ในขณะที่สารเชิงซ้อนจะสลายตัวด้วยอัตราที่กำหนดโดยค่าคงที่อัตราการแยกตัว koff; ที่สมดุล กระบวนการตรงข้ามทั้งสองจะสมดุลกัน และอัตราส่วนของค่าทั้งสองนี้กำหนดค่าคงที่การแยกตัวที่สมดุล, Kd = koff/kon ความสัมพันธ์ที่สมดุลเดียวกันสามารถเกิดขึ้นได้จากคู่ของอัตราที่แตกต่างกันมาก ดังนั้นลิแกนด์สองชนิดที่มีค่า Kd เท่ากันอาจแตกต่างกันอย่างมากในความเร็วในการจับและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในความช้าในการแยกตัว—ซึ่งถูกจับโดยเวลาพำนัก (residence time) ซึ่งเป็นอายุเฉลี่ยของสารเชิงซ้อน ในห้องปฏิบัติการ ปริมาณเหล่านี้ได้มาจากการทดลองจลนพลศาสตร์ตามเวลาและจากการทดสอบความอิ่มตัวที่สมดุล ในขณะที่การทดสอบการแข่งขันจะวัดความเข้มข้นของลิแกนด์ที่ไม่มีฉลากซึ่งเข้าแทนที่ครึ่งหนึ่งของลิแกนด์ที่มีฉลากรังสี; ความสัมพันธ์ของ Cheng-Prusoff จะแปลงความเข้มข้นของการยับยั้งครึ่งหนึ่งนั้นให้เป็นค่าคงที่ความสัมพันธ์ของลิแกนด์โดยการปรับแก้สำหรับลิแกนด์ที่มีฉลากรังสีที่ใช้ Motulsky และ Mahan ได้พัฒนาจลนพลศาสตร์ที่คาดการณ์ไว้เมื่อลิแกนด์ที่มีฉลากและไม่มีฉลากแข่งขันกัน ทำให้สามารถประมาณค่าคงที่อัตราจากการทดลองดังกล่าวได้

Clinical relevance

จลนพลศาสตร์การจับกันให้ข้อมูลว่าอัตราและความคงทนของการจับเป้าหมายมีลักษณะอย่างไร และแนวคิดเรื่องเวลาพำนักเป็นวิธีหนึ่งในการให้เหตุผลว่าทำไมปฏิสัมพันธ์บางอย่างจึงคงอยู่ได้นานกว่าการมีอยู่ของยาอิสระ หลักการเหล่านี้เป็นหลักการอ้างอิงสำหรับการตีความข้อมูลการจับกันและไม่ได้ให้คำแนะนำสำหรับการให้ยาหรือการรักษา

Evidence & guidelines

การวิเคราะห์การจับกันแบบจลนพลศาสตร์และสมดุลมีพื้นฐานมาจากเภสัชวิทยาในห้องปฏิบัติการและระเบียบวิธีมาตรฐานมากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก; ข้อกำหนดเชิงปริมาณได้ถูกกำหนดไว้ในเอกสารอ้างอิงมาตรฐานและศัพท์บัญญัติของสหภาพเภสัชวิทยาพื้นฐานและคลินิกนานาชาติ (IUPHAR)

History

การวิเคราะห์การจับกันเชิงปริมาณพัฒนาขึ้นพร้อมกับการนำวิธีการใช้สารรังสีมาใช้ในช่วงทศวรรษ 1970 ซึ่งทำให้สามารถวัดจำนวนตัวรับและความสัมพันธ์ได้โดยตรง ความสัมพันธ์ของ Cheng และ Prusoff ในปี 1973 ทำให้การทดสอบการแข่งขันสามารถตีความได้ในแง่ของความสัมพันธ์ที่แท้จริง และการศึกษาของ Motulsky และ Mahan ในปี 1984 ได้ให้ทฤษฎีจลนพลศาสตร์สำหรับการทดลองการจับกันแบบแข่งขัน งานเชิงกลไกของ Colquhoun ได้เชื่อมโยงค่าคงที่ที่วัดได้เหล่านี้เข้ากับกระบวนการจับกันและการเปิดปิดของตัวรับเดี่ยวที่อยู่เบื้องหลัง

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

ยาที่แตกต่างกันสองชนิดสามารถมีความสัมพันธ์เท่ากันแต่มีจลนพลศาสตร์ที่แตกต่างกันได้หรือไม่?

ได้ ความสัมพันธ์คืออัตราส่วนของค่าคงที่อัตราการแยกตัวต่อค่าคงที่อัตราการจับกัน ดังนั้นยาที่แตกต่างกันสองชนิดสามารถมีความสัมพันธ์ที่สมดุลเท่ากันได้ในขณะที่จับและแยกตัวด้วยความเร็วที่แตกต่างกันมาก ซึ่งทำให้มีเวลาพำนักที่แตกต่างกัน

สมการ Cheng-Prusoff ทำอะไร?

สมการนี้แปลงความเข้มข้นของสารแข่งขันที่ยับยั้งการจับกันของลิแกนด์ที่มีฉลากรังสีได้ครึ่งหนึ่ง (IC50) ให้เป็นค่าคงที่ความสัมพันธ์ที่แท้จริงของสารแข่งขัน (Ki) โดยปรับแก้สำหรับความเข้มข้นและความสัมพันธ์ของลิแกนด์ที่มีฉลากรังสีที่ใช้ในการทดสอบ