Động học và Cân bằng Liên kết Ligand

Liên kết không tức thời: một phối tử (ligand) liên kết và tách rời khỏi thụ thể của nó với tốc độ hữu hạn, và sự cân bằng giữa hai quá trình này thiết lập cả ái lực cân bằng và diễn biến thời gian của tương tác. Động học không chỉ đặt câu hỏi về lượng phối tử liên kết ở trạng thái ổn định mà còn về tốc độ đạt được trạng thái đó và thời gian tồn tại của phức hợp.

Definition

Động học liên kết phối tử mô tả sự liên kết và phân ly phụ thuộc thời gian của một phối tử với vị trí liên kết của nó, được điều chỉnh bởi hằng số tốc độ liên kết (kon) và hằng số tốc độ phân ly (koff), tỷ lệ của chúng xác định hằng số phân ly cân bằng (Kd = koff/kon) đặc trưng cho liên kết ở trạng thái ổn định.

Scope

Chủ đề này bao gồm các hằng số tốc độ liên kết và phân ly của phối tử, mối quan hệ của chúng với hằng số phân ly cân bằng, khái niệm thời gian lưu trú, và cách đo lường và phân tích liên kết trong các xét nghiệm phối tử phóng xạ và các xét nghiệm liên quan, bao gồm việc chuyển đổi giữa ức chế quan sát được và hằng số ái lực cơ bản. Đây là tài liệu tham khảo trong dược lực học và không đưa ra hướng dẫn về liều lượng.

Core questions

• Một phối tử liên kết và tách rời khỏi thụ thể của nó nhanh như thế nào?
• Các hằng số tốc độ liên kết và phân ly xác định ái lực cân bằng như thế nào?
• Thời gian lưu trú là gì, và tại sao thời gian liên kết lại quan trọng?
• Các thông số liên kết được trích xuất từ các thí nghiệm bão hòa và cạnh tranh phối tử phóng xạ như thế nào?

Key concepts

• Hằng số tốc độ liên kết (kon)
• Hằng số tốc độ phân ly (koff)
• Hằng số phân ly cân bằng (Kd = koff/kon)
• Thời gian lưu trú
• Liên kết bão hòa và phân tích Scatchard
• Liên kết cạnh tranh (IC50, Ki)
• Liên kết đặc hiệu so với không đặc hiệu

Key theories

Động học liên kết tác dụng khối lượng

Khuôn khổ xử lý sự liên kết phối tử-thụ thể như một phản ứng lưỡng phân tử được điều chỉnh bởi kon và koff, dự đoán diễn biến thời gian của liên kết và sự chiếm giữ cân bằng thông qua định luật tác dụng khối lượng.

Mối quan hệ Cheng-Prusoff

Mối quan hệ chuyển đổi nồng độ của một chất cạnh tranh tạo ra ức chế bán tối đa (IC50) trong một xét nghiệm liên kết thành hằng số ái lực thực sự của chất cạnh tranh (Ki), hiệu chỉnh cho nồng độ phối tử phóng xạ và ái lực của nó.

Mechanisms

Phối tử và thụ thể kết hợp với tốc độ được thiết lập bởi hằng số tốc độ liên kết kon và nồng độ phối tử tự do và thụ thể tự do, trong khi phức hợp phân hủy với tốc độ được thiết lập bởi hằng số tốc độ phân ly koff; ở trạng thái cân bằng, hai quá trình đối lập này cân bằng, và tỷ lệ của chúng xác định hằng số phân ly cân bằng, Kd = koff/kon. Cùng một ái lực cân bằng có thể phát sinh từ các cặp tốc độ rất khác nhau, vì vậy hai phối tử có Kd giống hệt nhau có thể khác nhau đáng kể về tốc độ liên kết và, đặc biệt, về tốc độ tách rời—được thể hiện bằng thời gian lưu trú, tuổi thọ trung bình của phức hợp. Trong phòng thí nghiệm, các đại lượng này được thu thập từ các thí nghiệm diễn biến thời gian động học và từ các xét nghiệm bão hòa cân bằng, trong khi các xét nghiệm cạnh tranh đo nồng độ của một phối tử không đánh dấu làm dịch chuyển một nửa phối tử phóng xạ; mối quan hệ Cheng-Prusoff sau đó chuyển đổi nồng độ ức chế một nửa đó thành hằng số ái lực của phối tử bằng cách hiệu chỉnh cho phối tử phóng xạ được sử dụng. Motulsky và Mahan đã suy ra động học dự kiến khi một phối tử được đánh dấu và một phối tử không đánh dấu cạnh tranh, cho phép ước tính các hằng số tốc độ từ các thí nghiệm như vậy.

Clinical relevance

Động học liên kết cung cấp thông tin về cách đặc trưng hóa tốc độ và sự bền vững của sự tương tác với mục tiêu, và khái niệm thời gian lưu trú là một cách để lý giải tại sao một số tương tác kéo dài hơn sự hiện diện của thuốc tự do. Đây là những nguyên tắc tham chiếu để diễn giải dữ liệu liên kết và không cung cấp hướng dẫn về liều lượng hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Phân tích liên kết động học và cân bằng dựa trên dược lý học phòng thí nghiệm và phương pháp luận tiêu chuẩn hóa hơn là các hướng dẫn lâm sàng; các quy ước định lượng được trình bày trong các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn và danh pháp của Liên đoàn Dược lý Cơ bản và Lâm sàng Quốc tế (IUPHAR).

History

Phân tích liên kết định lượng phát triển mạnh mẽ với sự ra đời của các phương pháp phối tử phóng xạ vào những năm 1970, cho phép đo trực tiếp số lượng và ái lực của thụ thể. Mối quan hệ năm 1973 của Cheng và Prusoff đã làm cho các xét nghiệm cạnh tranh có thể diễn giải được về ái lực thực sự, và công trình năm 1984 của Motulsky và Mahan đã cung cấp lý thuyết động học cho các thí nghiệm liên kết cạnh tranh. Công trình cơ chế của Colquhoun đã kết nối các hằng số đo được này với các quá trình liên kết và mở cổng thụ thể đơn lẻ cơ bản.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Hai loại thuốc có thể có cùng ái lực nhưng động học khác nhau không?

Có. Ái lực là tỷ lệ giữa hằng số tốc độ phân ly và liên kết, vì vậy hai loại thuốc có thể có cùng ái lực cân bằng trong khi liên kết và tách rời với tốc độ rất khác nhau, điều này mang lại cho chúng thời gian lưu trú khác nhau.

Phương trình Cheng-Prusoff làm gì?

Nó chuyển đổi nồng độ của một chất cạnh tranh ức chế một nửa liên kết phối tử phóng xạ (IC50) thành hằng số ái lực thực sự của chất cạnh tranh (Ki), hiệu chỉnh cho nồng độ và ái lực của phối tử phóng xạ được sử dụng trong xét nghiệm.