3.7: Равновесная константа связывания и сила связывания

Константа равновесного связывания (KbK_b) количественно определяет силу взаимодействия белок-лиганд. K_b можно рассчитать следующим образом, когда реакция находится в равновесии:

где P и L — несвязанный белок и лиганд соответственно, а PL — комплекс белок-лиганд.

Поскольку количество связанного лиганда также связано со скоростью связывания лиганда, в экспериментах можно также определить KbK_b, исследуя скорости ассоциации белок-лиганд (konk_on) и диссоциации (koffk_off), используя следующее соотношение:

Таким образом, для определения равновесной константы связывания используются две категории анализов связывания: те, которые измеряют равновесные концентрации, и те, которые измеряют кинетику реакции. В этом случае реакция должна находиться в равновесии во время измерения.

Метод определения равновесных концентраций зависит от желаемой чувствительности и простоты обнаружения сигнала. По этим причинам наиболее широко используются спектроскопические анализы. В этих экспериментах реакция вызывает изменение оптической плотности реагента или продукта при заданной длине волны, которое можно обнаружить с помощью УФ-ВИД-спектрофотометра. Альтернативно, реагент или продукт могут быть помечены флуоресцентным зондом или могут содержать собственный флуорофор. Затем ход реакции можно измерить по изменению флуоресценции. Эти анализы проводятся путем изменения концентрации одного реагента, в то время как остальная часть эксперимента остается постоянной. Затем результаты можно отобразить на графике и проанализировать с помощью различных методов аппроксимации кривой.

Взаимодействия между белками и лигандами также изучаются с использованием различных биохимических и спектроскопических методов. Структурный анализ с использованием рентгеновской кристаллографии и ЯМР-спектроскопии помогает прогнозировать взаимодействия белок-лиганд посредством молекулярного моделирования. Теоретические и вычислительные подходы, такие как исследования докинга белков и лигандов, широко используются для характеристики положения и взаимодействия лигандов малых молекул, включая кандидаты в лекарственные препараты. Компьютерный дизайн лекарств — это быстрая и недорогая альтернатива ускорению традиционных испытаний лекарств методом проб и ошибок.

В клетке, белки беспорядочно сталкиваются с другими молекулами, такими, как другие белки, нуклеиновые кислоты, и небольшие молекулы лиганды. Если связывание неспецифично, малое число нековалентных взаимодействий между молекулами приводит в краткой ассоциации. Если определенный лиганд связывается с белком, он образует обширные нековалентные взаимодействия вдоль дополняющих поверхностей.

Такие комплексы стабильны, и долго сохраняются прежде чем отсоединиться. Сила связывающих взаимодействий сообщается в терминах константы равновесия, Кб, также называемой константа связи или ассоциации. KB можно рассчитать исходя из отношения концентрации белково-лигандового комплекса к концентрациям несвязанных белков и лиганд, найденым в состоянии равновесия.

Учитывая ее связь с изменением свободной энергии из-за связывания, Высокое значение Kb означает существенное уменьшение дельта G, указывающее на сильное сродство между белком и лигандом. Два конкурирующих процесса важны для связывания типа белок-лиганд. Ассоциация белка и лиганда для сформировния комплекса и диссоциации комплекса в реактанты.

Константа связи K_on это мера числа связываний в секунду между белком и его лигандом. Её можно использовать для расчета скорости связывания лиганда с белком при данной концентрации. И наоборот, K_off это мера числа диссоциаций.

Его можно использовать для расчета, как быстро комплекс развалится, когда скорость ассоциации равна скорости диссоциации и достигнуто равновесие, при чём концентрации продуктов и реактантов остаются постоянными. Таким образом, в равновесии, K_on умножить на продукт при равновесных концентрациях белка и лиганда, равен K_off умножиьт на равновесную концентрацию белково-лигандового комплекса. Переупорядочивание этого выражения также показывает, что отношение K_ON к K_OFF равно Kb в равновесии.

• Equilibration Biology – The process of reaching equilibrium in biological systems.
• Binding Reaction – A chemical interaction that results in bond formation.
• Equilibrium Biology – The state where all acting influences are balanced in a biological system.
• Association Constant – The measure of the strength of a chemical association/reaction.
• Ligand Binding Biochemistry – The process of a ligand attaching to its target molecule.

• Define Equilibration Biology – Understand the process of balance in biological systems (e.g., Ligand Protein).
• Contrast Binding Reaction vs Chemical Association – Identify differences in these biological processes (e.g., Association Constant).
• Explore Protein-Ligand Binding Examples – Understand scenarios of ligand-protein interactions (e.g., Binding Equilibrium).
• Explain the Concept of Equilibrium Biology – Understand the state of balance in biology.
• Apply Knowledge in Calculation of Association Constant – Understand how to evaluate the strength of reactions.

• What is Equilibration Biology and how does it relate to Ligand Binding?
• What differentiates Binding Reaction from Association Constant?
• How to calculate Association Constant in Ligand-Protein binding?

• Students – Grasp complex biological processes and interactions like Ligand Binding and Equilibrium.
• Educators – Provides a clear explanation of concepts, aiding effective teaching of advanced biology topics.
• Researchers – Valuable information on biochemical interactions and bindings, aiding in lab investigations.
• Science Enthusiasts – Provides deep and engaging insight into the workings of biological systems, arousing intellectual curiosity.