Физико-химические аспекты комплексообразования низкомолекулярных веществ с биомакромолекулами

Обычно взаимодействие лекарства (лиганда) с любым белком рассматривается как обратимая реакция, подчиняющаяся закону действия масс:

где k₁ и k₂ — соответственно константы скорости ассоциации и диссоциации комплексов; [А] — концентрация несвязанного лиганда; [Р] — концентрация белка. Количественно сила взаимодействия или сродство лиганда к белку выражается с помощью равновесной константы ассоциации (К_а):

Часто пользуются обратной величиной К_а — равновесной константой диссоциации К_д. К_д соответствует свободной концентрации лиганда, при которой 50% связывающих участков белка заполнено. Чем больше сродство лиганда к белку, тем больше будет К_а и меньше К_д.

Предполагая отсутствие взаимодействия между несколькими связывающими участками белка, закон действия масс можно выразить следующим образом:

r=nК_а[А]/(1+K_а[А]),

где r — количество молей связанного лиганда на моль белка;

n — общее количество связывающих участков.

Используя это уравнение в линейной форме:

1/r=1/n+(1/n*К_a)(1/[А])

или

r=n-(1/К)(r/[А]),

графически можно получить значения K_а и n. Однако в случае наличия кооперативного взаимодействия между различными связывающими участками эти формулы дают лишь приближенные сведения о параметрах связывания. Адекватной математической модели, описывающей комплексообразование любой биомакромолекулы с любым лигандом, нет; интенсивные поиски в этом направлении продолжаются.

В образовании комплекса белка с лигандом могут принимать участие те же 4 типа нековалентных взаимодействий, что и в формировании пространственной структуры белка в водном растворе:

1. водородная связь;
2. электростатическая связь;
3. вандерваальсова связь;
4. гидрофобные взаимодействия.

Как правило, в образовании того или иного комплекса молекул-партнеров принимают участие различные виды связей; однако считают, что специфичность комплексообразования обусловлена короткодействующими вандерваальсовыми силами.

Зная величину K_а, с помощью термодинамических уравнений можно рассчитать ∆G⁰, а если известна зависимость К_a от температуры, — энтальпию ∆H⁰ и энтропию ∆S⁰ связывания. Теоретически и экспериментально показано, что основной движущей силой электростатических и гидрофобных взаимодействий является изменение энтропии (Klotz, 1973).

Для определения параметров связывания лекарств с белками обычно пользуются классическими методами: равновесным диализом или ультрафильтрацией. Применение спектральных методов исследования (ЭПР, ЯМР, спектро-фотометрия, инфракрасная спектроскопия, спектрополяриметрия, Раман-спектроскопия, спектрофлуориметркя и др.) позволяет получить дополнительную информацию о молекулярных механизмах взаимодействия и динамике комплексообразования (Chignell, 1973).

Влияние на связывание альбумином лекарств

Влияние на связывание альбумином лекарств константы ассоциации (а); общей концентрации лекарства (б); концентрации альбумина (в) (Koch Weser и Sellers, 1976): по оси абсцисс — константа ассоциации (а); общая концентрация лекарства (б); концентрация альбумина (в); по оси ординат — концентрация несвязанного лекарства, %.

Величина свободной фракции лекарства зависит от его сродства к белку (Д_а) и от концентрации взаимодействующих молекул-партнеров. Эта зависимость для гипотетического лекарства с молекулярной массой 300 представлена на рис. Следовательно, зная параметры связывания, объем распределения свободной фракции лекарства и общие концентрации лекарства и белка, всегда можно предсказать величину свободной, а значит, и биологически активной фракции данного лекарства.

«Биохимическая фармакология»,
под ред. проф. П.В.Сергеева

• Физико-химические факторы, определяющие путь экскреции лекарственных веществ из организма
• Модели взаимодействия сывороточного альбумина
• Способность ацетилсалициловой кислоты связываться с альбумином
• Неспецифический характер связывания лекарств альбумином
• Сывороточный альбумин — основной представитель неспецифических транспортных систем крови
• Специфические транспортные системы крови