Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Скорость же распада от нее не зависит (4.7). Мы рассмотрели простейший случай локализации рецепторов прямо на поверхности мембраны. Когда же они располагаются внутри, процесс образования комплексов «рецептор-эффектор» будет развиваться несколько иначе. Кривая развития процесса, в отличие от приведенного ранее случая, примет Б-образную форму (рис. 4.4). Для целей интерпретации рассматриваемых зависимостей используется ряд подходов.
Один из них — это описание на базе балансо- 80 где 1с и к' — прямая и обратная константы скоростей образования комплекса Е; Π— концентрация мембраноактивных центров; С вЂ” концентрация эффектора. Кривые, описываемые этими уравнениями, изображены на рис. 4.3. С, моль Рис. 4.4. Концентрационная зависимость сввэмвания эффектора с мембраноактивнмми центрами вых уравнений (так, как зто принято в фармакологии и токсикологии). Вводится понятие «биофазыэ — компартмента, содержащего рецепторы и находящегося в контакте со средой.
В этом случае можно записать систему дифференциальных уравнений, характеризующих динамику перемещений эффектора в компартменты в соответствии со структурой его баланса, предполагаемой избранной моделью (рис. 4.5). Рнс. 4.5. Скема процесса взаимодействие эффеатора с ре- цепторными структурами (модель абиофаэмв) В простейшем случае, рассмотренном Р.Б.
Фурхготтом, биофаза находится в непосредственном контакте с компартментом, являющимся источником эффектора; выход эффектора из биофазы в прочие компартменты рассматривается как реакция первого порядка; стехноме1- рия связывания зффектора с активным центром в данном случае принимается равной 1:1. В этом случае Йс 1с!С(В с) 1Г! с — 1~у сЯ Х) + М2 Š— 1~3 с 11 Ы вЂ” = ~2 с (Я -у) — ~~'К.
Ф ОСВ~ (В+К ) Х— С+ (Кт+ КФ~!)( В+К!) (4.10) где К! = 1с! Ф! — коэффициент распределения эффектора между биофаэой н средой, содержащей эффектор в концентрации С; К2 = 1с2'Лс,— константа диссоциацин комплекса. При очень малых концентрациях эффектора С и сравнительно небольших значениях К! н К2 можно предположить Я > 2„В > С и система (4.9) упрощается: Йс — = 1!С — а с — 1с~Я с + Ер Х, (Й Д7, — =1с2Я с-1~2Е, Ф (4.11) где а = 1с! С + Ы! '+ 1сз Процесс отмыва связанного эффектора после перенесения тестового объекта в контрольный раствор описывается уравнением (4.12) ГдеР! Рс2 +!х+Е2Я ~~ (Е2 +к+ М) +4с!1!2*]й, Р!=0~2'+с!+1Ж+ ~~ (~~'+~х'1Ю) +4с!1Я~.
(4.13) 82 где с — концентрация эффектора в биофазе;  — предельная емкость биофаэы; Ц, 1с! — константы скоростей реакций, смысл которых ясен из рис. 4.5 Стационарная величина количества образовавшихся комплексов окажется равной Решения с различными приближениями приводят к описаниям кривых, характеризующихся наличием лаг-фазы (см. рис. 4.4). Аналогичный результат дает также численное интегрирование системы (4.9). Рассмотренные выше примеры предполагают связывание с одним рецептором одной молекулы лиганда. В принципе можно допустить существование комплексов лнганд-рецептор КА„с любыми стехиометрическими коэффициентами, Могут, например, существовать многовалентные места (рецепторы), образуюшие комплексы КА„путем последовательного присоединения лигандов: К+А = КА» КА1 + А = КАь (4.14) КА,„, +А = КА„. Если присоединение каждой последующей молекулы лиганда не зависит от количества ранее связанных с активным центром (рецептором) молекул, то данный процесс подчиняется уравнениям (4.4) и (4.5).
В противном случае имеют место эффекты, обычно называемые кооперативными (например, связывание каждым рецептором двух молекул), причем кооперативность бывает отрицательной и положительной. Когда присоединение каждой последующей молекулы облегчается вследствие посадки предыдушей, то говорят о положительной кооперативности, если, наоборот, затрудняется, — имеем отрицательную кооперативность. Положительную кооперативность можно продемонстрировать на примере связывания кислорода молекулой гемоглобина, которая состоит из четырех субъединиц: двух а- и двух 13-цепей. Каждая из субъединиц может связывать одну молекулу кислорода.
Оказалось, что сродство к кислороду отдельного центра связывания (гема) тем выше, чем больше других центров связывания уже занято молекулами кислорода. Существует несколько характерных приемов установления признаков кооперативности. Препарат рецепторов, насышенный радиоактивным лигандом, можно перенести в среду, не содержащую его, и измерить скорость диссоциации «меченых» комплексов. При этом часть препарата помешается в раствор, содержащий высокую концентрацию немеченого лиганда, часть — в раствор без лиганда. Если в первом случае скорость распада комплекса выше, это может свидетельствовать о наличии отрицательной кооперативности: нерадиоактивный лиганд, связываясь со свободными, незанятыми радиоактивными рецепторами, ослабляет меченые комплексы.
И наоборот„если в присутствии нера- диоактнвного лиганда скорость диссоциации снижается, говорят о проявлении положительной кооперативности. Можно рассчитать константы скорости связывания лиганда препаратом рецепторов при высоких и низких концентрациях; если они окажутся различными, это также можно рассматривать как признак кооперативности — положительной или отрицательной, в зависимости от того, в каком именно случае эта величина окажется больше. Но самый популярный среди исследователей способ выявления кооперативности — это анализ характера отличий концентрационной зависимости количества связывающегося лиганда от классического уравнения (4.5). Представляя полученные данные в скэтчардовских координатах (рис. 4.6), при вогнутой кривой говорят об отрицательной кооперативности, при выпуклой — о положительной.
С, люль Рис. 4.б. Скзтчардовские графики связывания зффекюра с мембраноавтивными центрами: отрицательная (1) и положительная (2) кооперативность Предельному случаю сильно выраженной положительной кооперативности (п>1) соответствует популярное уравнение Хилла. Здесь речь идет о механизме, допускающем лишь одновременное присоединение всех молекул эффектора к рецептору без образования промежуточных комплексов ВАь ЙА2 ... КА„: Соотношение, описывающее образование комплексов, имеет внд ЯС" 7 (1) (1 е ( ы' мсй)~] К+С" (4.1б) а диссоциация комплексов при отмыве: У(1)=7 е (4.П) Следует отметить, что чем больше величина и, тем сильнее выражен Б-образный характер кривой. 4.3. Развитие биологического ответа Развитие реакции биологического ответа на химический раздражк тель обычно рассматривается как некоторая функция количества образованных комплексов. Принято полагать. что регистрируемая реакция р является функцией количества центров связывания, занятых молекулой эффектора (согласно Д.
Кларку): р = 1(Х). (4.18-' Чаще всего зта зависимость считается линейноь, т е. реакция пропорциональна количеству занятых рецепторов Что предположение более справедливо в случае малых концентраций зффекторя. Известно также, что для большинства процессов рассматриваемого типа зависимость р(Х) представляется выпуклой функцией, все менее возрастающей с увеличением Х и выходяшей в конце концов на плато (аналогично рис. 4.3, кривая 1). Представление кинетики биологической реакции в виде р = 11Х(с, $)1 (4.19) предполагает, что биологическая реакция является функцией числа образовавшихся комплексов и верна только в тех случаях, когда показатели времени процессов, развивающихся после образования комплексов «рецептор — зффектор», существенно меньше, чем время достижения равновесного значения Х.
Позтому представление реакции как 1(Х) может быть оправдано во многих случаях при очень малых величинах действующих концентраций. Представив реакцию в форме р=аХ, (4.20) из стационарной кривой р(С), используя соотношение р = а(1С/(К+С), можно получить оценки некоторого показателя сродства ЕД5О (концентрация эффектора, вызывающая реакцию, равную половине максимальной). Наиболее серьезной трудностью на пути интерпретации кривых р(С) является наличие парадоксальной фазы.
Наблюдаемые на опыте стационарные кривые чаще всего не выходят на некий стационарный уровень, как того требует уравнение (4.б), а оказываются зависимостями переходного типа (рис. 4.7). рис. 4.7. Типы временного развития реакции и отмыва для случая адлитивных вкладов независимых центров связывания зффектора (А = А|+ А1 > О, индекс 1 относится к более быстрому компоненту) Дело в том, что в приведенных моделях предполагается существование неветвящейся последовательности реакций, первая из которых индуцируется образованием комплекса «рецептор — эффектор»; в действительности же каждое звено развития индуцированного процесса может служить источником стимула для нескольких элеменгов.
В результате, наблюдая за развитием реакции, мы регистрируем при малых концентрацнш лишь сигнал, распространяющийся через посредство наиболее чувствительного канала, связывающего элементы С и р (рис. 4.8). По мере увеличения примененной концентрации проявляются эффекты иных каналов связи, сигналы которых, очевидно, могуг отличаться по знаку (вклад отдельных сигналов может быть как положительным (стимулирующим реакцию), так и отрицательным (угнетающим). Рис.
4.3. Схема формирования реакции р под влиянием аффектора С, распространяющегося по нескольким путям. Каналы гь могуг характеризоваться существенно различными константами сродства к эффекгору Здесь можно рассмотреть два случая: а) лнганд взаимодействует с мембраноактнвными центрами одного типа, разветвленне характера действия происходит на каких-то следующих стадиях; б) лиганд взаимодействуст с центрами разных типов, каждый из которых инициирует процесс, различающийся по конечному эффекту на регистрируемую реакцию.
В первом случае справедливо представление реакции в виде р = р(Х). Второй случай — взаимодействие вещества с несколькими типами рецепторов — представляет особый интерес, поскольку взаимодействие может происходить не только со специфическими рецепторами, но и с другими центрами связывания. Известно, например, что некоторые биологически активные пептиды уже в довольно низких концентрациях способны действовать неспецифически, т.
е., помимо рецепторов, модифицировать свойства клеточных мембран. Это, несомненно, должно отразиться и на развитии регистрируемой реакции. Рассматривая два различных типа центров связывания и полагая, что зависимости Е;(С, 1) имеют форму (4.6) и (4.7)„развитие реакции можно представить в виде: р(С, 1) = — 11 — е 1тт'~ ~'1+ 11 — е ~Ъ'"Р'), (4.21) К,+С к,+с а отмыв: Ф) = К,ОС-Ь' $+ У, ОСФ~1 (422) 4.4. Модификация мембран амфифильными ксенобнотикамн Короткодействующие ван-дер-ваальсовы силы обеспечивают взаимное притяжение всех молекул, находящихся в контакте друг с другом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
