Tepalik tenglamasi (biokimyo) - Hill equation (biochemistry)

Kooperativ bog'lanishni modellashtirish uchun Xill-Langmuir tenglamasidan foydalangan holda hosil bo'lgan sigmasimon egri chiziqlarni ko'rsatadigan bog'lovchi egri chiziqlar. Har bir egri chiziq egri chiziqning o'ng tomonida belgilangan boshqa Hill koeffitsientiga to'g'ri keladi. Vertikal o'qda ligand bilan bog'langan retseptorlarning umumiy sonining nisbati aks etadi. Gorizontal o'q - ligand kontsentratsiyasi. Tepalik koeffitsienti oshgani sayin to'yinganlik egri chizig'i yanada keskinlashadi.

Yilda biokimyo va farmakologiya, Tepalik tenglamasi ligandning funktsiyasi sifatida, ligandlarning makromolekulalarga bog'lanishini aks ettiruvchi ikkita yaqin tenglamani bildiradi diqqat. Ligand "biologik maqsadga erishish uchun biomolekula bilan kompleks hosil qiluvchi moddadir" (ligand ta'rifi ) va makromolekula - bu juda katta molekula, masalan, tarkibiy qismlarning murakkab tuzilishiga ega bo'lgan oqsil (makromolekulaning ta'rifi ). Protein-ligandni bog'lash bu turdagi bog'lanishning namunasidir, bu odatda maqsadli oqsilning tuzilishini o'zgartiradi va shu bilan hujayradagi funktsiyasini o'zgartiradi.

Ikkala Xill tenglamalarining farqi shundaki, ular o'lchami bandlik yoki javob. The Xill-Langmuir tenglamasi makromolekulalarning bandligini aks ettiradi: to'yingan yoki bilan bog'langan fraktsiya ligand.[1][2][nb 1] Ushbu tenglama rasmiy ravishda ga teng Langmuir izotermiyasi.[3] Aksincha, Tepalik tenglamasi ligandga uyali yoki to'qima ta'sirini to'g'ri aks ettiradi: mushaklarning qisqarishi kabi tizimning fiziologik chiqishi.

Xill-Langmuir tenglamasi dastlab tomonidan tuzilgan Archibald tepaligi tasvirlash uchun 1910 yilda sigmasimon O2 majburiy egri chiziq gemoglobin.[4]

A ning majburiyligi ligand a makromolekula bir xil makromolekulada allaqachon boshqa ligandlar mavjud bo'lsa, tez-tez kuchayadi (bu shunday ma'lum) kooperativ majburiyligi ). Hill-Langmuir tenglamasi darajani aniqlash uchun foydalidir kooperativlik ferment yoki retseptor bilan bog'langan ligand (lar) ning. The Tepalik koeffitsienti ligandni bog'lash joylari o'rtasidagi o'zaro ta'sir darajasini miqdoriy aniqlash usulini taqdim etadi.[5]

Tepalik tenglamasi (javob uchun) ning qurilishida muhim ahamiyatga ega doza-javob egri chiziqlari.

Ligand bilan bog'langan retseptorlarning nisbati

Gemoglobin bilan bog'langan kislorodning% to'yinganligi, mavjud kislorod miqdoriga bog'liqligi (kislorod bosimi bilan ifodalangan). Ma'lumotlar (qizil doiralar) va Hillning tenglamasi (qora egri), Hillning 1910 yilgi asl qog'ozidan olingan[6].

Xill-Langmuir tenglamasi a ning alohida holatidir to'rtburchaklar giperbola va odatda quyidagi yo'llar bilan ifodalanadi.[2][7][8]

,

qaerda:

  • ning qismi retseptorlari oqsillari bilan bog'langan kontsentratsiya ligand,
  • erkin, bog'lanmagan ligand diqqat,
  • aniq ko'rinib turibdi dissotsilanish doimiysi dan olingan ommaviy ta'sir qonuni,
  • ligand kontsentratsiyasi yarim kasbni hosil qiladi,
  • bu Hill koeffitsienti.

Doimiy

Farmakologiyada, sifatida tez-tez yoziladi , qayerda ligand, L ga teng va retseptoridir. retseptorlari va ligand bilan bog'langan retseptorlari kontsentratsiyasining umumiy miqdori bilan ifodalanishi mumkin: . ligand-retseptorlari kompleksining dissotsilanish tezligining uning assotsiatsiya darajasiga nisbatiga teng ().[8] Kd - dissotsilanish uchun muvozanat konstantasi. shunday belgilanadi , bu mikroskopik deb ham ataladi dissotsilanish doimiysi va bog'lanish joylarining yarmini egallagan ligand kontsentratsiyasi. So'nggi adabiyotlarda ba'zan bu doimiy deb nomlanadi .[8]

Gaddum tenglamasi

Gaddum tenglamasi - bu qayta tiklanadigan raqobatdosh antagonist mavjudligini o'z ichiga olgan Xill-tenglamani yanada umumlashtirish.[1] Gaddum tenglamasi xuddi Xill tenglamasiga o'xshash, ammo 2 ta muvozanat bilan olingan: ikkalasi ham retseptor bilan ligand va retseptor bilan antagonist. Demak, Gaddum tenglamasi 2 konstantaga ega: ligand va antagonistning muvozanat konstantalari.

Tepalik fitnasi

X o'qi ligand kontsentratsiyasining logarifmi, y o'qi esa o'zgargan retseptorlarning joylashishi bo'lgan Hill uchastkasi. X Lni va Y tetani anglatadi.

Tepalik uchastkasi - bu Tepalik-Langmuir tenglamasini to'g'ri chiziqqa qayta tiklash.

Hill-Langmuir tenglamasining ikkala tomonining o'zaro ta'sirini olib, qayta tuzish va teskari aylantirish quyidagi natijalarni beradi: . Tenglamaning ikkala tomonining logarifmini qabul qilish Xill-Langmuir tenglamasining muqobil shakllanishiga olib keladi:

.

Hill-Langmuir tenglamasining ushbu oxirgi shakli foydalidir, chunki ga qarshi hosil beradi a chiziqli uchastka deb nomlangan Tepalik fitnasi.[7][8] Tepalik uchastkasining qiyaligi biokimyoviy o'zaro ta'sir uchun Hill koeffitsientiga teng bo'lganligi sababli, nishab bilan belgilanadi . Shunday qilib birdan kattaroq nishab retseptor va ligand o'rtasida ijobiy kooperativ bog'lanishni bildiradi, birdan kam nishab esa salbiy kooperativ bog'lanishni ko'rsatadi.

Tenglamalarni bu kabi chiziqli shakllarga o'tkazish kompyuterlarning keng qo'llanilishidan oldin juda foydali edi, chunki ular tadqiqotchilarga ma'lumotlarga chiziqlar o'rnatish orqali parametrlarni aniqlashga imkon berdi. Biroq, bu transformatsiyalar xato tarqalishiga ta'sir qiladi va bu 0 yoki 1 ga yaqin ma'lumotlar nuqtalarida ortiqcha og'irlik va xatolarga olib kelishi mumkin.[nb 2] Bu ma'lumotlarga o'rnatilgan chiziqli regressiya chiziqlarining parametrlariga ta'sir qiladi. Bundan tashqari, kompyuterlardan foydalanish yanada ishonchli tahlilni ta'minlaydi chiziqli bo'lmagan regressiya.

To'qimalarga javob

Dozaga javob egri chizig'ining uchligi

Retseptorlari bilan bog'langan dori vositalari bilan reaksiya hosil qiluvchi dorilar miqdorini aniqlash o'rtasida farq qilish kerak. Ikki qiymat o'rtasida chiziqli bog'liqlik bo'lishi shart emas. Ushbu maqolaning Hill-Langmuy tenglamasining avvalgi ta'rifidan farqli o'laroq, IUFAR Hill tenglamasini to'qima reaktsiyasi nuqtai nazaridan belgilaydi , kabi

[1]

qayerda dori konsentratsiyasi va bu 50% maksimal javob beradigan dori konsentratsiyasi. Ajratish konstantalari (oldingi bobda) ligandning bog'lanishiga taalluqlidir, shu bilan birga to'qimalarning reaktsiyasini aks ettiradi.

Tenglamaning ushbu shakli to'qima / hujayra / populyatsiyaning giyohvand moddalarga bo'lgan ta'sirini aks ettirishi va uni yaratish uchun ishlatilishi mumkin doza ta'sirining egri chiziqlari. O'rtasidagi munosabatlar va EC50 juda murakkab bo'lishi mumkin, chunki biologik javob son-sanoqsiz omillarning yig'indisi bo'ladi; uning yaqinligidan qat'i nazar, ko'proq retseptorlar mavjud bo'lsa, dori boshqa biologik ta'sirga ega bo'ladi.

Del-Kastillo Kats modeli Xil-Langmuir tenglamasini retseptorlarning faollashuvi bilan bog'lash uchun ligand bilan bog'langan retseptorning ikkinchi muvozanatini qo'shish orqali ishlatiladi. faollashtirilgan ligand bilan bog'langan retseptorning shakli.

Rag'batlantirish funktsiyasi sifatida javobni statistik tahlil qilish kabi regressiya usullari bilan amalga oshirilishi mumkin probit modeli yoki logit modeli, yoki kabi boshqa usullar Spearman-Karber usuli.[9] Lineer bo'lmagan regressiyaga asoslangan empirik modellar, odatda, dozani qaytarish munosabatlarini lineerlashtiradigan ma'lumotlarning ba'zi transformatsiyalaridan foydalanishdan afzalroqdir.[10]

Tepalik koeffitsienti

Tepalik koeffitsienti o'lchovdir ultrasensitivlik (ya'ni javob egri chizig'i qanchalik tik).

Tepalik koeffitsienti, yoki , kooperativlikni tavsiflashi mumkin (yoki ehtimol boshqa biokimyoviy xususiyatlar, Hill-Langmuir tenglamasi ishlatilayotgan kontekstga qarab). Kerak bo'lsa,[tushuntirish kerak ] Hill koeffitsientining qiymati ligandning bog'lanish kooperativligini quyidagi tarzda tavsiflaydi:

  • . Ijobiy kooperativ majburiydir: Bir ligand molekulasi ferment bilan bog'langandan so'ng uning boshqa ligand molekulalariga yaqinligi oshadi. Masalan, kislorod bilan bog'lanishning Hill koeffitsienti gemoglobin (ijobiy kooperativlik namunasi) 1,7-3,2 oralig'iga to'g'ri keladi.[5]
  • . Salbiy kooperativ majburiyligi: Bir ligand molekulasi ferment bilan bog'langandan so'ng uning boshqa ligand molekulalariga yaqinligi pasayadi.
  • . Kooperativ bo'lmagan (to'liq mustaqil) majburiy: Fermentning ligand molekulasiga yaqinligi boshqa ligand molekulalarining bog'langan yoki bog'lanmaganligiga bog'liq emas. N = 1 bo'lganda, biz tomonidan modellashtiriladigan modelni olamiz Michaelis-Menten kinetikasi,[11] unda , Mayklis - Menten doimiysi.

Tepalik koeffitsientini quyidagicha kuchga qarab hisoblash mumkin:

.[12]

qayerda va maksimal javobning mos ravishda 10% va 90% ni ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan kirish qiymatlari.[13]

Ommaviy ta'sir kinetikasidan kelib chiqish

Hill-Langmuir tenglamasi xuddi shunga o'xshash tarzda olingan Mayklis Menten tenglamasi lekin Hill koeffitsientini o'z ichiga oladi. Proteinni ko'rib chiqing (), kabi gemoglobin yoki oqsil retseptorlari, bilan ligandlar uchun bog'laydigan joylar (). Ligandlarning oqsil bilan bog'lanishini kimyoviy muvozanat ifodasi bilan ifodalash mumkin:

,

qayerda (oldinga siljish yoki protein-ligand kompleksining birikish tezligi) va (teskari tezlik yoki kompleksning ajralish darajasi) ligandlarning oqsilga birikishi va ularning oqsildan ajralib chiqishi uchun reaksiya tezligi konstantalari.[8] Dan ommaviy ta'sir qonuni, bu o'z navbatida printsiplaridan kelib chiqishi mumkin to'qnashuv nazariyasi, ko'rinadigan dissotsilanish doimiysi , muvozanat konstantasi quyidagicha beriladi:

.

Xuddi shu paytni o'zida, , ishg'ol qilingan retseptorlari kontsentratsiyasining umumiy retseptorlari kontsentratsiyasiga nisbati quyidagicha berilgan:

.

Ilgari olingan ifodani dissotsilanish konstantasi uchun ishlatib, o'rnini bosa olamiz bilan uchun soddalashtirilgan ifodani berish :

,

bu Hill tenglamasining umumiy formulasi.[7][14][8]

Protein retseptorlari dastlab konsentratsiyasida butunlay erkin (bog'lanmagan) deb faraz qilsak , keyin har qanday vaqtda, va . Binobarin, Xill-Langmuir tenglamasi, odatda, kontsentratsiya ifodasi sifatida yoziladi bog'langan oqsil:

.[2]

Ushbu formulalarning barchasi oqsilga ega deb taxmin qiladi ligandlar bog'lab turadigan saytlar. Ammo amalda Tepalik koeffitsienti kamdan-kam hollarda protein tarkibidagi ligandni bog'lash joylari sonining aniq taxminiyligini ta'minlaydi.[5][7] Binobarin, Hill koeffitsienti o'rniga ligand bog'lash joylari orasidagi kooperativlikni tavsiflovchi "o'zaro ta'sir koeffitsienti" sifatida talqin qilinishi kerakligi kuzatildi.[5]

Ilovalar

Xill va Xill-Langmuir tenglamalari farmakologiyada preparatning funktsional parametrlarini miqdorini aniqlash uchun keng qo'llaniladi[iqtibos kerak ] va biokimyoning boshqa sohalarida ham qo'llaniladi.

Xill tenglamasidan, masalan, dozaga javob munosabatlarini tavsiflash uchun foydalanish mumkin ion kanali ochiq ehtimollik (P-ochiq) va ligand kontsentratsiyasi.[15]

Genlarning transkripsiyasini tartibga solish

Xill-Langmuir tenglamasi, uning geni tomonidan boshqarilganda gen mahsuloti ishlab chiqarish tezligini modellashtirishda qo'llanilishi mumkin. transkripsiya omillari (masalan, aktivatorlar va / yoki repressorlar ).[11] Bunday qilish, gen transkriptsiya omillari uchun bir nechta bog'lanish joylari tomonidan tartibga solinadigan bo'lsa, bu holda transkripsiya omillari DNKni kooperativ tarzda bog'lashi mumkin.[16]

Agar gendan oqsil ishlab chiqarilsa X tartibga solingan (faollashtirilgan) transkripsiya koeffitsienti bo'yicha Y, keyin oqsil ishlab chiqarish darajasi X faollashtirilgan kontsentratsiyasi bo'yicha differentsial tenglama sifatida modellashtirilishi mumkin Y oqsil:

,

qayerda k genning maksimal transkripsiyasi darajasi X.

Xuddi shunday, agar gendan oqsil ishlab chiqarilsa Y past tartibga solingan (qatag'on qilingan) transkripsiya koeffitsienti bo'yicha Z, keyin oqsil ishlab chiqarish darajasi Y faollashtirilgan kontsentratsiyasi bo'yicha differentsial tenglama sifatida modellashtirilishi mumkin Z oqsil:

,

qayerda k genning maksimal transkripsiyasi darajasi Y.

Cheklovlar

Ligand molekulalari retseptor bilan bir vaqtning o'zida bog'lanadi degan taxmin tufayli, Xill-Langmuy tenglamasi jismonan real bo'lmagan model sifatida tanqid qilindi.[5] Bundan tashqari, Hill koeffitsienti retseptorda kooperativ ligandni bog'lash joylari sonining ishonchli yaqinlashuvi deb hisoblanmasligi kerak.[5][17] birinchi va keyingi ligandlarning bog'lanishi o'ta ijobiy kooperativlikni keltirib chiqaradigan hollar bundan mustasno.[5]

Keyinchalik murakkab modellardan farqli o'laroq, nisbatan sodda Xill-Langmuir tenglamasi oqsil-ligandning o'zaro ta'sirining asosiy fiziologik mexanizmlari haqida tushuncha bermaydi. Ammo bu soddaligi Xill-Langmuir tenglamasini foydali empirik modelga aylantiradi, chunki undan foydalanish juda kam talab qiladi apriori o'rganilayotgan oqsil yoki ligandning xususiyatlari to'g'risida bilim.[2] Shunga qaramay, kooperativ aloqaning boshqa murakkab modellari taklif qilingan.[7] Qo'shimcha ma'lumot va bunday modellarga misollar uchun qarang Kooperativ majburiyligi.

Tepalik koeffitsienti kabi global sezuvchanlik o'lchovi s shaklidagi egri chiziqlarning mahalliy harakatlarini tavsiflamaydi. Buning o'rniga, ushbu xususiyatlar javob koeffitsienti o'lchovi bilan yaxshi tasvirlangan.[18]

Tepalik koeffitsienti va javob koeffitsienti o'rtasida quyidagicha bog'liqlik mavjud. Altszyler va boshq. (2017) ushbu ultrasensitivlik choralarini bir-biriga bog'lash mumkinligini ko'rsatdi.[12]

Shuningdek qarang

Izohlar

  1. ^ Aniqlik uchun ushbu maqolada Xalqaro bazaviy va klinik farmakologiya ittifoqi Xill-Langmuir tenglamasi (retseptorlarning to'yinganligi uchun) va Xill tenglamasi (to'qima reaktsiyasi uchun) o'rtasidagi farq konvensiyasi
  2. ^ Qarang Noaniqlikni targ'ib qilish. Funktsiya xatolarni ko'paytiradi kabi . Shuning uchun ning qiymatlaridagi xatolar yaqin yoki vazniga nisbatan ancha katta vazn beriladi

Adabiyotlar

  1. ^ a b v Neubig, Richard R. (2003). "Xalqaro farmakologiya qo'mitasi retseptorlari nomenklaturasi va dori vositalari tasnifi. XXXVIII. Miqdoriy farmakologiyada atamalar va belgilarning yangilanishi" (PDF). Farmakologik sharhlar.
  2. ^ a b v d Gesztelyi, Rudolf; Zsuga, Judit; Kemeny-Beke, Odam; Varga, Balazlar; Juhasz, Bela; Tosaki, Arpad (2012 yil 31 mart). "Tepalik tenglamasi va miqdoriy farmakologiyaning kelib chiqishi". Aniq fanlar tarixi arxivi. 66 (4): 427–438. doi:10.1007 / s00407-012-0098-5. ISSN  0003-9519. S2CID  122929930.
  3. ^ Langmuir, Irving (1918). "Shisha, slyuda va platinaning tekis yuzalarida gazlarning adsorbsiyalanishi". Amerika Kimyo Jamiyati jurnali. 40 (9): 1361–1403. doi:10.1021 / ja02242a004.
  4. ^ Xill, A. V. (1910-01-22). "Gmoglobin molekulalari agregatsiyasining dissotsilanish egri chiziqlariga mumkin bo'lgan ta'siri". J. Fiziol. 40 (Qo'shimcha): iv-vii. doi:10.1113 / jphysiol.1910.sp001386.
  5. ^ a b v d e f g Vayss, J. N. (1997 yil 1 sentyabr). "Tepalik tenglamasi qayta ko'rib chiqildi: foydalanish va noto'g'ri ishlatish". FASEB jurnali. 11 (11): 835–841. doi:10.1096 / fasebj.11.11.9285481. ISSN  0892-6638. PMID  9285481.
  6. ^ "Fiziologik jamiyat ishlari: 1910 yil 22-yanvar". Fiziologiya jurnali. 40 (ilova): i – vii. 1910 yil. doi:10.1113 / jphysiol.1910.sp001386. ISSN  1469-7793.
  7. ^ a b v d e Stefan, Melani I.; Novère, Nikolas Le (2013 yil 27-iyun). "Hamkorlik majburiyligi". PLOS hisoblash biologiyasi. 9 (6): e1003106. Bibcode:2013PLSCB ... 9E3106S. doi:10.1371 / journal.pcbi.1003106. ISSN  1553-7358. PMC  3699289. PMID  23843752.
  8. ^ a b v d e f Nelson, Devid L.; Koks, Maykl M. (2013). Biokimyoning lehninger tamoyillari (6-nashr). Nyu-York: W.H. Freeman. 158-162 betlar. ISBN  978-1429234146.
  9. ^ Xemilton, MA; Russo, RC; Thurston, RV (1977). "Trimmed Spearman-Karber toksikligi bioassaylaridagi o'limning o'rtacha konsentratsiyasini baholash usuli". Atrof-muhit fanlari va texnologiyalari. 11 (7): 714–9. Bibcode:1977 KIRISH ... 11..714H. doi:10.1021 / es60130a004.
  10. ^ Beyts, Duglas M.; Uotts, Donald G. (1988). Lineer bo'lmagan regressiya tahlili va uning qo'llanilishi. Vili. p.365. ISBN  9780471816430.
  11. ^ a b Alon, Uri (2007). Tizimlar biologiyasiga kirish: biologik sxemalarni loyihalashtirish asoslari ([Nachdr.] Tahr.). Boka Raton, FL: Chapman va Xoll. ISBN  978-1-58488-642-6.
  12. ^ a b Altszyler, E; Ventura, A.C .; Kolman-Lerner, A.; Chernomoretz, A. (2017). "Signalning kaskadlaridagi ultrasensitivlik qayta ko'rib chiqildi: mahalliy va global ultratovush sezgirliklarini bog'lash". PLOS ONE. 12 (6): e0180083. arXiv:1608.08007. Bibcode:2017PLoSO..1280083A. doi:10.1371 / journal.pone.0180083. PMC  5491127. PMID  28662096.
  13. ^ Srinivasan, Bxarat (2020-10-08). "Giyohvand moddalarni erta aniqlashda Mixaelis-Menten va atipik kinetikani aniq davolash". dx.doi.org. Olingan 2020-11-09.
  14. ^ Foreman, Jon (2003). Retseptorlari farmakologiyasi darsligi, Ikkinchi nashr. p.14.
  15. ^ Ding, S; Sachs, F (1999). "P2X2 purinotseptorlarining bitta kanalli xususiyatlari". J. Gen. Fiziol. Rokfeller universiteti matbuoti. 113 (5): 695–720. doi:10.1085 / jgp.113.5.695. PMC  2222910. PMID  10228183.
  16. ^ Chu, Dominik; Zabet, Nikolae Radu; Mitavskiy, Boris (2009-04-07). "Transkripsiya faktorini bog'lash modellari: aktivizatsiya funktsiyalarining modellashtirilgan taxminlarga sezgirligi" (PDF). Nazariy biologiya jurnali. 257 (3): 419–429. doi:10.1016 / j.jtbi.2008.11.026. PMID  19121637.
  17. ^ Monod, Jak; Vayman, Jeffri; Changeux, Jan-Per (1965 yil 1-may). "Allosterik o'tishlarning tabiati to'g'risida: maqbul model". Molekulyar biologiya jurnali. 12 (1): 88–118. doi:10.1016 / S0022-2836 (65) 80285-6. PMID  14343300.
  18. ^ Xolodenko, Boris N.; va boshq. (1997). "Uyali signalni uzatish yo'llari orqali ma'lumot uzatish miqdorini aniqlash". FEBS xatlari. 414 (2): 430–434. doi:10.1016 / S0014-5793 (97) 01018-1. PMID  9315734. S2CID  19466336.

Qo'shimcha o'qish

Tashqi havolalar