Transcript 实测结合速率常数 - 北京大学基础医学院

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http://e-learning.bjmu.edu.cn/bin/index.pl
构型(configuration)和
构象(conformation)



Configuration：The geometrical arrangement in
polymers arising from the order of atoms
determined by chemical bonds.
Conformation：The geometrical arrangement in
polymers arising from rotation about adjacent
carbon-carbon single bonds.
构型的改变，分子中一定会有共价键的断裂和新的
共价键的生成；而构象的改变不需要共价键的变换
构型异构体还是构象异构体？
Isotactic
Syndiotactic
构型异构体还是构象异构体？
Techniques in
receptor research
尹长城
北京大学医学部生物物理学系
3. 受体与配基结合的动力学
3.1 受体放射配基结合分析


60年代初在受体研究中采用放射性标记核素
并建立了受体放射配基结合分析 (radioligand
binding assay, RBA)，它的理论基础是占领学说
该理论认为




受体与配基以单分子相互结合(分子比为1:1)
反应服从质量作用定律, 反应是可逆的
配基在结合和解离后不被代谢，也不与其它类型受体
结合
受体与配基结合后产生的生物效应的强度与受体被占
领的量成正比
3.1 单位点受体与配基结合反
应的数学表达

受体与配基结合作用的反应式如下:
[R]+[L]


k1
k2
[RL]
根据质量作用定律，结合反应速率为 v1= k1[R][L],
解离反应速率为 v2= k2[RL]
当反应达到平衡时, v1= v2，所以
k 2 [ R][L]
Kd 

k1
[ RL]





（1）
[R]、[L]、[RL]分别为游离受体、游离配基、受体-配基复
合物的摩尔浓度
k1、k2分别是结合速率常数、解离速率常数
Kd 是解离平衡常数，单位为mol/L; Kd 值的大小作为衡量
配基与受体相互结合能力的一个重要物理量: Kd值愈小结
合能力愈大; Kd又称为亲和常数
3.1 单位点受体与配基结合反
应的数学表达

设：[RT]为受体的初始浓度
[ R]  [ RT ]  [ RL]





Kd 
[ R][L] {[ RT ]  [ RL]}[L]

[ RL]
[ RL]
（2）
重排并整理得：
[ RL] [ RT ]  [ RL] [ RT ] 1



[ RL]
[ L]
Kd
Kd
Kd
（3）
上式即Scatchard方程 ，以[RL]/[L]为纵轴，以[RL]
为横轴作图得一直线
直线斜率为-1/Kd, 横轴截距为[RT], 纵轴截距为
[RT]/Kd
Scatchard图
3.1 单位点受体与配基结合反
应的数学表达




同理可推出：
Kd
[ L]
1


[ L]
[ RL] [ RT ] [ RT ]
（4）
上式为Woolf方程：以[L]/[RL]为纵轴，以[L]
为横轴作图得一直线
直线的斜率为1/[RT], 横轴截距为-1/Kd, 纵
轴截距为Kd/[RT]
Woolf图
3.1 单位点受体与配基结合反
应的数学表达




同理还可推出：
Kd 1
1
1


[ RL] [ RT ] [ RT ] [ L]
（5）
上式为Lineweaver-Burk方程，亦称双倒数
方程：以1/[RL]为纵轴，以1/[L]为横轴作图
得一直线
直线的斜率为Kd/[RT], 横轴截距为–1/Kd, 纵
轴截距为1/[RT]
Lineweaver-Burk图
3.1 单位点受体与配基结合反
应的数学表达
设：[LT]是总配基浓度, [L] = [LT] – [RL], 将
[L] = [LT] – [RL] 和 [R] = [RT] – [RL]代入(2)式，
经整理得：
2
 [ RL]  [ RL]{[RT ]  [ LT ]  K }  [ RT ][LT ]  0 （6）
d



上式为以[RL]为变量的双曲线一元二次方程
当[RT]、Kd固定时，[RL]随[LT]的变化而变化，
开始上升很快，以后逐渐趋向水平，这就是饱和
曲线
受体与配基结合曲线


SB为特异性结合，NSB为非特异性结合，TB为
总结合
[SB]= [TB] – [NSB]
3.1 单位点受体与配基结合反
应的数学表达

将(1)式重排变成下式：

[ RL]
[ L]

[ RT ] K d  [ L]

设[RL] = ½[RT], [L]=[L]1/2, 带入上式，得
（7）
1
[ RT ]
[ L]1 2
2

[ RT ]
K d  [ L]1 2


整理，得 Kd = [L]1/2
结论：在50％受体结合配基时,体系中游离配基
的浓度就是受体的解离平衡常数Kd值
3.2 双位点系统


一种配基可以和两种受体结合，这两种受体
往往是某类受体的两种亚型
选用某种放射配基，进行饱和实验， 用
Scatchard 作图法得到的不是直线而是向上
凹的曲线；这条曲线是由高低亲和性不同的
两条直线加合成的
双位点系统
饱和曲线
Scatchard曲线
双位点系统

近年来发展了很多方法用来进行双位点系统受
体亚型的研究



用选择性放射配基进行多点饱和实验
用非选择性放射配基和选择性非放射配基进行竞争
性取代实验
原则上它们也可以用于多种亚型的分析，但是
由于配基选择性的限制及实验误差的存在等原
因, 多数成功的例子仅限于双位点系统
3.2.1选择性放射配基的饱和曲线



选择性放射配基，对一种亚型有高亲和力, 而
对另一种亚型则为低亲和力
多点饱和实验显示，随着[LT]加大，[RL]先是
因高亲和力的大部分结合趋向饱和，然后由于
低亲和力亚型结合增多，曲线又住上翘
用Scatchard作图得到的不是直线而是向上凹
的曲线，也就是说，随着[LT]增加，曲线前部
分斜率很陡 (高亲和力亚型结合)，然后斜率平
坦 (低亲和力亚型结合)
3.2.1选择性放射配基的饱和曲线


应该指出，即使[LT]很小时，低亲和力亚型也
不是完全不结合，所以不能把饱和曲线或
Scatchard 曲线截然分成两段，前一段是高亲
和力亚型结合，后一段是低亲和力亚型结合。
实际上每段曲线都是两种亚型结构的总和，只
是每种亚型所占比率多少不等而言
在实际分析数据工作中，首先需用合理的受体
结合反应的数学模型，然后是运用计算机程序
处理，才能得到两种亚型受体的[RT]和Kd值
双位点饱和实验法

运用Scatchard方程分两种受体亚型，由于系统中放射配基L是
相同的, 它们各自的结合方程为
[ L][RT1 ]
[ RL1 ] 
K d 1  [ L]



[ L][RT2 ]
[ RL2 ] 
K d 2  [ L]
实际上，实验中测量得到的是[RL],而不是[RL1]和[RL2],由于
[RL]=[RL1]+[RL2],所以
[ RL]
[ RT1 ]
[ RT2 ]


[ L] K d 1  [ L] K d 2  [ L]
（8）
上式中[RL],[L]是实测值,[RL1]、[RL2]、Kd1 、Kd2 为四个待测
参数。只要有足够多的实验点，就可以用最小二乘回归法去
求四个参数，并根据参数再拟合成两种亚型的图形
3.2.2 非选择性放射配基和选择性
非放射配基竞争结合



选用放射配基对两种亚型受体的亲和力相同，选用
非放射配基对一种亚型有高的亲和力，对另一种亚
型则是低亲和力
在一定浓度的放射配基和受体系统中加入不同浓度
的选择性非放射配基作竞争结合反应。高亲和力的
配基容易与受体结合而取代放射配基，表现为部分
结合位点在低浓度竞争剂即明显丧失放射性，而另
一部分受体在高浓度竞争剂时对放射配基有明显抑
制作用
和双位点饱和曲线一样，这种区分不是绝对的。必
须通过计算机拟合才能得到两种亚型的各自参数
3.2.2 非选择性放射配基和选择性
非放射配基竞争结合

如果只有一种亚型受体系统，放射配基和选
择性非放射配基(抑制剂)与受体反应，则
Kd 

[ R ][L]
[ RL]
Ki 
[ R][I ]
[ RI ]
[ RT ]  [ R]  [ RL]  [ RI ]
体系中[R]是共同的，解上述联立方程，得：
[ RT ][I ]
[ RI ] 
Ki  [ I ]



如果体系中有两种亚型受体，则
[ RT1 ][I ] [ RT2 ][I ]
[ RI ]  [ RI1 ]  [ RI2 ] 

Ki1  [ I ] K i 2  [ I ] （9）
3.2.3 正负协同作用



何谓正负协同作用？它是指当一部分受体与
配基结合后使相邻的受体的亲和力发生改变
的现象
亲和力下降称之为负协同作用；亲和力增大
称之为正协同作用
在Scatchard图中，曲线斜率变小为负协同
作用；曲线斜率变大为正协同作用
Scatchard 图与正负协同作用
Hill方程与正负协同作用


用Hill作图法可判别协同作用的性质。其原理如
下： 倘若一个受体可以和n个配基结合，并且Kd
值相同, 则
移项，得
{[ RT ]  [ RL]}[L]n
Kd 
[ RL]
[ RL]
[ L]n

[ RT ]  [ RL] K d


两边取对数，得
[ RL]
[ L]n
lg
 lg
  lg K d  n lg[ L]
[ RT ]  [ RL]
Kd
（10）
Hill方程与正负协同作用
[ RL]
[ RT ]  [ RL]

以

直线的斜率为n，称为Hill系数
lg
为纵坐标，lg[L]为横坐标作图：
Hill系数与正负协同作用
[ RL]
 0,
[ RT ]  [ RL]
则 lg Kd  n lg[ L]1/ 2

令 lg

由于kd值不变，如果：



n=1, [L]1/2 = Kd , 简单单位点系统
n<1, [L]1/2 > Kd , 体系中游离配基，受体亲
和力，负协同作用
n>1, [L]1/2 < Kd , 体系中游离配基，受体亲
和力，正协同作用
3.2.4 反应速率常数的测定



测定受体-配基反应的速率常数是研究受
体反应动力学性质的一种研究方法
反应速率常数有结合速率常数k1 和解离
速率常数k2
反应达到平衡时其k2/k1 的值就是Kd ，即
平衡解离常数。用此法测得的Kd 值与饱
和实验所得的Kd值在理论上是一致的
结合速率常数
[R]+[L]








k1
k2
[RL]
根据质量作用定律: v1 = k1[R][L], v2 = k2[RL]
复合物[RL]生成的速率为
d [ RL ]
 k1[ R ][ L]  k 2 [ RL ]
dt
（11）
设受体总浓度为[RT]，配基总浓度为[LT], 则
d [ RL ]
 k1[ RT  RL ][ LT  RL ]  k 2 [ RL ]
dt
设 [LT]>>[RT],在反应过程中[LT]变化很小，则
d [ RL ]
 k1[ RT  RL ][ LT ]  k 2 [ RL ]
dt
（12）
结合速率常数








当反应达到平衡时，d[RL]/dt = 0，设此时复合
物的浓度为[RLe] ,则
d [ RL ]
 k1[ RT  RLe ][ LT ]  k 2 [ RLe ]  0
dt
k [ RT  RLe ][LT ]
k2  1
（13）
[ RLe ]
将（13）式带入（12）式，得
k1[ RT  RLe ][LT ]
d [ RL]
 k1[ RT  RL][LT ] 
[ RL]
dt
[ RLe ]
整理，得
d [ RL]
k [ LT ][RT ]
 1
dt
[ RLe  RL]
[ RLe ]
（14）
结合速率常数


（14）式积分，得
ln






[ RL]
k [ LT ][RT ]
 1
t
[ RLe  RL]
[ RLe ]
（15）
（13）式整理，得
[ LT ][RT ] k1
  [ LT ]
[ RLe ]
k2
（16）
将（16）式带入（15）式，得
[ RL]
k2
ln
 k1 (  [ LT ])t  (k2  k1[ LT ])t （17）
[ RLe  RL]
k1
令k表=k2+k1[LT] 为表观速率常数(复合物净生成速率常数)，
则
[ RL]
（18）
ln
 k 表t
[ RLe  RL]
解离速率常数

当受体与配基的结合反应达到平衡时，加入大于100
倍量的非标记配基，使标记配基与受体不再结合而
且平衡破坏，受体－标记配基复合物发生解离，其
速率为



重排，得
d [ RL ]
  k 2 [ RL ]
dt
（19）
d [ RL]
 k2 dt
[ RL]
（20）
解离速率常数

（20）式积分，得






或
[ RL]
ln
  k 2t
[ RLe ]
[RL]  [RLe ]ek2t
（21a)
(21b)
当[RL]= ½[RLe]时, t=T1/2（复合物解离一半的
时间）
所以
ln 2
k2 
（22）
T1/ 2
受体-放射配基反应复合物时相曲线
t=0
½[RLe]
T1/2
速率常数测定


T1 / 2

根据(B)曲线求复合物解离一半所需时间即
T1/2 ，由（22）式求出k2
根据(A)曲线不同时间测得[RL]，以
ln{[RL]/[RLe–RL]}为纵坐标，t为横坐标作图，
图中直线斜率由(18)式知其为k表值
由k表=k2+k1[LT]，便可求得k1值
3.2.5 受体的竞争性和非竞争性
结合反应



在一个受体和放射配基的反应系统中加
入另一个化合物，它若能和受体结合,则
会抑制放射配基与受体的结合反应
加入的化合物称为受体反应的抑制剂,抑
制剂可以是激动剂，也可以是拮抗剂
拮抗剂按其作用机制又可分为竞争性拮
抗剂和非竞争性的拮抗剂
3.2.5 受体的竞争性和非竞争性
结合反应




竞争性拮抗剂的抑制作用是它与激动剂竞争受体的
相同或邻近的部位，竞争性拮抗剂与激动剂对受体
结合作用是相互排斥，竞争性拮抗剂与受体结合只
减少激动剂与受体的结合数量
竞争性拮抗剂与受体结合后，不改变受体分子的结
构,受体仍可与激动剂继续结合,而且可完全排除竞
争性拮抗剂，表现出可逆反应的特性
非竞争性拮抗剂与受体结合后, 则改变受体分子的
结构，激动剂不能排除拮抗剂，表现为不可逆反应
特性
对拮抗剂竞争类型的鉴别是十分重要的, 鉴别的方
法通常用双倒数作图法, 或Scatchard 作图法
受体的竞争性和非竞争性
结合反应
Kd 
[ R][I ]
Ki 
[ RI ]
R+L
+
I
Ki
RI
[ R ][L]
[ RL]
RL
+
I
Kd
Ki
[ RL][I ]
Ki ' 
[ RLI ]
RLI
竞争性
非竞争性
Competitive Noncompetitive
inhibition
inhibition
竞争性拮抗的数学表达
[ RT ]  [ R]  [ RL]  [ RI ]
[ R ][L]
Kd 
[ RL]
[ R][I ]
Ki 
[ RI ]
将b,c带入a, 得
重排，得
[ R] 
[ RI ] 
K d [ RL]
[ L]
[ R][I ] K d [ RL][I ]

Ki
K i [ L]
 Kd  [I ]  
1 
  1
[ RT ]  [ RL]
 [ L]  K i  
[ RL] 
[ RT ][L]
 [I ] 
K d 1    [ L]
 Ki 
(a)
(b)
(c)
竞争性拮抗剂双倒数图
Kd  [I ] 
1 

[ RT ]  K i 
1
1 Kd  [I ] 
1
1   

[ RL] [ L] [ RT ]  K i  [ RT ]

图中的I0是抑制剂浓
度为零,I1是拮抗剂浓
度为[I1]
K  [I ] 
1 

[
RT
]
K


直线的斜率为
1

横轴截距为 K 1  [I ] K 
纵轴截距为1/[RT]
竞争性拮抗剂的特点
是随拮抗剂浓度的增
加受体的结合位点数
不变,而亲和性变小
d


i
d
1/[RT]

1
 [I ] 
K d 1  
 Ki 


i
竞争性拮抗剂的Ki值


拮抗剂Ki值称拮抗剂的抑制常数,或称拮抗剂的解离
平衡常数
有竞争性抑制剂存在的平衡常数Kd表 称为表观解离
平衡常数, Kd表与Kd的关系如下:
K d表




所以
 [I ] 

 K d 1 
 Ki 
Ki 
[I ]
K d表
1
Kd
（23）
Ki值是表征拮抗剂与受体结合能力的物理常数,不受
实验条件而变化
非竞争性拮抗的数学表达
[ RT ]  [ R]  [ RL]  [ RI ]  [ RLI ]
[ R ][L]
Kd 
[ RL]
[ R][I ]
Ki 
[ RI ]
[ RL][I ]
Ki ' 
[ RLI ]
 [ L]  K i   K i ' 

 [ RL] d 1    1 
 K  [ I ]   [ I ] 
[ L]
[ L ]K i
Ki '
[ RT ]  d
 [ RL]  d

K [ RL]
K [ RL][I ] [ RL][I ]
重排，得
[ RT ][L]
[ RL] 
 [I ] 
 [I ] 



K d 1    [ L]1 
 Ki 
 Ki ' 
非竞争性拮抗剂双倒数图
K d 1  [ I ] K i 
[ RT ]
1  [I ] Ki '
[ RT ]
K 1  [ I ] K i  1 1  [ I ] / K i '
1
 d

[ RL]
[ RT ]
[ L]
[ RT ]

直线的斜率为

横轴截距为



1  [I ] Ki ' 1
1  [ I ] Ki K d

K d 1  [ I ] K i 
[ RT ]
1  [I ] Ki ' 1
1  [ I ] Ki K d
1  [I ] Ki '
[ RT ]
纵轴截距为
如 果 Ki=Ki’, 则 随 拮
抗剂浓度的增加受体
的亲和性不变,而受体
的结合位点数变小
非竞争性拮抗剂的Ki值

拮抗剂浓度[I1]时,双倒数图曲线的斜率为
a  K d (1 

[I ]
) /[ RT ]
Ki
拮抗剂浓度[I0]时,双倒数图曲线的斜率为
a  Kd /[RT ]



所以
a
[I ]
 1
a
Ki
[I ]
Ki 
a
1
a
（24）
拮抗剂的IC50值



表征拮抗剂抑制作用强弱的另一个常用指标是
IC50值(或称I50), IC50定义为抑制50％受体结
合反应时所用抑制剂的浓度
IC50值大，表明拮抗剂抑制作用小，但它不是
特征常数，随实验所用的RT，放射配基含量不
同而变化,不同抑制剂只能在同批实验条件下
可作比较
IC50值只表明拮抗剂抑制作用大小,它不能指出
抑制剂是属于什么性质的抑制作用
IC50值求解的实验方法
IC50与Ki的关系

对竞争性抑制而言，结合放射配基的表达式为
[ RL] 




[I]=0时， [ RL]  [ RL]0 

[ RT ][L]
K d  [ L]
[I]=[I50]时， [ RL]0  2[ RL]I50
即
[ RT ][L]
[ RT ][L]
K d  [ L]

[ RT ][L]
（25）
[I ]
K d (1  )  [ L]
Ki
整理，得
2
I 50
K d (1  )  [ L]
Ki
Ki 
I 50
[ L]
1
K
（26）
IC50与Ki的关系


由(26)式可知,当Kd、[L]相同条件下，Ki正比
于IC50 。因此，在同一实验条件下，可以比
较不同拮抗剂的IC50 值，来判断受体亲和作
用大小
(26)式中的[L]是反应平衡时游离标记配基的
浓度, 如果RT值远远小于总标记配基浓度
[LT], 结合配基浓度[RL]很少,那么[LT]近似
等于[L], 式中的[L]即可用[LT]代替
IC50与Ki的关系
利用IC50值确定Ki值时必须注意:
 (1) 受体的浓度[RT]远远小于总标记配基浓度[LT],
否则会引起较大误差
 (2) 拮抗剂属于竞争抑制结合, 才能利用(26)式,所
以当不知道拮抗剂抑制性质时是不能利用IC50求Ki
值
 值得注意的是,K 与IC
i
50都可判断受体亲和作用大小,
但是IC50只有在同一实验条件下,比较各拮抗剂的抑
制作用;而抑制剂的Ki 值不随实验条件变化而变化,
只要是同一个抑制剂, 即使在不同实验条件求得的
仍可比较
 IC
50值只表明抑制作用大小，不表示拮抗剂的抑制
性质；而双倒数作图法由曲线与纵横轴相交部位或
不相交, 即可判断拮抗剂的抑制性质
3.2.6 杂质污染放射配基对结合
参数的影响


放射配基结合研究，通常能提供结合反应动
力学参数，如受体密度，受体亲和性，结合
反应的解离速率常数等等
人们习惯的思维是只要看到密度和亲和性的
改变，就马上联想到它是否因为受体生理调
节功能而造成的，很少会从杂质污染放射配
基而带来的影响
3.2.6 杂质污染放射配基对结合
参数的影响

假定: 在单位点受体系统中, 放射配基为L，结合
浓度为[L]；未标记杂质为C，结合浓度为[C]；抑
制剂为I，结合浓度为[I]。它们都属竞争性结合作
用，杂质污染比率为F ，图a,b为理论的饱和曲线
和抑制曲线，曲线中的每一点按下述公式计算：

B%  K L [ L] /(1  K L [ L]  K L [ L]F )
（饱和曲线）

B%  K L [ L] /(1  K L [ L]  K L [ L]F  K[ I ])（抑制曲线）


式中 KL=1/Kd, K=1/Ki
杂质污染放射配基所作的理论
饱和曲线(a)和抑制曲线(b)
拟合动力学参数
污染比率
F
放射配基 (logM)
实测Kd
0.0 (●)
0.25(○)
0.5 (▼)
1.0 (▽)
2.0 (■)
4.0 (□)
-9.00
-9.10
-9.17
-9.28
-9.48
-9.69
抑制剂 (logM)
IC50
1/Ki
-5.70
-5.65
-5.60
-5.52
-5.40
-5.22
-6
-6
-6
-6
-6
-6
杂质污染放射配基对结合参数
的影响
从图a、b和上表资料可知：
 1.表观最大结合值（表观Bmax ）随杂质污染程
度增加而减小
 2.放射配基表观Kd 值随杂质污染程度增加而减
小, 亲和性变强
 3.抑制剂IC50值随杂质污染程度增加而增加, 但
是抑制剂的抑制常数Ki保持不变
 4.杂质污染对结合反应的速率常数的影响关系
比较复杂，纯放射配基的结合反应属于时间一
级指数函数,实测结合速率常数(kobs)随放射配
基浓度增加,呈线性增加关系
实测结合速率常数对放射配基浓度依赖关系
kobs  k2  k1[ LT ]
杂质对放射配基结合的影响取决于每个配基
的相对解离速率




当杂质的解离速率比放射配基快得多时，放射配基
结合反应仍然是一级指数函数关系, 但是实测结合
速率常数不再是线性依赖放射配基浓度
当杂质的解离速率常数接近放射配基时，实测速率
常数值仍然是不依赖于放射配基浓度，但是曲线也
不再是一级指数函数
当杂质的比率小于0.2时，实测结合速率常数(kobs)
对放射配基浓度曲线呈线性或近乎线性，此时含杂
质与不含杂质的表观Kd和最大结合率(Bmax)差别是
难以区别的
这些结果对放射配基结合分析带来影响，但也为实
验结果的分析有更多的选择。如果实验所得的Kd和
Bmax值比期望的要低，特别是实测的结合速率常数
变成不依赖于放射配基浓度时，此时可考虑放射配
基中是否存在未标记的竞争性杂质
3.3 受体与配基相互结合的
二态模型


随受体结构、药理学及分子生物学知识
不断更新和发现，经典的占领理论显得
过于简单化, 不能适应现代药理学的需要
近些年来受体领域中最引人关注的概念
是固有受体活性 (constitutive receptor
activation) 和 反 向 激 动 剂 效 应 (inverse
agonism)的发现，所以需要建立新的理
论模型和实践加以解释和证明
3.3.1 受体活化的二态模型

借 用 Monod-Wyman-Chaneux 酶 的 别 构
理论解释受体和配基结合后引起受体构
象改变导致受体活化的机制
反应式
单态
二态
[R]+[L]
k1
k2
[RL]
受体分子的构象




反应系统中天然受体允许存在两种状态受体,
即非活化态受体(R)和活化态受体(R*)
多数受体处于非活性态组成的静息态
(quiescent or resting state)系统, 少数受体处
于活性态组成的是活性态(active state)系统
控制这两种状态受体数量分布的常数称平衡常
数(亦称别构常数)L。
激动剂A对R的亲和常数(或解离平衡常数)是KA,
激动剂A对R*的亲和常数是KA*
二态模型的数学表达
[ R][ A]
KA 
[ AR]
R
L
R*
[ R*][A]
K 
[ AR*]
*
A
体系中的受体总量由4种形式组成：
[ R]t  [ R]  [ R*] [ AR]  [ AR*]
活性受体的分数（fR*)为：
f R*

[ R*]  [ AR*]

[ R]t
K A*  [ A]
K A*
K A* (1  L)  (1  L
)[ A]
KA
(27)
根据方程（27），以fR*对激动剂A浓度作图
曲线中点相对应的配基浓度代表配基结合的表观亲和常数
K app
K A* (1  L)

1  LK A* / K A
如何估算受体的KA 和KA*值




曲线的最大值fmax ：
[A], fA* = fmax
fmax=1/(1+L KA*/ KA)
曲线的最小值fmin ：
[A]0, fA* = fmin
fmin=1/(1+L)
表观亲和性： Kapp = KA* (1+L)/(1+L KA*/ KA)
因此
Kapp = KA* fmax / fmin
如何估算受体的KA 和KA*值


由实验曲线求得曲线的最大值fmax和最小
值fmin
根据下列公式计算
KA* = Kapp fmin / fmax
L = (1  fmin)/ fmin
KA = KA*L fmax /(1  fmax )
受体二态模型


激动剂的亲和性和效能之间有十分密切的关系，
激动剂效应的强度直接取决于KA*/ KA值
激动剂按其性质可分为





完全激动剂(full agonist)
部分激动剂
休止激动剂(silent agonist)
部分反向激动剂
完全反向激动剂（inverse agonist)
受体二态模型



完全激动剂对活性态受体有优先亲和结合作
用
休止激动剂对非活性态和活性态受体有相同
的亲和性
反向激动剂对非活性态受体有优先亲和结合
作用
3.3.2 受体的固有活性
(constitutive activity)


一些天然受体在无激动剂的情况下, 表现
出相当高的生化反应行为如Na+的移动,
此受体的活性称天然受体的固有活性
受体的固有活性是天然自发产生的
受体的固有活性


Lefkowitz实验室利用点突变方法将1B-AR胞内
第三环Arg288, Lys290, Ala293分别换成
Lys288, His290, Leu293, 突变后的受体与拮抗
剂的亲和性不变，但与去甲肾上素的亲和性及
其引起的肌醇磷脂水解的效价和效能明显增强，
即使在设有激动剂存在的情况下，在表达这些
突变受体的细胞中肌醇磷脂水解的基础也显著
增强。
此后他们又在突变的2-AR发现类似现象，突
变体不仅与激动剂亲和性显著增高，而且在无
激动剂存在时， 2-AR的突变受体所偶联腺苷
酸环化酶基础活性非常高，甚至达到完全激动
剂作用于野生型的水平。
受体的固有活性



这些结果表明，野生型肾上腺素受体胞内第三
环的固有结构与相应的G-蛋白有结合，引起胞
内信号传递，产生生物学效应的功能。
由于C-未端某些关键氨基酸残基与受体某部分
结构相互作用，从而限制了这一功能的表现。
当将这些关键氨基酸残基突变，受体自发变构
使受体构象发生改变，从而解除这种限制作用，
则其固有活性得以表现。此时的受体就是活性
态受体，即使此时无激动剂存在情况下，受体
仍表现出相当高的基础活性。
3.3.3 反向激动剂
(inverse agonist)

在一些受体实验中发现：并不是所有的拮抗剂
与受体结合后都不产生生物学效应，有一部分
拮抗剂在一定条件下，可以产生与激动剂相反
的效应




1986年Ehlert在研究拮抗剂与苯二氮蕈受体结合后，
在无激动剂存在时，产生与激动剂相反的效应
1989年Costa等用拮抗剂ICI174864用于NG108细胞
株能产生明显的抑制阿片受体所产生的GTP酶活性
在2-AR -肾上腺素受体,2-肾上腺素受体,5-HT2C受
体等均有类似现象。
产生与激动剂相反效应的拮抗剂称为反向激动
剂
反向激动剂

反向激动剂与非活性态受体亲和性高，
使活性态和非活性态受体的平衡反应向
非活性态受体方向移动，从而减少活性
态受体数量，起到抑制生物学效应的作
用
3.3.3 不可逆拮抗剂
(Irreversible antagonist)


竞争性拮抗剂：竞争性拮抗剂对活性态
和非活性态受体具有相同的亲和性
不可逆拮抗剂: 不可逆拮抗剂与受体结
合, 产生非竞争性作用, 使受体不可逆的
失活
不可逆拮抗剂对激动剂的取代
反应
a. 正向激动剂
随L值加大, 取代曲线向右移动
曲线形状变小,不可逆拮抗作用
加大
曲线的中点向右移动，Kapp值
变大。
b. 反向激动剂
随L值加大, 取代曲线向左移动
曲线形状变小, 不可逆拮抗作用
减小
曲线的中点向左移动, Kapp值变
小。