A modulált és rejtett receptor hipotézis közreműködésének kvantifikálása

kvantifikálni tudjuk az affinitásban („moduláltság”) és akcesszibilitásban („rejtetteség”) bekövetkező állapotfüggő változást, definiálnunk kell, hogy mit értünk ezen fogalmak alatt.

Induljunk ki az állapotfüggés legegyszerűbb modelljéből (29. ábra), amely két konformációs állapotot feltételez: nyugalmi (R - „resting”, aktiválható) és inaktivált (I) állapotot. Mindkét állapothoz képes kötődni a gyógyszermolekula (BR, BI). (Ezt az egyszerű, nyitott állapotot nem tartalmazó modellt használták az MRH mechanizmust elsőként leíró cikkekben. A GRH mechanizmusának leírására használt eredeti, három állapotú modell ennek speciális eseteként tekinthető, ahogyan azt a későbbiekben látni fogjuk.)

29. ábra: A MRH és GRH által leírt mechanizmus illusztrálása két konfomációs állapotot feltételező modell segítségével. Az ábrán nagy nyomtatott betűk jelölik az iocsatorna különböző kinetikai állapotait:

„R” – nyugalmi állapot, „I” – inaktivált állapot, „BR” - gátlószermolekulát kötött nyugalmi állapot, „BI” - gátlószermolekulát kötött inaktivált állapot. ka illetve kd jelölik az asszociáció, illetve disszociáció sebességi állandóit, α és β pedig a szabad receptorok esetében az inaktiváció, illetve az abból való visszatérés sebességi állandóit. A és D szorzótényezők az asszociáció illetve disszociáció sebességében az inaktiváció hatására bekövetkező változást, X és Y pedig a gátlószermolekula bekötődésének következtében a kapuzás sebességében fellépő változást jelzi. cc – a gátlószer koncentrációja.

105

Az inaktivált, illetve a gyógyszermolekulát kötött konformációk (I, BR, BI) nem aktiváhatóak. Az asszociáció illetve disszociáció sebességi állandóit ka illetve kd, a gátlószer koncentrációját cc jelöli. A szabad receptorok esetében az inaktiváció, illetve az abból való visszatérés sebességi állandóit α és β jelölik, ezek feszültségfüggő értékek. Az inaktiváció által az asszociáció, illetve disszociáció sebességében bekövetkező változás mértékét az A és D szorzótényezők mutatják, a gyógyszermolekula bekötődésének következtében a kapuzás sebességében fellépő változást pedig X és Y jellemzi.

Könnyen látható, hogy a detailed balance feltételeinek kielégítése érdekében a következő összefüggésnek kell teljesülnie:

A GRH értelmében a kapuzás sebességi állandóit nem befolyásolja a gyógyszermolekula bekötődése. A modellünkben ebből az következik, hogy „tiszta” GRH mechanizmus esetén és így (39) szerint .

A MRH implementációja már nem ennyire nyilvánvaló. Az elmélet szerint a gyógyszermolekula affinitása az inaktiváció következtében megváltozik. Ezt azonban elérhetjük az asszociáció, a disszociáció vagy mindkettő sebességének egyidejű megváltoztatásával is. A „tiszta” MRH mechanizmus alatt a továbbiakban a gondolatmenet szemléltetése érdekében azt a folyamatot értjük, melynek során csak a disszociáció sebessége változik meg. Ebben az esetben az asszociáció során leküzdendő energiagát nagysága (vagyis az akcesszibilitás) nem változik ( ). (Az elmélet eredeti leírásában nem zárták ki az energiagát csökkenésének lehetőségét.)

Ahogyan a Bevezetés fejezetben láttuk, azon energiagát nagysága, melyet a csatornának a konformációs átmenetek során le kell küzdenie, arányos a sebességi állandók reciprokának logaritmusával ( (

) ). Két állapot közötti szabadenergia-különbség az „⟶”, illetve „⟵” irányú folyamatok sebességi állandói hányadosának logaritmusából számolható (30. ábra).

106

30. ábra: A szabad és a gyógyszermolekulát kötött állapotok, valamint az átmeneti állapot szabadenergia szintjének sematikus ábrázolása. Az energiagát magassága az asszociáció sebességi állandójának (ka) és a koncentrációnak (cc) a függvénye. A két állapot szabadenergiaszintje közötti különbség az említett két tényező mellett a disszociáció sebességi állandójától (kd) is függ. Az ábra egy olyan kötődési folyamatot illusztrál, ahol az egyes csatornák esetében az asszociáció sebessége nagyobb a disszociáció sebességénél. Az egyensúlyi állapot akkor áll be, ha több gyógyszermolekulát kötött csatorna van, mint szabad csatorna és így a csatornapopuláció szintjén az asszociációs és disszociációs lépések száma egyenlő.

A „tiszta” MRH és GRH mechanizmus szemléltetése érdekében tegyük fel, hogy nyugalmi állapotban az asszociáció és disszociáció sebességi állandói egyenlőek és így a szabad illetve gyógyszermolekulát kötött nyugalmi állapotok azonos szabadenergiaszintet képviselnek. Tegyük fel továbbá, hogy a tartófeszültség („holding potential”) a szabad csatornák V1/2 értéknél van, mert így az inaktiváció és az inktivált állapotból való visszatérés ( ) sebessége egyenlő és a nyugalmi, illetve inaktivált szabad csatornák azonos szabadaenergiaszintet képviselnek. A 31. ábrán a nyugalmi állapotot jellemző energiadiagrammot ( átalakulást) fekete szín, az inaktivált állapotot jellemzőt ( átalakulást) piros szín jelöli. A „tiszta” akcesszibilitásbeli változás az energiagát nagyságának megváltozását jelenti, miközben a szabadenergiaszintek nem változnak. A

„tiszta” affinitásbeli változás a szabadenergiaszintek közötti különbség megváltozásával reprezentálható, miközben az asszociáció energiagátjának nagysága nem változik. A 31.D ábra a megnövekedett illetve lecsökkent asszociációs illetve disszociációs sebességek lehetséges variációit mutatja ( – sík). Az feltételt teljesítő (középső függőleges vonaltól jobbra eső) variációk kielégítik a GRH minimális feltételét (energiagát nagysága csökken), a „tiszta” GRH a jobb felső átlón helyezkedik el ( ). Minden párosítás, amelyre teljesül, hogy (az átló alá eső) kielégíti a MRH minimális feltételét (a „tiszta” MRH az vonalon található.

107

31. ábra: Szabadenergia-diagrammok a „tiszta” GRH és MRH mechanizmus esetében. GRH esetében az energiagát nagysága változik, miközben a szabadenergiaszintek változatlanok. MRH esetében az energiagát nagysága változatlan, miközben a szabadenergiaszintek közötti különbség változik. A. Nyugalmi állapotban az asszociáció és disszociácó sebessége egyenlő. B. „tiszta” GRH: Inaktivált állapotban a kötőhely jobban hozzáférhető (piros). C. „tiszta” MRH: A gátlószer affinitása nagyobb az inaktivált állapothoz (piros), és stabilizálja azt. D. A megnövekedett illetve lecsökkent asszociációs illetve disszociációs sebességek lehetséges variációi ( – térkép). A rombuszok az A – D térkép pontjait jelölik.

A szürke terület a nátriumcsatorna gátló szerek lehetséges mechanizmusait, a kék színű rombuszok a prototipikus mechanizmusoknak megfelelő pontokat jelölik (lásd 6.2.3. fejezet).

#2 – MRH=GRH

#3 – asszoc↑= disszoc↓

#1-

#4-

108