E10-Rezeptor-Ligand-Kinetik

Thema

Der Membranrezeptor, derselbe Rezeptortyp, der bereits allgemein für chemische Synapsen beschrieben wurde, wird durch Neurotransmitter, Hormone oder Arzneistoffe gemäß dem Massenwirkungsgesetz aktiviert: Der freie Ligand, der eine dieser drei Substanzen sein kann, bindet reversibel an den freien Membranrezeptor und bildet einen Ligand-Rezeptor-Komplex. Die Geschwindigkeit der Komplexbildung und -dissoziation hängt von zwei spezifischen Konstanten des Membranrezeptors ab: der Assoziationskonstante und der Dissoziationskonstante. Das Verhältnis dieser beiden Konstanten definiert die Affinität des Systems, zusammengefasst durch die Dissoziationskonstante des Membranrezeptors.

Im Gleichgewichtszustand folgt der Anteil der mit dem Liganden besetzten Membranrezeptoren einer einfachen hyperbolischen Beziehung zur Konzentration des freien Liganden: Er steigt bei niedrigen Konzentrationen rasch an und erreicht dann ein Plateau, sobald nahezu alle Membranrezeptoren besetzt sind. Wenn jedoch kooperative Bindung zwischen mehreren Stellen des Membranrezeptors erfolgt, ändert sich der Verlauf von hyperbolisch zu sigmoidal und wird durch einen membranrezeptorspezifischen Hill-Koeffizienten charakterisiert: Je höher dieser Koeffizient, desto abrupter der Übergang zwischen unbesetzten und vollständig besetzten Membranrezeptoren.

Die Erhaltung der Gesamtrezeptormenge verbindet stets die freien und gebundenen Formen des Membranrezeptors: Die Summe der freien und der an den Liganden gebundenen Membranrezeptoren entspricht immer der Gesamtzahl der verfügbaren Membranrezeptoren.

Viele Membranrezeptoren gehen nach längerer Ligandenexposition in einen desensibilisierten Zustand über: Obwohl die Ligandenbesetzung des Membranrezeptors erhalten bleibt, ist die von diesem Membranrezeptor generierte Antwort reduziert, da der desensibilisierte Membranrezeptor seine Besetzung nicht mehr in eine vollständige funktionelle Antwort umsetzt.

Wenn zwei Liganden um dieselbe Bindungsstelle an einem Membranrezeptor konkurrieren, ist die Kinetik beider Liganden über den freien Membranrezeptor, den sie gemeinsam nutzen, gekoppelt: Je mehr Ligand eines Typs den freien Membranrezeptor besetzt, desto weniger freier Membranrezeptor steht für den anderen Liganden zur Verfügung. Die daraus resultierende funktionelle Antwort wird jeweils durch eine Dosis-Wirkungs-Kurve beschrieben, die mit der Ligandendosis ansteigt, bis sie sich einem Maximalwert annähert, diesen aber nie überschreitet. Insgesamt bestimmt dieser Membranrezeptor mit seiner Affinität, seinem Kooperativitätspotenzial, seiner Desensibilisierungsfähigkeit und seinem Verhalten in Gegenwart konkurrierender Liganden die endgültige funktionelle Antwort auf Neurotransmitter, Hormone oder Medikamente.

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