生物大分子的化学

结合亲和力与平衡(binding affinity)

当两个分子能黏在一起时,一个合理的问题是:黏得有多紧?又有多大比例真的保持黏着?在温热、不停推搡的细胞里,搭档们一直在彼此碰上又分开。结合亲和力衡量的,是两个分子有多强烈地“偏好”结合在一起,而平衡描述的,是它们最终安顿下来的那种稳定的平衡状态。

结合是可逆的:搭档 A 和搭档 B 凑到一起形成复合物 AB,而这个复合物也时时刻刻在重新分开。在平衡时,这两个速率相互抵消,于是游离 A、游离 B、和结合态 AB 的量保持稳定——并不是因为什么都没在发生,而是因为结合与解离相互抵消。亲和力由一个数字来刻画,即解离常数(记作 Kd):它是有一半分子处于结合态、一半游离时搭档的浓度。Kd 小意味着结合紧(只需一点点搭档就能结合掉一半),Kd 大意味着结合弱。由于底层的接触都是非共价的,亲和力能跨越极大的范围,并能被形状或化学的微小变化精细地调节。

亲和力与平衡,把“它们能结合”变成了“结合多少、何时结合、结合多久”——而这才是真正掌控生物学的东西。一个信号分子必须把它的受体结合得够紧才能起作用,又得够松,好在信号结束时放手;一种药物被设计成高亲和力,好让低剂量也能奏效;一个转录因子抓住 DNA 的力度,决定了一个基因被开启的强弱。关键在于,结合是由平衡和浓度掌控的,而不是非有即无:提高一个搭档的浓度,你就把更多的复合物推着形成——这正是细胞(以及药物)调高、调低各种反应的方式。

一种 Kd 极小(比如每升十亿分之一摩尔)的药物,把它的靶蛋白结合得如此之紧,以至于很小的剂量就能占据大部分靶点;而一种结合很弱、Kd 很大的化合物,要做同样的事就得用巨大的、往往有毒的剂量。

Kd 是结合掉一半时搭档的浓度——Kd 越小,结合越紧。

高亲和力并不意味着复合物永不分开;即便结合得很紧的搭档,也一直在不停地结合又解离。平衡是动态的——它是两个持续进行的速率之间的稳定平衡,而不是冻结、永久的黏着。

又称
binding strengthdissociation constant解离常数解離常數