zum Directory-modus

Einführung in die Kinetik IV (Biologische Systeme)

Homogene Phasen

Homogene Phasen zeichnen sich dadurch aus, dass alle wechselwirkenden Komponenten in einer meist flüssigen Phase verbleiben. Ein Beispiel für Reaktionen in einer homogenen Phase und die dabei ablaufenden affinen Wechselwirkungen zwischen einem Ligand und seinem Rezeptor, ist die Bindung von Antigen und Antikörper, die man sich auch in der biomedizinischen Analytik zu Nutzen macht.

Abb.1
Interleukin-17A-Antikörper-Komplex (Dimer)

gelb/magenta (grau): Interleukin-17A; blau und rot (silber): Antigen-bindende Anteile der Antikörper

Die Antigen-Antikörperreaktion gründet sich auf einer Reihe unterschiedlicher Wechselwirkungen, welche in ihrer Gesamtheit die Spezifität der beiden Komponenten füreinander ausmachen. Der Begriff Affinität (Einzelbindungsstärke) bezieht sich bei diesem Beispiel auf die Bindung einer einzelnen Antikörper-Bindungsstelle an eine Antigen-Determinante (oder Epitop, d.h. der Bereich einer Antigen-Oberfläche, an die ein Antikörper über seine Antigen-Bindungsregion, sein Paratop, bindet). Bei Wechselwirkungen zwischen multivalenten Antikörpern und multideterminanten Antigenen verwendet man den Begriff der Avidität (Gesamtbindungsstärke). Bei einer affinen Antigen-Antikörper-Wechselwirkung werden etwa 20-90 kJ/mol Energie freigesetzt.

Bindungsstärke

Von den vier klassischen Bindungstypen sind bei der affinen Wechselwirkung nur die nicht-kovalenten Bindungstypen wichtig (kovalente Bindung):

Berücksichtigt werden müssen ferner:

Die Verdrängung von Wasser aus der Bindungstasche wirkt sich steigernd auf die elektrostatischen Wechselwirkungen (Senkung der Dielektrizitätskonstanten, Dielektrikum) und der H-Brückenbindungen aus. Ein größerer Energiegewinn, bis zu 50 % der Bindungsenergie, ist auf die hydrophobe Wechselwirkung zurückzuführen. Die Gibbs-Energie (freie Enthalpie) dieser Wechselwirkung kann sowohl überwiegend aus entropischem (Entropie), wie auch überwiegend aus enthalpischem (Enthalpie) Energiegewinn bestehen. Der Haupteffekt wird dabei der Neuverteilung des verdrängten Wassers zugeschrieben. Repulsive Kräfte sind bei sehr kleinen Abständen besonders ausgeprägt und unterstreichen damit die Bedeutung einer genauen Passform der Epitop-Paratop-Bindung.

Weitere Einflüsse auf die Bindungsstärke nehmen z.B. die Ionenstärke (elektrostatische Wechselwirkungen), der pH-Wert (elektrostatische Wechselwirkungen und reversible Denaturierung) und die Temperatur. Die hydrophobe Wechselwirkung kann auch durch Zugabe hydrophober organischer Lösungsmittel geschwächt werden. Organische Säuren mit geringer Oberflächenspannung (z.B. Propionsäure oder Essigsäure) verringern die van-der-Waals-Wechselwirkungen. Chaotrope Reagenzien, wie z.B. Harnstoff, Guanidin, Halogenide und Pseudohalogenide können zur Dissoziation der Bindung zwischen Antigen und Antikörper führen. In hohen Konzentrationen führen sie auch zu einer oft irreversiblen Denaturierung der Antikörper.

Bedeutung

Zur quantitativen Analytik werden häufig Verfahren mit markierten Komponenten eingesetzt. Hier trägt mindestens eine der definiert zugegebenen Komponenten des affinen Gleichgewichts einen Marker, der im Anschluss eine quantitative Bestimmung ermöglicht. Die Sensitivität dieser Analyseverfahren ist hoch.

Seite 7 von 11