Afinidad de unión

La afinidad de unión es la fuerza de la interacción de la unión entre una sola biomolécula (por ejemplo, proteínas o ADN) con su compañero ligante/de unión (por ejemplo, fármaco o inhibidor). Generalmente, la afinidad de unión se mide y se informa como el equilibrio constante de disociación (K_D) que se utiliza para calcular y evaluar el orden de la solidez de las interacciones biomoleculares. Mientras más pequeño sea el valor K_D, mayor será la afinidad de unión del ligante para su diana. Cuanto mayor sea el valor K_D, más débil será la atracción y la unión entre la molécula diana y el ligante. 

La afinidad de unión es influenciada por interacciones intermoleculares no covalentes, tales como uniones de hidrógeno, interacciones electroestáticas, fuerzas hidrofóbicas y de Van der Waals entre las dos moléculas. Además, la afinidad de unión entre un ligante y su molécula diana puede verse afectada por la presencia de otras moléculas.

Siempre que se caractericen proteínas, ácidos nucleicos y cualquier biomolécula, comprender la afinidad de unión a sustratos, inhibidores y cofactores es clave para la apreciación de las interacciones intermoleculares relevantes para estudiar, por ejemplo, reacciones enzimáticas, complejos de proteínas o uniones a receptores. Para el descubrimiento de fármacos, la afinidad de unión ayuda a diseñar fármacos que unen sus dianas de forma selectiva y específica.

Hay muchos métodos para medir la unión. Métodos cualitativos (es decir, unión: sí/no) como el ensayo de inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA, del inglés Enzyme-Linked Immunosorbent Assay), los ensayos de cambio en la corrida electroforética; y métodos cuantitativos (es decir, afinidad de unión) como los ensayos espectroscópicos, los biosensores ópticos (como la interferometría acoplada a rejilla [GCI, del inglés Grating Coupled Interferometry]) y la calorimetría de titulación isotérmica (ITC, del inglés Isothermal Titration Calorimetry).

Hay muchas formas de medir la afinidad de unión, incluidos métodos que requieren que los interactuantes estén etiquetados y enfoques sin etiquetas. El principal método cualitativo etiquetado (es decir, unión: sí/no) es el ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA). Los métodos cuantitativos clave sin etiquetas incluyen ensayos espectroscópicos, calorimetría de titulación isotérmica (ITC) o biosensores ópticos como la resonancia de plasmón superficial (SPR), la interferometría de biocapa (BLI) y la interferometría acoplada a rejilla (GCI).

Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA)

ELISA es una técnica de ensayo basada en placas que utiliza un ligando inmovilizado para capturar un analito objetivo de la solución y utiliza reactivos de detección especializados (las etiquetas) para analizar la reacción entre las dos moléculas.

Resonancia de plasmón superficial (SPR)

SPR es una técnica de detección óptica sin etiquetas que detecta interacciones moleculares a medida que cambia el índice de refracción dentro de un campo evanescente localizado del plasmón de superficie. Los canales de microfluidos permiten mediciones más precisas.

Interferometría de biocapa (BLI)

BLI utiliza un biosensor óptico para medir cambios en el patrón de interferencia de la luz reflejada desde la punta del biosensor. La punta del biosensor normalmente se recubre con una molécula de captura y se sumerge en una solución de muestra que contiene el analito de interés. BLI no tiene etiquetas.

Interferometría acoplada a rejilla (GCI)

GCI es una técnica de detección óptica sin etiquetas que implica acoplar una muestra y un haz de referencia en una guía de ondas de fibra óptica. La afinidad y la cinética de unión se analizan midiendo las señales de cambio de fase dependientes del tiempo que resultan de la interacción.

Calorimetría de titulación isotérmica(ITC)

ITC mide el cambio de calor asociado con la interacción de unión y determina su estequiometría y termodinámica de unión.

Independientemente de cómo mida la afinidad de enlace, la medición dará como resultado múltiples puntos de informe, a partir de los cuales se puede crear una curva de afinidad de enlace. Esta curva depende tanto de la concentración de la muestra como de la interacción entre la muestra y el objetivo.

Esto hace que sea importante conocer la concentración de su muestra y considerar el período de incubación correcto, además de los controles experimentales adecuados y regulares. Es particularmente importante alcanzar el equilibrio (donde la cantidad de moléculas que se unen al objetivo es la misma que la cantidad que se disocia del objetivo) durante el ensayo. Sin alcanzar el equilibrio no se puede determinar de manera confiable la afinidad, ya que el modelo vinculante no se puede ajustar de manera confiable.

Obtenga más información en nuestra Guía de Cinética.

Malvern Panalytical ofrece tanto Interferometría acoplada a rejilla (GCI) como Calorimetría de titulación isotérmica (ITC). Ninguna de las técnicas tiene marcadores, lo que permite el uso de moléculas nativas. La afinidad altamente cuantitativa (valores K_D ) puede derivarse de ambas para una amplia gama de interacciones.

La GCI es un método óptico que mide el cambio en el índice de refracción en un campo evanescente causado por el evento de unión y se utiliza para estudiar la afinidad y la cinética de una interacción. La GCI mide los valores K_D en un rango de milimolar a picomolar y, además, determina la cinética de una interacción, más específicamente, las tasas de encendido (k_a) y apagado (k_d).

La ITC mide el cambio de calor asociado con el evento de unión. La ITC mide los valores de K_D en un rango de milimolar a nanomolar y, además, determina la estiquiometría de unión y la termodinámica de unión de las interacción. Tanto la cinética como la termodinámica son importantes en la caracterización de las interacciones intermoleculares. 

La afinidad de ambos dispositivos es ortogonal y como conjunto pueden proporcionar confianza cuando se requiere una K_D altamente cuantitativa, por ejemplo, en aplicaciones de optimización de plomo y otras. 

La GCI se beneficia de una mayor sensibilidad, un mayor rendimiento y un menor consumo de muestras, y funciona bien con muestras de crudo. Si estos factores y la información cinética son los más importantes para su aplicación, entonces este es claramente el instrumento preferido. 

Si los datos termodinámicos (entalpía y entropía) y la estequiometría son los más importantes, entonces la ITC es la mejor solución. La ITC también se beneficia de un desarrollo de ensayo mínimo y, por lo tanto, puede ser más rápida para obtener un resultado si solo se anticipa un pequeño número de mediciones de un par de interacciones determinado. Además, la técnica es no destructiva y se puede recuperar la muestra después del experimento. 

El WAVEsystem (GCI) y el MicroCal PEAQ-ITC están diseñados pensando en el usuario y tienen la reputación de ser fáciles de usar en sus respectivas clases de instrumentos.