Afiinsus (biokeemia)

Afiinsus (biokeemias), ka seostumise afiinsus või seondumise afiinsus on molekuli või iooni iseloomustav võime luua mittekovalentseid vastastikmõjusid teise, enamasti looduses leiduva molekuliga (näiteks valgu või nukleiinhappega) või selle analoogiga (näiteks valguga, mida kodeerib sünteetiline nukleotiidijärjestus). Enamasti räägitakse väiksema molekulmassiga aine afiinsusest suurema molekulmassiga objekti suhtes: näiteks inhibiitori afiinsus ensüümi suhtes, ligandi afiinsus retseptori suhtes, ravimi afiinsus bioloogilise sihtmärgi suhtes. Samas ei ole see range nõue: näiteks saab rääkida ka antikeha (molekulmassi ligi 150 kDa) afiinsusest oluliselt väiksema antigeeni suhtes või siis kahe ligikaudu samamõõtmelise valgu afiinsusest teineteise suhtes. Afiinsuse mõistet on korrektne kasutada vaid juhul, kui kompleksi tekke protsess on pöörduv – ehk kahe molekuli vahel ei teki kovalentset sidet. Mida rohkem vastastikmõjusid (nt vesiniksidemeid, van der Waalsi-tüüpi interaktsioone, laeng-laeng vastastikmõjusid) kahe molekuli vahel tekib ja mida tugevamad need on (ehk mida rohkem energiat tuleks kulutada tekkinud vastastikmõju katkestamiseks), seda kõrgem või suurem on afiinsus. Seega on afiinsus pöördvõrdelises sõltuvuses molekulide vahel tekkinud kompleksi dissotsiatsioonikonstandiga (KD): mida väiksemal määral kompleks laguneb ehk mida väiksem on selle KD väärtus, seda suurem on kompleksi afiinsus. Üks suuremaid teadaolevaid afiinsusi esineb biotiinil (vitamiin B7) valgu avidiini suhtes (KD suurusjärgus 10-15 M, ehk tasakaalulises süsteemis on 1015 kompleksimolekulist lagunenud vaid üks). Kuna paljud füsioloogiliselt olulised molekulid võivad muuta oma ruumilist struktuuri ja summaarset ning lokaalset laengut, olenevalt ümbritsevast keskkonnast, siis võib aine sidumise afiinsus sihtmärgile oleneda ka keskkonna pH-st, soolasisaldusest, temperatuurist jms parameetritest. Sama aine (näiteks ligandi) afiinsus struktuurselt üsna lähedaste sidumispartnerite (näiteks retseptorite) suhtes võib erineda mitme suurusjärgu võrra. Sellisel juhul räägitakse aine selektiivsusest ehk võimest eristada üht tüüpi sidumispartnerit keskkonnas, kus leidub rohkesti alternatiivseid sidumispartnereid. Kõrge afiinsus ja samas kõrge selektiivsus bioloogilise sihtmärgi suhtes kuuluvad enamasti ideaalsete omaduste nimekirja, mida püütakse saavutada ravimikandidaatide puhul ravimiarenduses. Afiinsuse (ingl k affinity) kõrval kasutatakse ka mõistet aviidsus (ingl k avidity), kui peetakse silmas sellise kompleksi teket, kus ühe aine mitu erinevat piirkonda võib seostuda huvipakkuvale sihtmärgile. Aviidsus võtab arvesse kõigi sellises süsteemis moodustuvate vastastikmõjude tugevust, seepärast nimetatakse aviidsust ka funktsionaalseks afiinsuseks. Näiteks IgG-tüüpi antikehade molekulides on kaks piirkonda, kuhu saab seostuda antigeen, samas IgM-tüüpi antikehade molekulis on selliseid piirkondi kümme. Seepärast, kuigi IgM võib omada madalat afiinsust antigeeni suhtes, on selle aviidsus ikkagi kõrge. Samas ei iseloomusta aine afiinsus sihtmärgi suhtes aine poolt käivitatavaid bioloogilisi efekte. Näiteks võivad kõrget afiinsust ensüümi suhtes omada nii inhibiitorid kui aktivaatorid, samuti võivad kõrget afiinsust retseptori suhtes omada nii agonistid kui antagonistid. Inhibiitorite puhul ei iseloomusta afiinsus inhibeerimismehhanismi: kõrget afiinsust ensüümi suhtes võivad omada nii substraatide suhtes konkureerivad, aga ka hoopis allostreerilised (ehk substraadisaiti mitteseonduvad) inhibiitorid. Carlson, Heather A.; Smith, Richard D.; Khazanov, Nickolay A.; Kirchhoff, Paul D.; Dunbar, James B.; Benson, Mark L. (23. oktoober 2008). "Differences between High- and Low-Affinity Complexes of Enzymes and Nonenzymes". Journal of Medicinal Chemistry (inglise). 51 (20): 6432–6441. DOI:10.1021/jm8006504. ISSN 0022-2623. PMC 2692211. PMID 18826206.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Kastritis, Panagiotis L.; Bonvin, Alexandre M. J. J. (6. veebruar 2013). "On the binding affinity of macromolecular interactions: daring to ask why proteins interact". Journal of The Royal Society Interface. 10 (79): 20120835. DOI:10.1098/rsif.2012.0835. PMC 3565702. PMID 23235262.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Meenan, Nicola A. G.; Sharma, Amit; Fleishman, Sarel J.; Macdonald, Colin J.; Morel, Bertrand; Boetzel, Ruth; Moore, Geoffrey R.; Baker, David; Kleanthous, Colin (1. juuni 2010). "The structural and energetic basis for high selectivity in a high-affinity protein-protein interaction". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (22): 10080–10085. DOI:10.1073/pnas.0910756107. ISSN 1091-6490. PMC 2890441. PMID 20479265. Jain, Akshay; Cheng, Kun (10. jaanuar 2017). "The principles and applications of avidin-based nanoparticles in drug delivery and diagnosis". Journal of Controlled Release (inglise). 245: 27–40. DOI:10.1016/j.jconrel.2016.11.016. ISSN 0168-3659. Nordenman, Birgitta; Björk, Ingemar (5. veebruar 1981). "Influence of ionic strength and pH on the interaction between high-affinity heparin and antithrombin". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects (inglise). 672 (3): 227–238. DOI:10.1016/0304-4165(81)90289-0. ISSN 0304-4165. Papaneophytou, Christos P.; Grigoroudis, Asterios I.; McInnes, Campbell; Kontopidis, George (14. august 2014). "Quantification of the Effects of Ionic Strength, Viscosity, and Hydrophobicity on Protein–Ligand Binding Affinity". ACS Medicinal Chemistry Letters (inglise). 5 (8): 931–936. DOI:10.1021/ml500204e. ISSN 1948-5875. Huggins, David J.; Sherman, Woody; Tidor, Bruce (23. veebruar 2012). "Rational Approaches to Improving Selectivity in Drug Design". Journal of Medicinal Chemistry (inglise). 55 (4): 1424–1444. DOI:10.1021/jm2010332. ISSN 0022-2623. PMC 3285144. PMID 22239221.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Rudnick, Stephen I.; Adams, Gregory P. (1. aprill 2009). "Affinity and Avidity in Antibody-Based Tumor Targeting". Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals. 24 (2): 155–161. DOI:10.1089/cbr.2009.0627. ISSN 1084-9785. PMC 2902227. PMID 19409036.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Doherty, Peter (4. september 2020). "Affinity, avidity, IgM, IgG, serological surveys and 'antibody passports'". University of Melbourne (inglise). Vaadatud 1. veebruaril 2023. Boundy, V. A.; Pacheco, M. A.; Guan, W.; Molinoff, P. B. (1995). "Agonists and antagonists differentially regulate the high affinity state of the D2L receptor in human embryonic kidney 293 cells". Molecular Pharmacology. 48 (5): 956–964. ISSN 0026-895X. PMID 7476927. Strelow, John; Dewe, Walthere; Iversen, Phillip W.; Brooks, Harold B.; Radding, Jeffrey A.; McGee, James; Weidner, Jeffrey (2004), Markossian, Sarine; Grossman, Abigail; Brimacombe, Kyle; Arkin, Michelle (toim-d), "Mechanism of Action Assays for Enzymes", Assay Guidance Manual, Bethesda (MD): Eli Lilly & Company and the National Center for Advancing Translational Sciences, PMID 22553872, vaadatud 1. veebruaril 2023