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一說(shuō)起分子間的相互作用，大家的*反應(yīng)往往是親和力。沒(méi)錯(cuò)，親和力確實(shí)是判定分子間相互作用的重要參數(shù)。它可以幫助我們了解生物學(xué)過(guò)程和分子識(shí)別過(guò)程，驅(qū)動(dòng)藥物先導(dǎo)物的發(fā)現(xiàn)，并幫助我們選擇*的生物藥物，優(yōu)化藥物的安全性和藥效，以及藥物劑型和制造工藝。生物通
然而，親和力并不是一切……
同樣的親和力，不一樣的動(dòng)力學(xué)（結(jié)合\解離速率）生物通
從下圖可以看出，同樣的親和力，卻可以有兩種不同結(jié)合、解離速率的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。這些與速率有關(guān)的信息，在藥品開(kāi)發(fā)中非常有用。例如，人們需要安眠藥物能夠及早發(fā)揮效果。如果有多個(gè)候選對(duì)象藥物，就需要通過(guò)Biacore來(lái)選擇能從受體中快速解離的藥物。反之，為了讓抗癌藥物能夠在體內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間保持藥效，就要選擇解離速度慢而能夠長(zhǎng)時(shí)間與受體結(jié)合的候選藥物。
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同樣的親和力，不一樣的熱力學(xué)
在此，我們有必要先復(fù)習(xí)一些物理化學(xué)的知識(shí)。吉布斯自由能是熱力學(xué)中的一個(gè)重要參數(shù)。相互作用中的吉布斯自由能△G，是自發(fā)性或有利性的測(cè)量。如果△G是負(fù)的，則反應(yīng)是自發(fā)的。如果△G是正的，反應(yīng)不會(huì)發(fā)生。關(guān)于△G，還有一個(gè)熟悉的方程式：△G = △H — T△S生物通
以下三個(gè)不同的化合物結(jié)合在同樣的靶標(biāo)上，它們均具有同樣的親和力或ΔG（見(jiàn)藍(lán)色條柱）。如果單以此來(lái)評(píng)級(jí)篩選藥物，它們是*相同的。但是如果你研究它們各自的結(jié)合機(jī)理（見(jiàn)紅色和綠色條柱），它們又是*不同的。
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A. 結(jié)合親和力來(lái)自于專有的氫鍵或范德華力的相互作用，表示為焓變ΔH；同時(shí)也存在由于構(gòu)象變化帶來(lái)的熵變ΔS。藥物的這種結(jié)合模式，表明藥物具有很好的結(jié)合特異性和選擇性，是使藥物成為*選擇的好的開(kāi)端，但是同時(shí)由于極性較高（熵變?yōu)樨?fù)），也有容易引起膜透性的問(wèn)題。
B. 結(jié)合親和力來(lái)自于非特異性的疏水效應(yīng)，表現(xiàn)為顯著有利的熵變ΔS，同時(shí)由于表面無(wú)氫鍵形成所帶來(lái)的去水合過(guò)程需要消耗的不利焓變ΔH。藥物的這種結(jié)合模式，說(shuō)明藥物結(jié)合不具有特異性，而且溶解度較差，容易產(chǎn)生副作用和抗藥性。生物通
C. 結(jié)合親和力來(lái)自于有利的氫鍵效應(yīng)和疏水效應(yīng)。藥物的這種結(jié)合模式是較為理想的：既具有結(jié)合作用的特異性，又可以保持一定的膜透性。
因此，在目前的藥物設(shè)計(jì)中，來(lái)自于熱力學(xué)方面的信息，愈來(lái)愈成為一種*的證據(jù)。生物通
測(cè)量熱穩(wěn)定性同樣重要
蛋白質(zhì)等生物大分子及其相關(guān)復(fù)合體系的穩(wěn)定性研究是進(jìn)行相互作用分析的重要基礎(chǔ)之一。分子間相互作用在蛋白質(zhì)分子內(nèi)實(shí)際上就是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可折疊性。對(duì)于生物功能的信息流動(dòng)而言，蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可折疊性是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。具有適當(dāng)初級(jí)序列的多肽鏈折疊成具有生物活性的天然結(jié)構(gòu)，使得從遺傳信息到生物功能的信息表達(dá)過(guò)程得以完成。在正確的物理化學(xué)條件下，蛋白質(zhì)的折疊是自發(fā)的；在不正確的物理化學(xué)條件下，蛋白質(zhì)通常沒(méi)有緊致而特定的結(jié)構(gòu)，也就沒(méi)有其生物學(xué)功能。生物通
在這個(gè)意義上，我們說(shuō)，基因一旦被表達(dá)，即被翻譯成一定的多肽序列，熱力學(xué)就代替生物學(xué)機(jī)制起主導(dǎo)作用，將原本是柔性、不規(guī)則的多肽鏈折疊為生物學(xué)功能所需的、更緊致、特定的結(jié)構(gòu)。
下圖反映了我們剛才所說(shuō)的三個(gè)方面，即動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和熱穩(wěn)定性。若想分析分子間相互作用，我們須全面地了解：分子間是否存在結(jié)合（相互作用），結(jié)合的快慢、結(jié)合的強(qiáng)弱，結(jié)合的機(jī)理、以及驅(qū)動(dòng)力……生物通
所有這些關(guān)于分子間相互作用的研究常常采用生物物理的方法來(lái)進(jìn)行，目前應(yīng)用的一些技術(shù)都需要提前對(duì)作用的分子進(jìn)行標(biāo)記處理，但標(biāo)記的處理常常會(huì)導(dǎo)致分子不是處于真正的原位環(huán)境，而且標(biāo)記的處理會(huì)帶來(lái)其他無(wú)法預(yù)測(cè)的額外因素，為分子間相互作用的研究增加了難度。
來(lái)自GE醫(yī)療集團(tuán)生命科學(xué)部的表面等離子共振技術(shù)（Biacore）和微量熱技術(shù)（Microcal）卻很好地克服這些缺陷，它們的特點(diǎn)是：非標(biāo)記、原位、微小、靈敏、快速，動(dòng)態(tài)的、全過(guò)程地實(shí)時(shí)、定量表征結(jié)合的過(guò)程；而且這二者技術(shù)得到信息的相互補(bǔ)充、相互印證可以為我們正確全面判定分子間相互作用的全面機(jī)制，提供充分的信心：不僅可定量研究結(jié)合的快慢（ka\kd），結(jié)合的強(qiáng)弱（Ka\G）；而且可定量研究結(jié)合的位點(diǎn)（n），結(jié)合的驅(qū)動(dòng)力及機(jī)理（△G\△H\△S），并且可評(píng)判結(jié)合的穩(wěn)定性。所有這些都十分有助于我們的生命科學(xué)研究工作者對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。生物通

我想了解分子間相互作用的更多信息生物通
三大技術(shù)平臺(tái)
若想了解熱穩(wěn)定性和分子結(jié)構(gòu)的熱容，差示掃描量熱儀DSC。該技術(shù)通過(guò)升高或降低溫度來(lái)誘導(dǎo)高分子的改變，從而測(cè)量相互作用的熱力學(xué)。過(guò)去該技術(shù)的使用于少數(shù)專業(yè)科研小組，但現(xiàn)在的儀器使用簡(jiǎn)單，只需要適量的物質(zhì)即可準(zhǔn)確地測(cè)量，DSC也就成為大部分生物物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)儀器。生物通
使用DSC，你能快速鑒定出zui穩(wěn)定的蛋白質(zhì)和生物藥物候選物；比較天然、修飾和突變異構(gòu)體生物分子；在幾天的時(shí)間內(nèi)優(yōu)化表達(dá)、純化以及制造的工藝；并對(duì)各種液體劑型進(jìn)行簡(jiǎn)單、快速的優(yōu)化和確定。目前，已有成千上百的發(fā)表刊物中記錄了蛋白質(zhì)，核酸和脂質(zhì)分子穩(wěn)定性的DSC表征的結(jié)果。
表面等離子共振技術(shù)SPR是一項(xiàng)用于測(cè)定相互作用動(dòng)力學(xué)和親和力的技術(shù)。分子配體（蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)體、蛋白質(zhì)膜、碳水化合物、小分子）被固定在傳感芯片的金膜表面。芯片表面與微通道系統(tǒng)相連接，通過(guò)此通道，控制流速的緩沖液和樣品流經(jīng)配體分子固化的表面。固化的分子與在溶液中的樣品（被分析物）能夠在傳感器表面檢測(cè)到質(zhì)量的變化，這種質(zhì)量變化是通過(guò)表面電漿共振的現(xiàn)象SPR被檢測(cè)到的。樣品（被分析物）與配體的結(jié)合的相互作用直至達(dá)到平衡的隨時(shí)間的變化過(guò)程被實(shí)時(shí)記錄下來(lái)，在任何時(shí)間，樣品可以被切換成單純的緩沖液，則解離的過(guò)程就會(huì)隨之而來(lái)。從一個(gè)或幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中得到的相互作用圖譜，就可以確定配體分子與樣品結(jié)合的親和力、動(dòng)力學(xué)、選擇性、濃度以及熱力學(xué)的信息。生物通
等溫滴定量熱法 ITC 同樣能提供大量的生物分子相互作用的追蹤記錄。該技術(shù)是以測(cè)定注入某種配體后含生物分子的樣品池所釋放或吸收的熱量為基礎(chǔ)，在眾多研究中用于考察突變和溶液條件改變的影響，以獲得對(duì)于相互作用背后的驅(qū)動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)因素的全面理解。此外，ITC的應(yīng)用也不于結(jié)合的研究，該儀器還可用于測(cè)量和定量諸如酶促反應(yīng)的任何熱量改變過(guò)程。
ITC應(yīng)用的一大優(yōu)勢(shì)在于其依賴的是熱力學(xué)測(cè)定，因此采用ITC對(duì)天然生物分子進(jìn)行鑒定的過(guò)程中無(wú)需引入任何的標(biāo)記分子。并且該方法也沒(méi)有分子量限制，同樣對(duì)樣品也沒(méi)有光學(xué)透明的外觀要求。ITC滴定對(duì)于研究單個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合親和力，結(jié)合焓以及相互作用的劑量效應(yīng)尤其適用。生物通
選擇何種方法進(jìn)行分析？
技術(shù)是介紹了，可如何應(yīng)用呢？讓我們對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)概述：首先啟動(dòng)差示掃描量熱儀對(duì)蛋白和其他生物分子的穩(wěn)定性進(jìn)行表征和鑒定。一旦各個(gè)組分之間形成穩(wěn)定的相互作用，則可啟動(dòng)表面等離子共振系統(tǒng)即Biacore和等溫滴定量熱法即MicroCal ITC系統(tǒng)對(duì)分子之間相互作用的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)進(jìn)行研究。綜合這些儀器的數(shù)據(jù)，可詳盡地描述生物分子穩(wěn)定性和結(jié)合的動(dòng)力學(xué)、結(jié)合機(jī)制，而無(wú)需標(biāo)簽的引入。生物通
Biacore™ 和MicroCal™系統(tǒng)在功能上互補(bǔ)。一般來(lái)說(shuō)，Biacore建議用于：必須對(duì)結(jié)合的速度進(jìn)行分析的系統(tǒng)；樣本量較少的系統(tǒng)；必需有高通量的系統(tǒng)。MicroCal ITC建議用于：使用熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行新藥的分子設(shè)計(jì)；用現(xiàn)有方法進(jìn)行固定化較困難的情況；離子等非常小的分子的結(jié)合。
以下是三個(gè)平臺(tái)的比較生物通
Biacore™系統(tǒng)MicroCal™ ITC系統(tǒng)MicroCal™ DSC系統(tǒng)
信息類型親和力、結(jié)合動(dòng)力學(xué)、定量、特異性結(jié)合活性、穩(wěn)定性和特異性親和力、平衡狀態(tài)下的熱力學(xué)、化學(xué)計(jì)量、結(jié)合活性、穩(wěn)定性和特異性熱穩(wěn)定性和聚集性生物通
親和力
優(yōu)點(diǎn)· 實(shí)時(shí)結(jié)合圖和表征生物通
· 較少的樣品和靶標(biāo)消耗（μg級(jí)）
· 自動(dòng)化、靈敏的高通量系統(tǒng)生物通
· 同時(shí)測(cè)定多個(gè)目標(biāo)
· CFCA和SCK生物通
· GXP合規(guī)支持包
· 過(guò)渡狀態(tài)熱力學(xué)· 均勻的基于溶液的檢測(cè)法-結(jié)合物之間在天然狀態(tài)下的相互作用研究生物通
· 檢測(cè)法開(kāi)發(fā)時(shí)間短
· 自動(dòng)熱力學(xué)測(cè)定生物通
· 對(duì)相互作用樣品尺寸無(wú)大小限制
· 單一注射方法· 通用的蛋白穩(wěn)定性檢測(cè)技術(shù)生物通
· 適合范圍廣泛的生物分子和溶液條件
· 基于強(qiáng)制蛋白變性的自動(dòng)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性檢測(cè)法生物通

后續(xù)我們還將會(huì)發(fā)布一系列應(yīng)用指南，具體介紹這三個(gè)非標(biāo)記平臺(tái)在分子間相互作用研究上的應(yīng)用，敬請(qǐng)留意。