动平衡毛细管电泳的研究进展

动平衡毛细管电泳的研究进展

曾礼娜 夏之宁∗ 董志强 熊彩侨

（重庆大学化学化工学院 重庆 400030）

摘 要 动平衡毛细管电泳(KCE)是一种既能测定配受体间相互作用热力学参数、还可获得配受体间动力学参数的新方法。本文对动平衡毛细管电泳的发展历史、作用模式和原理，以及动平衡毛细管电泳目前存在的一些问题进行了评述。

关键词 毛细管电泳动力学 结合速率常数 解离速率常数

Research Advance of Kinetic Capillary Electrophoresis

Zeng Lina, Xia Zhining*, Dong Zhiqiang, Xiong Caiqiao

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030)

Abstract Kinetic capillary electrophoresis is a new method developed on the basis of affinity capillary electrophoresis; it is able to determine not only the thermodynamic but also the kinetic parameters of the interaction between target and ligand molecules. In this paper its history, mode, principle and even some problems are reviewed.

Keywords Kinetic capillary electrophoresis, Association rate constant, Dissociation rate constant

结合常数K b 是描述配体、受体分子间相互作用的最主要参数，配受体的正向结合速率常数k on 和反向解离速率常数k off 则可以表征配体、受体间结合的快慢。这三个参数在生物学和药学中都具有十分重要的作用，其关系如式(1)和(2)所示。动力学常数的研究可用于指导研究药物在体内药物代谢动力学和药物效应动力学的应用，还可用于指导判断药物起效的快慢、对机体作用的激烈程度以及如何创造有利条件使反应朝着高疗效低副作用的方向发展。比如，药物与血清白蛋白结合的动力学常数可用于表征药物被血清白蛋白储存和转运的可能、快慢、强弱等。

式中，T 、L 和C 分别表示靶体、配体和结合物，K d 为解离常数。

在众多的研究分子间相互作用的技术中，亲和毛细管电泳法(affinity capillary electrophoresis, ACE)近年来得到快速的发展。它是一种研究平衡条件下配受体间相互作用的毛细管电泳方法，在分子与胶束、抗原与抗体、冠醚等主体分子与客体分子、药物与蛋白质、药物与DNA 以及药物与RNA 等相互作用的研究中发挥了重要的作用[1~4]。但ACE 的不足之处在于其只能测定结合常数K b ，而无法测得其它的诸如动力学常数k on 和k off 这样的我们

国家自然科学基金项目(20375051，20775096)和科技部国际科技合作计划项目(2006DFA43520)资助 2007-12-06收稿，2008-01-17接受 T L + C k on k off d

off on K k k K 1==（1）

（2）

更加关心的参数。

2002年， Krylov 等[5]在平衡态毛细管电泳的基础上，提出了一种新概念的毛细管电泳——非平衡态毛细管电泳。在随后几年中，他们又对非平衡态毛细管电泳进行了完善，形成了一种具有多种操作方式的新的毛细管电泳方法——动平衡毛细管电泳(Kinetic capillary electrophoresis, KCE)[6]。KCE 是在非平衡条件下对非共价结合的配、受体的亲和性进行表征，其要求相互作用的二者中必须有一个为生物大分子。他们在KCE 的数学模型中引入了运行时间t 和距检测器的迁移距离x 这两个参量，使得KCE 对配受体作用的动力学研究成为可能。

KCE 可用于以下几个方面的研究：1)测定相互作用体系的结合常数K b 和正向结合速率常数k on 与反向的解离速率常数k off ；2)蛋白等生物分子的亲和定量分析；3)毛细管内温度的测定；4)热力学的亲和相互作用以及5)组合库中配体的筛选等[7~10]。

1动平衡毛细管电泳(KCE)的基本原理

在KCE 运行过程中主要包含有两个步骤：1)靶体分子T 和配体分子L 首先进行亲和相互作用；2)通过电泳将T 、L 和结合物C 进行分离的步骤。这两个步骤可通过以下三个偏微分方程来表示[6]：

其中L 、T 和C 分别为配体分子L ，靶体分子T 和结合物C 的浓度，v L 、v T 和v C 分别为它们的电泳速度，t 是绝对迁移时间，x 是距离毛细管进样端的长度。以上三个偏微分方程的求解依赖于毛细管电泳的初始和边界条件：初始时物质L 、T 和C 在毛细管中的分布、它们引入毛细管的方式及其在毛细管中的迁移。

2 KCE 的作用模式

根据不同的初始条件和边界条件，可将KCE 分为以下七种作用模式(图1)[11]。在以下的叙述中均假设T 的迁移速度大于L 的迁移速度。

（3） （4） （5）

()()()()()()()()()()()()()()()x t T x t L k x t C k x x t C v t x t C x t C k x t T x t L k x

x t T v t x t T x t C k x t T x t L k x

x t L v t x t L on off C off on T off on L ,,,,,,,,,,,,,,,+−=∂∂+∂∂+−=∂∂+∂∂+−=∂∂+∂∂