background image

 

 

Interaction between molecules 

 binding

Minimizing the total energy  binding configuration 

+

n

interactio

AB

total

B

total

A

E

E

E

E

Attractive interaction between 
red and green monomers

background image

 

 

The binding – qualitative analysis

  Binding  is  reversible,  and  the  reaction  can  be 

characterized  by  an  equilibrium  constant  and 
associated free energy.

RL

L

R

k

k

1

1

A

D

K

RL

L

R

K

1

]

[

]

][

[

  The  binding  affinity  is 

measured  by  the  dissociation 
constant  for 

the  binding 

equilibrium

.

 A reaction proceeds spontaneously only if there is 

a decrease in free energy.

S

T

H

G

The change in bond 

energy between 

reactants and products.

The change in the 

randomness.

background image

 

 

A rough estimate of the contribution of the 

various factors to ΔG

o

 for binding of a ~ 30 

residue proteins (T = 300 

o

K).

Energetics of binding

background image

 

 

The specificity –  the interfaces must be 

precisely complimentary.

Steric 

complimentarity.

 

The 

water 

molecules  making  van  der  Waals  contacts 
need  to  be  replaced  by  contacts  with  the 
other subunit when the bond is made.

Hydrogen 

bond 

complimentarity.

 

Any 

hydrogen  bond  donor  on  one 
subunit  must  find  a  hydrogen 
bond 

acceptor 

on 

the 

opposite.

Binding 

of 

methyl--

mannoside  by  concanavalin 
A  (the  concerted  hydrogen 
bonding). 

Ionic  complimentarity.

  All 

possible  salt  bridges  must 
form.

background image

 

 

0.5 s

10

-6

 M

50 s

10

-8

 M

500 s

10

-9

 M

t

E

[L]

 The lifetime of the empty receptor is the reciprocal 

of the association rate.

]

[

1

1

L

k

t

E

Lifetime of the empty receptor

 – depends on 

the concentration of ligand, it is limited by diffusion 
of ligand, and does not depend on the bond energy.

k

1

  =  2x10

6

  M

-1

s

-1

  is  the  generic,  diffusion  limited 

rate constant for protein-protein interaction.

Recepor – ligand interaction

RL

L

R

k

k

1

1

background image

 

 

The lifetime of the complex t

C

 = 1/k

-1

 

t

C

 

is 

independent 

of 

the 

concentration  of  free  logand,  it 
depends  on  the  bond  energy  (K

D

  is 

determined by k

-1

).

1

1

1

1

k

K

k

t

D

C

The dissociation constant, K

D

, is a measure of 

how well a ligand binds to the macromolecule. 

It is equivalent to the ligand concentration 

required to saturate exactly half of the binding 

sites on the macromolecule.

 Ligands with low K

D

 values bind 

tightly

 Ligands with high K

D

 values bind weakly

Examples of (K

D

; t

C

):

 The complex of trypsin-trypsin inhibitor (10

-13

; 58 days),

 Actin (10

-6

; 0.5 s).

background image

 

 

Experimental determination of K

D

1.

 

Equilibrium Dialysis

 – a direct measurement of 

the partitioning of a ligand between the bound and 
free states.

 It shpuld be known that 

the  signal  change  is 
directly  proportional  to 
degree of saturation.

  They  rely  on  a  signal  change  that 

accompanies complex formation.

2.

 

Spectroscopic Measurements 

(fluorescence, 

CD, Abs, etc.)

background image

 

 

Basic Treatment of Binding Data

ML

L

M

The  extent  of  binding

,  given  at  any  ligand 

concentration.

]

[

]

[

]

[

]

[

]

[

ML

M

ML

M

L

Y

total

bound

]

[

]

[

L

K

L

Y

D

[M]  is  the  macromolecule,  [L]  the  ligand,  and  [ML]  the 
complex  between  the  two.  Y  is  the  fraction  of  saturated 
binding sites.

]

[

]

][

[

ML

L

M

K

D

D

A

K

K

1

The goal is to obtain a value for K

A

.

 

The 

energetics 

of 

binding

  –  the  relationship 

between K

A

 and G

o

.

A

K

RT

G

ln

0

background image

 

 

The application of equilibrium dialysis 

experiment to determine the 

concentrations of M, L, and ML at 

binding equilibrium.

Starting concentrations:

Right cell: [ML] = 0; [L] = 12; 
[M] = 0.

Left cell: [ML] = 0; [L] = 0; [M] = 4.

The protein (M) is 

present only in the 

left cell of the 

dialysis chamber.

The small 

molecule (L) is 

present only in 

the right cell.

The cells are separated by a 
semipermeable membrane, 
through which only the ligand 
can pass.

background image

 

 

  However,  because  the  protein  can  bind  the 

ligand,  the  concentration  of  total  ligand  will  be 
higher in the left cell.

 When equilibrium is reached, the concentration of 

free ligand will be the same in both cells.

Equilibrium concentrations:

Right cell: [ML] = 0; [L] = 5; 
[M] = 0.

Left cell: [ML] = 2; [L] = 5; [M] = 2.

Features of this binding equilibrium:

[L] = 5 in both cells[L]

total

 = 7 in the left cell

[L]

total

 - [L] = 2 = [ML] in the left cell

Now we can calculate 
the K

D

:

5

2

5

2

]

[

]

][

[

ML

L

M

K

D

background image

 

 

  A  complete  binding  curve  of  Y  as  a  function  of 

ligand concentraton. 

  Equilibrium  dialysis  done  at  several  starting 

concentrations of ligand.

Obtaining K

D

 

directly from the 

binding curve.

Plot Y as a function of [L]. Interpolate to find the 
ligand concentration that gives Y=0.5, this is the 
K

D

.

background image

 

 

Linearize the binding equation.

 Obtaining K

D

 from the binding curve is quick, but 

really only uses the data from ligand concentrations 
that  give  Y  =  0.5,  the  other  data  points  at  low  and 
high  ligand  concentration  do  not  contribute  to  the 
analysis. 

D

D

K

Y

K

L

Y

1

1

]

[

  The  binding  curve  can  be  transformed  into  a 

straight line, to give the Scatchard equation:

]

[

]

][

[

ML

L

M

K

D

]

[

]

[

]

[

]

[

]

[

ML

M

ML

M

L

Y

total

bound

]

[

]

[

L

K

L

Y

D

A  plot  of  Y/[L]  versus  
will  give  a  straight  line 
with a slope of -1/K

D

.

background image

 

 

Non-cooperative  binding  to  multiple 
sites

 

(n-sites). 

The 

fractional 

saturation,  Y,  is  replaced  by  ,  the  total 

amount  of  ligand  bound/macromolecule 
(varies from 0 to n).

  can  be  easily  converted  to  Y  by 

simply dividing it by n (the number of 
sites):

n

v

The binding equation is:

]

[

]

[

L

K

L

n

v

d

The Scatchard Plot

d

d

K

v

K

n

L

v

]

[

The  number  of  binding  sites,  n,  can  be  obtained 
from the x-intercept.

background image

 

 

  If  two  different  ligands  interact  this  way  it  is 

heterotropic

Cooperativity of binding 

Binding at one ligand binding site can affect binding 
at another site on a protein.

  If  two  identical  ligands  interact  this  way,  the 

interaction is 

homotropic

.

 The second ligand binding has higher affinity 

– 

positive cooperativity.

  The  second  ligand 

binding has lower affinity 
– 

negative 

cooperativity

background image

 

 

]

[

]

[

]

[

ML

L

M

]

][

[

]

[

1

L

M

K

ML

A

]

[

]

[

]

[

2

ML

L

ML

2

2

1

2

2

]

][

[

]

][

[

]

[

L

M

K

K

L

ML

K

ML

A

A

A

2

2

2

2

1

2

2

1

2

2

2

2

]

[

1

]

[

]

][

[

]

[

]

][

[

]

[

]

[

]

[

2

2

1

]

[

]

[

]

[

]

[

2

]

[

2

1

L

K

L

K

L

M

K

K

M

L

M

K

K

ML

M

ML

ML

ML

M

ML

ML

Y

A

A

A

A

The Hill equation:

]

log[

log

1

log

L

n

K

Y

Y

h

n

h

 - Hill coefficient.

Cooperative binding

two binding sites 

background image

 

 

Hill Plot

1.

 Define

Y

Y

1

or equivalently

n

v

n

v

1

2.

 Plot 

log Θ versus 

log[L]

iv.

 n

h

 = n (number of sites) for infinitely 

positive cooperativity.

3.

 Slope at log Θ =0 [Y=0.5] is the Hill coefficient n

h

i.

 n

h

 = 1 for non-cooperative binding

ii.

 n

h

 < 1 for negative cooperativity

iii.

 n

h

 > 1 for positive cooperativity

background image

 

 

4.

  Intercept  at  log  Θ  =0  [Y=0.5] 

gives  logK

D

Ave

,  or  the  average 

dissociation constant.

At log Θ =0 

]

[

]

[

1

]

log[

log

]

log[

log

1

]

log[

log

0

1

L

K

L

K

L

K

L

K

n

L

n

K

Ave

D

n

n

The Hill plot for oxygen 

binding to normal adult 

hemoglobin.

The Hill coefficient, n

h

 = 

3. Cooperativity is positive 

and fairly high.

The average affinity 
constant is approximately 
10

5

 (K

D

=10

-5

 M)

background image

 

 

Its thermodinamical stability 

results from molecular non-

covalent interactions within the 

phospholipid bilayer and water 

phase.

Biological membrane 

 

Life’s Border

background image

 

 

Functions of the cell 

Functions of the cell 

membrane

membrane

Isolation, 
compartmentalization, 
protection

Regulate 
transport

Diffusio
n

Active transport
Vesicular 
transport

Signaling, signal 
processing

Receptor –ligand 
interaction

(hormons, growth factors, neurotransmitters, 
etc.)

Selective signal recognition and 
transduction by transmembrane 
receptors

Electric activity

Membrane 
potencial

background image

 

 

Allow cell to cell interaction, 

Allow cell to cell interaction, 

cell recognition

cell recognition

Immune recognition, 
synchronization of cellular 
activities

Biochemical 
activity

Provide stable site for the 
binding and catalysis of 
enzymes

Compartment separation for 
chemiosmosis

ATP sysnthesis in mitochondria and 
chloroplasts

Functions of the cell 

Functions of the cell 

membrane

membrane

Cell shape and 
motility

cytoskeleton, 
cilia and flagella

background image

 

 

background image

 

 

asymmetric functions 

 asymmetric structures

Membrane 

asymmetry

Carbohycrate asymmetry

  Found  only  on  outside  surface  of  cell 

(glycocalyx).

 Important in cellular recognition 

processes

 

carbohydrate

Types of asymmetry

 lipids

 proteins 

 salt 

composition

background image

 

 

Glycolipids

Tend to self-associate  (lipid 
rafts)

 Surface-associated sugers

 Exclusively on noncytosolic side

The diversity of carbohydrate chains is 

enormous, providing each individual with a 

unique cellular “fingerprint”.

Cell recognition and 
adhesion

Functions

 Protection of cell surface

 Electrical effects

  Lectins,  or  carbohydrate-binding  proteins,  are  also 

involved in this layer

background image

 

 

Lipid asymmetry

background image

 

 

Asymmetry 

of 

interactions

background image

 

 

  A  second  protein  called  “scramblase”  becomes 

active  and  transfers  phospholipids  nonspecifically  in 
both  directions  resulting  in  exposure  of  PS  on  the 
outside of the cell.  

 

Phosphatidylserine 
is  restricted  to  the 
cytoplasmic  leaflet 
in a healthy cell.

An example of a function for the asymmetry

  The  asymmetry  is  maintained  by  a  “phospholipid 

translocator”  that  transports  PS  to  the  inner  leaflet.   
This is inactivated in dying cells.

 Macrophages detect the PS and destroy the dead cell.

background image

 

 

Protein asymmetry

  Active  sites  of 

enzymes  are  located 
depending 

on 

location 

of 

substrates.

  Transport  proteins 

(especially 

active 

transporters)  work  in 
only one direction.

  Receptor  proteins 

bind  ligand  on  only 
one 

side 

of 

the 

membrane.

  Adhesion  proteins 

only 

on 

the 

extracellular  side  of 
the membrane.

background image

 

 

Ion

Intracellul

ar

Concentra

tion

(mM)

Extracellu

lar

Concentra

tion

(mM)

Catio

ns

Na

+

K

+

Mg

+

2

Ca

+2

5 - 15 

140 
0.5  

1 x10

-5

145 

1 - 2 

1 - 2

Anion

s

Cl

-

P

i

5 – 15

40

110

2

Glucose

1

5.6

Mammalian Cell Intracellular and 

Extracellular Ion Concentrations

background image

 

 

Lipid 
microdomain
s in plasma 
membrane

Caveola

 Rich in sphingolipids and 

cholesterol

  Longer,  saturated  chains  of  sphingolipids  cause  membrane 

thickening

  Such  lipid  arrangement  recruits  particular  proteins  and 

facilitates their transport or function as a group

background image

 

 

 Membrane 

electrastatics

background image

 

 

Charges  separated  by  moving  ions  all  the  way 
across the membrane from the aqueous medium 
on one side to the aqueous medium on the other.

Transmembr

ane 

potential

background image

 

 

Because  water  has  a  high 
dielectric  constant  (80) 
charge  separation  across 
water  will  tend to  create  a 
relatively  small  electric 
field  and  small  electrical 
potential differences. 

Charge separation across 

organic phases ( = 1.89) 

will create large electric 

fields.

0



S

q

background image

 

 

Membranes  have  planar 
symmetry

charge 

smoothly 

distributed  on  a  plane  will 
create  an  electric  field 
perpendicular to the plane. 

The electric field will be 

proportional to the charge density 

on the plane (q

s

).

Membrane potential

background image

 

 

Two parallel 

planes of 

opposite charges

0



S

q

x

x

s

s

x

q

dx

q

Edx

0

0

0

0





  The  electrical  potential  difference  between  the 

plates

x

A

q

C

C

0



The capacitance of 

biological membrane is 

about 

1 µF/cm

2

 (35 Å thick 

with a dielectric constant 

of 4).

background image

 

 

  The  electric  field  associated  with  the  membrane 

potential  acts  on  dipolar  groups  in  membrane 
proteins  and  may  regulate  the  activities  of  these 
proteins.

 The total difference in electrical potential 

(

membrane potential

) is the force that drives ions 

across the membrane.

 

The  membrane  potential  partly  determines 

the  energy  stored  in  ion  concentration 
gradients

.

 

Voltage-dependent 

channels 

open 

and 

close  in  response  to 
changes 

in 

the 

membrane potential.

background image

 

 

Fixed charges bound to the membrane surface will 
be  neutralized  by  counterions  present  in  the 
adjacent aqueous solution. 

Because these counterions will tend to diffuse away 
from the membrane surface, there will be a charge 
separation.

Surface potential

background image

 

 

Origin of surface charge

 Ionisation of surface groups (ionisation of 

carboxyl and amino groups to give COO

-

 and NH

3

+

 

ions)

 Ion adsorption

  Cations  more  hydrated  than  anions,  have 
greater tendency to reside in bulk.
  Anions  have  greater  tendency  to  be 
specifically adsorbed.

 

Any 

ion 

whose 

adsorption  at  surface  is 
influenced 

by 

forces 

other 

than 

simple 

electrostatic 

potential 

can  be  regarded  as 
specifically adsorbed. 

background image

 

 

  The  charge  separation 

depends on:

 a dynamic tension with diffusion 
pushing the counterions away from 
the surface 

 electrical attraction pulling 
them toward the surface

Generally membranes have a negative charge (10 - 
20% anionic lipids, charge from gangliosides and 
proteins)

Membrane surface electrostatic potential

A plane of fixed charges 
with a surface charge 
density σ

s

.

Space charge 

density ρ

v

(x)

background image

 

 

C

 - bulk ion concentration at ∞, Z - 

ion valence

 charges are smeared out on the 

surface

 ions in solution are “point” 

charges

 image effects - ignored

 the dielectric constant is 

constant

Assumptions of Gouy-Chapman theory:

The Gouy-Chapman theory

(1910-1913)

The  ion  distributions  as  a 
function  of  distance  from 
the membrane surface.

Mean field 

approximati

on

Each  ion  is  moving  under  the  influence  of  an 
electric  potential  created  by  the  average  charge 
density of the others <ρ

q

>. 

background image

 

 

  Electroneutrality  –  the  total  space  charge  be 

equal  and  opposite  to  the  sum  of  the  fixed 
charge q

s

 and the capacitative charge q

c

.

0

)

dx

x

q

q

q

q

v

s

c

s

The surface charge

The space charge at a point x is

i

i

i

v

x

C

z

F

x

q

)

(

)

(

For each ion species i, z

i

 is the valence and 

C

i

  is  the  concentration.  F  is  the  Faraday 

constant.

  q

    10

-7

  C/cm

2

  (a  100  mV  membrane  potential 

when membrane capacitance is 1 µF/cm

2

).

S

c

q



background image

 

 

The ion concentrations depends on the electrical 
potential according to the Boltzmann distribution:

 

RT

x

F

z

C

x

C

i

i

i

)

(

exp

)

(

0

C

io

  is  the  concentration  of  ion  species  i  far  from  the 

membrane (x = ).

Hence

 

i

i

i

i

v

RT

x

F

z

C

z

F

x

q

)

(

exp

)

(

0

From the Poisson's equation:

2

2

0

)

(

dx

d

x

q

v



If  the  single  plane  of 
charge  is  assumed  to 
have a thickness dx:

0

2

2



S

q

dx

dE

dx

d

background image

 

 

dx

dx

d

dx

x

q

q

v

s

0

0

2

2

0

)

(



If () = 0

dx

d

q

s

0

0



 

i

i

i

i

RT

F

z

C

z

F

dx

d



exp

0

0

2

2

Multiplying both sides by 2d/dx and integrating

 

i

i

i

const

RT

F

z

C

RT

dx

d



exp

2

0

0

2

At x = ,  = 0 and d/dx = 0, so





i

i

C

RT

const

0

0

2



The general form of the Gouy-Chapman 

equation relating the surface charge to the 

surface potential. 

2

0

0

2

1

exp

2

s

i

i

i

q

RT

F

z

C

RT

dx

d

 



background image

 

 

If all of the ions in the aqueous phase are univalent, 
C

io

 = C

o

 for both anions and cations.

RT

F

RTC

q

s

2

sinh

8

0

2

/

1

0

0



The  sinh  can  be  presented  as  a  power  series  and 
higher  order  terms  dropped  (assume 

o

  is  small), 

then

2

/

1

2

0

0

0

2





o

s

RT

F

C

q





RT

F

RTC

q

s

2

8

0

2

/

1

0

0



A constant  with units of 

m

-1

  is  customarily  defined 

as





i

i

i

z

C

RT

F

2

0

0

2

2



Increasing salt in the solution shrinks the diffuse layer

For the aqueous solution (ε = 80) the 

Debye length for ultrapure water is 190 

nm and for 1 mM KCl 9.7 nm. 

background image

 

 

Debye length for

0.1 M NaCl, L

D

 = 0.96 

nm,

0.01 M NaCl L

D

 = 3.04 

nm

0.01 M MgCl

2

 L

D

 = 1.75 

nm

 1/is a measure of the thickness of 

the diffuse double layer.

The surface charge density = 
0.0158 C/m

2

. Univalent 

electrolyte,  = 80 and T = 20°C.

The decay of 

potential 

from a 

surface

Univalent electrolyte at 
10  mM  concentration, 
 = 80 and T = 20°C.

Surface 

potential as a 

function of the 
surface charge

background image

 

 

 The surface potential may act to repel or attract 

other surfaces.

Surface charge has a number of effects

  A  negative  surface  charge  attracts  cations  to 

the membrane surface

 enhanceing the binding of cations to the membrane surface.

 increaseing the conductance of the membrane to cations

 The surface potential has a greater affect on the 

distributions  of  divalent  ions  than  on  distributions 
of  monovalent  ions  (high  Ca

2+

  concentrations  at 

the membrane surface).

  The  surface  potential  changes  the  pH  near  the 

surface of the membrane.

background image

 

 

Because  the  ester  linkages  between  fatty  acids  and 
the  glycerol  backbones  of  the  membrane  lipids  are 
dipolar  in  character,  alignment  of  these  dipoles 
creates  a  charge  separation  which  gives  rise  to  the 
dipole potential.

Dipole potential

background image

 

 

Origin of a dipole potential Ψ

d

Primery determinant sn

2

-carbonyls

Little effect of sn

1

-carbonyls

P – N

+

 dipole

P = O bonds of phosphate groups

Dipoles of hydration water which 

are ordered and oriented at the 

membrane surface.

background image

 

 

As a result, lipid membranes exhibit a 

substantial (up to six orders of 

magnitude) difference in the penetration 

rates between positively and negatively 

charge hydrophobic ions.

The dipole potential 

is a major factor in 

determining the ionic 

permeability of the 

lipid bilayer.

Dipole potential 

modifies the electric 

field inside the 

membrane, 

producing a virtual 

positve charge in the 

apolar bilayer center.

++++++

background image

 

 

The dipole potential

0



D

D is the surface 
dipole density in 
C/m.

 

A dipole moment of phospholipid = 

1.5 Debyes 

- 5 x 10

-30

 C/m

Surface area per lipid  = 

60 A

2

A surface dipole density =  

8.34 x 10

-12

 C/m

 

A dipole potential = 

1000/ mV

The dipole 

potential is not a 

significant 

component of the 

membrane 

potential because 

the dipoles on 

opposite surfaces 

of the membrane 

are oriented in 

opposite directions 

and tend to cancel 

each other. 

background image

 

 

 Modulates membrane enxymes 
activities.

Dipole potential functions:

  Effects  the  membrane  permeability  for 
lipophilic ions and drugs.

  Modulates  the  binding  of  peptides  and 
biologically active molecules to cell plasma 
membranes.

  Directs  the  insertion  and  filding  of 
peptides in the membranes.

background image

 

 

Examples of potential profiles

 

Negative 

surface 

charge on both sides.

  A  large  surface 

charge on one side.

  Surface  charge 

on  one  side,  dipole 
potential 

and 

transmembrane 
potential.

background image

 

 

Classes of ligands interacting with the bilayer

Nonpolar solutes

 – the bilayer is a 2D 

fluid, i.e. “solvent” for small nonpolar 
molecules

e.g.  benzene  -  localizes  in  the  bilayer   
interior

Amphipatic molecules

 – with polar and nonpolar 

moieties

- adhesion, insertion,

- at high concentration: disruption of the 

membrane

e.g. anesthetics, drugs, 
tranquilizers, antibiotics, bile 
salts, fatty acids, fluorescent 
probes

Benzene

background image

 

 

The  binding  constant  K 
reflects  the  standard  free 
energy change upon binding.





]

][

[

]

[

ln

0

M

L

LM

RT

G

G

The Binding Constant

L + M 

 LM

L  is  the  free  ligand,  M  are  empty  binding  sites  on  the 
membrane,  and  LM  represents  ligand  bound  to  the 
membrane.

At 
equilibrium:

K

RT

G

ln

0

0

G

]

[

]

][

[

LM

M

L

L

m

 – the concentration of bound ligand ([LM])

L

max

  –  the  total  number  of  binding  sites  on  the 

membrane ([M]+[LM]).

m

m

L

L

L

L

K

)

](

[

max

background image

 

 

The amount of bound ligand L

m

)

]

([

]

[

max

K

L

L

L

L

m

The Scatchard equation

A plot of L

m

/[L] vs. L

m

 is linear and 

may  be  used  to  define  the 
parameters L

max

 and K.

K

L

K

L

L

L

m

m

max

]

[

background image

 

 

The Effect of Surface Charge

 [L] is the concentration of ligand at the surface of 

the membrane.

  This  is  related  to  [L]

,  the 

concentration  far  from  the 
membrane,  by  the  Boltzmann 
equation:

 

RT

F

z

L

L

i

0

exp

]

[

]

[

 If the surface potential is -18 mV and the ligand is 

a univalent anion, [L] will be 50% of [L]

.

background image

 

 

Specific and non-specific binding

 Specifically binds to a receptor or other membrane-bound protein

  Non-specifically  binds  to  the  membrane  (because 

ligand is hydrophilic or amphiphilic)

Total  binding  to  the  membrane  will  be  the  sum  of 
the specific (sp) and nonspecific (ns) contributions:

ns

ns

sp

sp

ns

m

sp

m

m

K

L

L

L

K

L

L

L

L

L

L

]

[

]

[

]

[

]

[

max

max

background image

 

 

The affinity of the non-specific binding 

sites is very weak compared to the affinity 

of the specific sites (K

ns

 >> K

sp

).

ns

ns

sp

sp

m

K

L

L

K

L

L

L

L

]

[

]

[

]

[

max

max

To  measure  specific  binding  ligand  concentrations 
should  range  about  K

sp

  so  [L]  will  be  very  small 

relative to the non-specific binding constant 

[L] << 

K

ns

),

Non-specific binding 

will be directly 

proportional to the 

ligand concentration 

over this range.

background image

 

 

  Specific  binding  can  be  calculated  by  subtracting 

non-specific binding from total binding.

Under these conditions

ns

ns

sp

m

K

L

L

L

L

]

[

max

max

Because 

L

max

sp

  <<  L

max

ns

the  measured  binding  L

m

 

will all be non-specific.

 This gives the slope of the non-specific binding line 

(L

max

ns

 / K

ns

). 

The 

non-specific 

binding 

can 

be 

measured  by  adding  a 
high  concentration  of 
ligand (

[L] >> K

sp

).

background image

 

 

K

obs

 should be measured at very low 

ligand concentrations (one ligand 

molecule per 100 lipid molecules) in 

order to avoid non-ideal behavior.

Partition

The 

mole-fraction 

partition 

coefficient 

K

obs

 

determined in equilibrium dialysis experiments

]

/[

]

[

]

/[

]

[

W

P

L

P

K

water

mem

obs

[P]

mem

 and [P]

water

 are the bulk molar concentrations of 

ligand  atributable  to  ligand  in  the  membrane  and 
water phases, respectively

[L] and [W] are the molar concentration of water and lipid


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