Proteinbindning beskriver förmågan hos proteiner att bilda bindningar med andra ämnen, och hänvisar oftast till bindning av läkemedel till dessa molekyler i blodplasma, röda blodkroppar, andra komponenter i blodet och till vävnadsmembran. Det kan dock hänvisa till andra kemikalier som kommer in i blodomloppet. I samband med farmakologi avgör mängden läkemedel som binds hur effektivt det är i kroppen. Det bundna läkemedlet hålls i blodomloppet medan den obundna komponenten kan metaboliseras eller utsöndras, vilket gör den till den aktiva delen. Så om ett läkemedel är 95 % bundet till ett bindande protein och 5 % är fritt, betyder det att 5 % är aktivt i systemet och orsakar farmakologiska effekter.
Hur bindning sker
Proteiner är mycket stora och enormt komplexa molekyler som består av kedjor av aminosyror sammanfogade av peptidbindningar, och de kan anta en mängd olika komplicerade former. De kan binda till molekyler, inklusive andra proteiner, på särskilda platser som kallas bindningsställen, som ofta består av fördjupningar i vilka andra molekyler, eller delar av dem, kan passa in snyggt. De kemiska egenskaperna hos bindningsstället, och den andra molekylen, är också viktiga: bindning kommer bara att ske om det är kemiskt genomförbart. Ett enda protein kan ha mer än ett bindningsställe.
Ett exempel är hemoglobin, proteinet som ansvarar för transport av syre från lungorna till andra delar av kroppen. Den har fyra platser som kan binda till en syremolekyl. Bindningen som bildas i det här fallet är ganska svag – den måste vara det för att syret lätt ska kunna avlägsnas där det behövs. I andra fall kan molekyler binda starkare. Ett läkemedels tendens att binda till proteiner och styrkan hos bindningen är viktiga faktorer inom farmakologi.
Bindning av droger
De proteiner som vanligtvis är involverade i bindning med läkemedel är albumin, lipoproteiner och a1-syraglykoprotein (AGP). Sura och neutrala föreningar tenderar att binda till albumin, som är basiskt, medan basiska ämnen i första hand binder till den sura AGP-molekylen. Sura molekyler kan också binda till lipoproteiner om albuminet är mättat. Detta är inte bindande i ordets strikta mening; det är närmare upplösning och är vanligt i lipid- eller fettlösliga ämnen.
Bindning är ofta reversibel och kan i dessa fall skapa en kemisk jämvikt, där den kemiska reaktionen kan gå bakåt och framåt utan någon nettoförändring av reaktanter och produkter. Detta representeras som:
protein + läkemedel ⇌ protein-läkemedelskomplex
Om koncentrationen av det obundna läkemedlet minskas, kan en del av protein-läkemedelskomplexet delas för att frigöra mer av föreningen, vilket bibehåller jämvikten. Detta innebär att en cell som är effektiv på att extrahera det obundna läkemedlet kan extrahera mer av det när komplexet splittras för att återställa balansen.
Mängden bindning och fraktionen obunden – skriven som mängden obundet läkemedel över den totala mängden – bestäms av föreningens affinitet för proteinet och deras relativa koncentrationer. Detta är viktigt när man överväger andra mediciner som en patient kan ta. Vissa proteiner kan redan vara mättade, vilket skulle påverka mängden fritt läkemedel och eventuellt förändra de farmakologiska effekterna.
Till exempel, om läkemedel A mättade ett visst bindande protein och sedan läkemedel B inte kunde binda till det, skulle det finnas en högre koncentration av obundet B. Alternativt, om läkemedel B har en starkare kemisk affinitet för proteinet, skulle det kunna förskjuter A och höjer dess obundna fraktion. Denna process sker ganska snabbt, på minuter till timmar, och båda scenarierna kan ha negativa effekter. Många läkemedel binder dock till olika proteiner eller till olika platser på samma, eller är inte närvarande i en tillräckligt hög relativ koncentration för att orsaka mättnad, och konkurrerar därför inte med de andra medicinerna som används.
På samma sätt kan kroppens förmåga att absorbera en medicin påverka dess clearance in i systemet. Njursvikt och leversjukdom påverkar ofta förmågan att absorbera det obundna läkemedlet negativt. Av dessa skäl måste tidigare medicinska problem, den totala koncentrationen och den obundna andelen av läkemedlet, och alla andra mediciner som en patient tar, övervägas.
Testning
Nyutvecklade läkemedel kan testas för deras tendens att binda till proteiner med hjälp av en proteinbindningsanalys. Detta kan utföras med prover av lämplig plasma eller vävnad, som kan inkuberas med medlet som ska testas. Efter ett givet tidsintervall separeras de bundna och obundna delarna – till exempel genom att använda ett mycket fint filter som inte tillåter stora proteinmolekyler att passera – och omfattningen av bindningen kan sedan bestämmas.