Slot en sleutel principe

De Slot en sleutel principe beschrijft een systeem van complementaire structuren die als een sleutel in een slot in elkaar grijpen en bij deze complexe formatie bepaalde lichaamsprocessen activeren. Het principe wordt ook wel genoemd Hand-in-handschoen-principe of Induced-fit concept duidt en speelt een rol voor alle receptor-substraatcomplexen. Het principe is ook bepalend voor pathologische processen zoals infecties met virussen.

Wat is het slot- en sleutelprincipe?

Het sleutelvergrendelingsprincipe beschrijft een systeem van complementaire structuren die in elkaar grijpen als een sleutel in een slot en bepaalde lichaamsprocessen activeren met deze complexe formatie. Het principe is doorslaggevend b.v. ook voor pathologische processen zoals infecties met virussen.

Met zijn constructies past een sleutel uiterst nauwkeurig in het bijbehorende slot. Zodra een tand is afgebroken, gaat de deur niet meer open. In deze context hebben we het ook over de nauwkeurigheid van de pasvorm. Net zoals de sleutel in het slot past, passen veel biologische boodschappers precies op de structuren van de receptoren die voor hen bedoeld zijn.

Het zogenaamde lock-and-key-principe van de biologie heeft in een grotere context betrekking op twee of meer complementaire structuren die ruimtelijk bij elkaar passen. Deze nauwkeurigheid van pasvorm gaat hand in hand met biochemische reacties.

Het slot-en-sleutelprincipe werd voor het eerst beschreven in 1894 door Emil Fischer, die destijds een hypothetische binding van enzymen en substraten beschreef. In de biologie en biochemie resulteert de interactieve binding tussen gastligand en receptorgastheer in een complex met een bepaalde bindingssterkte, ook wel affiniteit genoemd. In plaats van het key-lock-principe worden deze relaties nu ook het induced-fit-concept of het hand-in-handschoen-principe genoemd.

In de meeste gevallen zijn gastliganden alleen effectief bij complexvorming via bepaalde delen van hun algehele structuur. In dit geval zijn hun resterende structuren functioneel niet relevant voor de complexvorming en de effecten die het veroorzaakt.

Functie en taak

Het sleutelvergrendelingsprincipe speelt een rol in de biochemie en biologie in totaal verschillende contexten. In de biochemie triggeren transmitters en modulatoren biochemische processen door zich te binden aan een receptor, die kan worden gesimuleerd of geblokkeerd door medicinale stoffen of medicijnen. Het lock-and-key-principe speelt een essentiële rol bij dergelijke obligaties.

In de endocrinologie is er daarentegen een interactie tussen hormoonreceptoren en individuele hormonen, die signaalketens triggert en de functie van de cel opnieuw beïnvloedt. In dit verband is ook het sleutelvergrendelingsprincipe relevant. Hetzelfde geldt voor de enzymologie, waarin enzymen biochemische reacties faciliteren.

Dit proces vindt plaats door biogene reactanten samen te brengen. De enzymen zorgen ervoor dat twee actieve stoffen een complex vormen volgens het lock and key-principe. Door zich aan het substraat te binden, ondergaat het enzym structurele veranderingen die zijn effectiviteit als katalysator op bepaalde substraten vergroten of mogelijk maken.

Het lock-and-key-principe is ook relevant in de immunologie. Binnen dit gebied spelen complementstructuren samen op de grens tussen de antigeen-herkende en antigeen-presenterende cellen. Dit complexe samenspel gebaseerd op het key-lock-principe is een voorwaarde voor specifieke antigeendetectie.

Bovendien speelt het slot-en-sleutelprincipe een essentiële rol voor cellen in celaggregaten zoals weefsels of organen. Deze cellen zijn uitgerust met structuren en hun complementaire tegenstructuren op het celoppervlak. Dit complementaire lock-and-lock-systeem maakt communicatie tussen cellen van een weefsel mogelijk en draagt ​​bij aan de structurele en functionele cohesie.

De immuuncellen communiceren ook via het beschreven complementaire systeem. Bovendien vertrouwen circulerende immuuncellen op speciale oppervlaktestructuren, zodat ze van plek naar plek kunnen komen en hun weg terug kunnen vinden naar hun startpunt.

Sperma wordt volgens een soortgelijk principe naar het ei verplaatst. Door het 'lock and key'-principe kunnen ze glycoproteïnen op het ei-oppervlak vinden, waardoor ze de cel kunnen binnendringen. Het principe speelt dus een doorslaggevende rol voor de menselijke voortplanting op grotere schaal en is relevant voor de evolutiebiologie.

Ziekten en aandoeningen

Het slot-en-sleutel-principe is niet alleen cruciaal voor natuurlijke lichaamsprocessen, maar ook voor pathologische processen in het menselijk of dierlijk lichaam. Enerzijds blokkeren bepaalde stoffen in medicijnen en andere stoffen individuele receptoren volgens het lock and key-principe. Morfine schakelt bijvoorbeeld de hoestdrang uit, omdat de actieve ingrediënten zich precies binden aan de cellen in het zenuwstelsel die verantwoordelijk zijn voor de hoestdrang.

Bovendien heeft de stof op dezelfde manier een pijnstillende werking en bindt het zich volgens het lock and key-principe aan pijnreceptoren voornamelijk in de hersenschors. Door de band worden pijnprikkels niet meer doorgegeven. Dus hoewel theoretisch pijnlijke prikkels nog steeds worden ontvangen, worden ze niet langer verwerkt en bereiken ze niet langer het bewustzijn. De geneeskunde gebruikt dit principe om patiënten met acute en chronische pijn, zoals kankerpatiënten, te behandelen.

Anderzijds kan de blokkade van zenuwcellen volgens het lock and key-principe ook relevante lichaamsprocessen verstoren of uitschakelen en daarmee de gezondheid van een patiënt negatief beïnvloeden.

Het 'lock and key'-principe is net zo pathologisch in verband met virussen. Deze organismen hebben bepaalde complementaire structuren, die ook bekend staan ​​als aanmeerplaatsen. Door het koppelingspunt van een virus kan het de betreffende host infecteren.

Ook binnen de medische diagnostiek is het hand-in-handschoenprincipe van medisch belang. Diagnostische methoden zoals het typeren van individuele weefsels als onderdeel van een biopsie, de diagnose van infecties en de DNA-detectie of de bloedgroepdiagnose zijn in wezen gebaseerd op detectie door middel van het principe.

Bovendien zijn veel stofwisselingsziekten gebaseerd op een stoornis van het hand-in-handschoenprincipe. Dit geldt bijvoorbeeld voor de vorm van diabetes mellitus, waarbij sprake is van volledige insulineresistentie. In het geval van insulineresistentie past de "hand" insuline niet meer in de "handschoen" insulinereceptor. De celreceptoren reageren niet meer adequaat op de insuline en de opname van suiker in de individuele cellen vindt slechts in onvoldoende mate plaats.

Naast deze relaties speelt het induced-fit-concept een belangrijke rol in de dagelijkse medische praktijk, bijvoorbeeld bij vaccinaties, maar ook bij allergieën.