Лиганд — биохимично определение, функции, видове и афинитет

Лигандът е биохимично вещество, чиято основна роля е да се свързва с друга биологична молекула — най-често протеин — и да предизвиква или модулира определена функция. Свързването на лиганда обикновено променя конформацията на рецепторния протеин и по този начин променя поведението и активността на протеина. В по-тесен смисъл лигандът е сигнална молекула, която се свързва с конкретно място в целеви протеин.

Как се осъществява свързването

Свързването между лиганда и мишената молекула се дължи на различни междумолекулни сили, като йонни връзки, водородни връзки, сили на Ван дер Ваалс и хидрофобни взаимодействия. Тези сили обикновено са слаби на единично ниво, но в сумата си позволяват силно и специфично свързване. Свързването (асоциирането) обикновено е обратимо — при което се наблюдава и дисоцииране.

Видове лиганди и примери

• Ендогенни лиганди: хормони (напр. инсулин), невротрансмитери (напр. серотонин, допамин), йони и метаболити.
• Екзогенни лиганди: лекарствени молекули, токсини и някои растителни вещества.
• Функционални типове: субстрати (за ензими), инхибитори, активатори, антагонисти, агонист и частични агонисти.
• Специални категории: ко-фактори и коензими, всички те действат като лиганди спрямо ензимите или рецепторите.

Места на свързване

• Активен сайт — мястото, където ензимът свързва своя субстрат.
• Ортостатично място — мястото, където се свързва основният (ендогенен) лиганд.
• Алостерично място — отделно от ортостатичното; свързването тук променя формата и активността на протеина (алостерична модулация).

Афинитет и кинетика

Тенденцията или силата на свързване се нарича афинитет. Афинитетът често се характеризира чрез дисоциационната константа (Kd): по-ниска стойност на Kd означава по-висок афинитет (лигандът остава по-дълго свързан). Свързването има и кинетични параметри: скорост на асоциация (kon) и скорост на дисоциация (koff). При равновесие Kd = koff/kon.

Специфичност, селективност и кооперативност

• Специфичност — степента, до която лигандът разпознава точно определена молекула или сайт.
• Селективност — предпочитание към един тип рецептор пред друг, важна при проектиране на лекарства, за да се намалят страничните ефекти.
• Кооперативност — взаимодействие между различни свързващи sites; при положителна кооперативност свързването на един лиганд улеснява свързването на следващите (напр. хемоглобин).

Агонист, антагонист и ефективност

Агонистът свързва рецептора и индуцира функция (пълен агонист дава максимален ефект). Антагонистът свързва рецептора, без да активира функцията, и блокира действията на агониста. Частичният агонист предизвиква частична активност, а инверсният агонист намалява базовата активност на рецептора. Важна е разликата между афинитет (способност за свързване) и ефикасност (способност за индуциране на ефект).

Методи за измерване

Някои често използвани методи за изследване на взаимодействието лиганд–мишена:

• Радиолигандно свързване (radioligand binding)
• Изотермална титрационна калориметрия (ITC)
• Повърхностен плазмонен резонанс (SPR)
• Флуоресцентни и биофизични методи, електрофизиология за йонни канали

Физиологично и клинично значение

Лигандите са в центъра на клетъчната комуникация и метаболитната регулация — от предаването на нервни импулси до контрол на метаболизма и растежа. В медицината разбирането на лиганд-рецепторните взаимодействия е основа за разработване на лекарства: целта е да се създадат молекули с подходящ афинитет, селективност и ефективност за лечение на болести, като минимизират нежеланите реакции.

Кратко обобщение

Лигандът е молекула, която се свързва специфично с целева биологична молекула и променя нейната функция. Свързването е резултат от комбинирани междумолекулни сили и обикновено е обратимо. Лигандите могат да бъдат субстрати, инхибитори, активатори, невротрансмитери и др., а силата на свързване се нарича афинитет.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява сухожилието?

В: Как свързването на лиганда влияе на рецепторния протеин?

В: Как се осъществява свързването на лиганда?

В: Обратното свързване на лиганда ли е?

В: Какви са някои примери за лиганди?

В: Как се нарича тенденцията или силата на свързване?

В: Каква е специфичната функция на лиганда по отношение на целевите протеини?

Търсене по буква