I ligandi sono molecole di innesco di segnale più piccole che possono unirsi a una molecola più grande, chiamata substrato, per esercitare un qualche tipo di effetto biologico. Il processo attraverso il quale questi due tipi di molecole si uniscono si chiama legame del ligando, che è un processo vitale mediante il quale ormoni, neurotrasmettitori e farmaci influenzano le cellule. Un ligando può essere prodotto da un organismo o creato dall’uomo, ma un substrato è sempre una biomolecola o una molecola prodotta da un organismo. Di solito, il substrato è una proteina bersaglio, contenente siti specifici per legare determinati ligandi.
Forze intermolecolari, o legami più deboli formati tra le molecole, forniscono i mezzi per il legame del ligando. I legami idrogeno, i legami ionici e le forze di Van der Waal sono tutti usati per facilitare il legame ligando-substrato. La relativa debolezza di questi legami consente loro di essere reversibili e di dissociarsi tra il ligando e il substrato, invariati, dopo il legame. In rare occasioni, si verifica un legame covalente, in cui il ligando e il substrato non si dissociano in seguito.
Affinità è un termine usato per descrivere la forza di legame tra il ligando e il substrato. I ligandi ad alta affinità sono utili per indurre cambiamenti nei substrati, poiché la loro forza di legame consente loro di rimanere più a lungo nel sito. Alcune proteine ??bersaglio, come i recettori cellulari con canali ionici accoppiati attivati ??dal legame, sarebbero quindi più efficacemente legati da un ligando con elevata affinità.
Il legame con i ligandi può avere diversi effetti sulla proteina bersaglio e sono classificati in base ai cambiamenti strutturali che avvengono dopo il legame. Il termine agonista si riferisce a un ligando che si lega a un sito recettore sulla proteina e provoca una risposta fisica. Gli agonisti parziali si legano al sito del recettore, ma sono solo in grado di causare una risposta parziale o incompleta. Gli antagonisti si legano anche ai recettori, ma non provocano alcuna risposta. Questi termini si riferiscono all’efficacia del legame del ligando o alla capacità di una molecola di provocare una risposta quando legata.
A causa dei siti di recettori limitati in un’area, il legame con i ligandi diventa competitivo quando è presente più di uno di questi composti. Il composto con un’affinità più elevata di solito si legherà ai substrati in concentrazioni più elevate rispetto a uno con un’affinità inferiore. I ligandi si legano e si dissociano costantemente dai recettori, tuttavia, il che significa che ci sarà una minore concentrazione di ligandi di affinità inferiore legati ai recettori in qualsiasi momento. Sia l’affinità che l’efficacia dei ligandi determinano il modo in cui i substrati risponderanno in loro presenza.