Los ligandos son moléculas de activación de señal más pequeñas que pueden unirse con una molécula más grande, llamada sustrato, para ejercer algún tipo de efecto biológico. El proceso por el cual estos dos tipos de moléculas se unen se llama unión de ligando, que es un proceso vital por el cual las hormonas, neurotransmisores y medicamentos afectan las células. Un ligando puede ser hecho por un organismo, o hecho por el hombre, pero un sustrato es siempre una biomolécula o una molécula producida por un organismo. Por lo general, el sustrato es una proteína objetivo, que contiene sitios específicos para unir ciertos ligandos.
Las fuerzas intermoleculares, o enlaces más débiles formados entre las moléculas, proporcionan los medios para que se produzca la unión del ligando. Los enlaces de hidrógeno, los enlaces iónicos y las fuerzas de Van der Waal se utilizan para facilitar el enlace ligando-sustrato. La relativa debilidad de estos enlaces les permite ser reversibles y que el ligando y el sustrato se disocien uno del otro, sin cambios, después del enlace. En raras ocasiones, se produce la unión covalente, donde el ligando y el sustrato no se disocian después.
Afinidad es un término utilizado para describir la fuerza de unión entre el ligando y el sustrato. Los ligandos de alta afinidad son útiles para inducir cambios en los sustratos, ya que su fuerza de unión les permite permanecer más tiempo en el sitio. Por lo tanto, ciertas proteínas diana, como los receptores celulares con canales iónicos acoplados activados por unión, estarían unidas de manera más efectiva por un ligando con alta afinidad.
La unión del ligando puede tener varios efectos sobre la proteína objetivo, y se clasifican según los cambios estructurales que tienen lugar después de la unión. El término agonista se refiere a un ligando que se une a un sitio receptor en la proteína y provoca una respuesta física. Los agonistas parciales se unen al sitio del receptor, pero solo son capaces de causar una respuesta parcial o incompleta. Los antagonistas también se unen a los receptores, pero no provocan ninguna respuesta. Estos términos se refieren a la eficacia de unión al ligando, o la capacidad de una molécula para causar una respuesta cuando se une.
Debido a los sitios limitados del receptor en un área, la unión del ligando se vuelve competitiva cuando está presente más de uno de estos compuestos. El compuesto con mayor afinidad generalmente se unirá a sustratos en concentraciones más altas que uno con menor afinidad. Sin embargo, los ligandos se unen y disocian constantemente de los receptores, lo que significa que habrá una menor concentración de ligandos de menor afinidad unidos a los receptores en cualquier momento dado. Tanto la afinidad como la eficacia de los ligandos determinan cómo responderán los sustratos en su presencia.