Ligando Definizione

In biochimica, un ligando è qualsiasi molecola o atomo che si lega reversibilmente ad una proteina. Un ligando può essere un singolo atomo o ion. Può anche essere una molecola più grande e più complessa fatta da molti atomi. Un ligando può essere naturale, come molecola organica o inorganica. Un ligando può anche essere fatto sinteticamente, in laboratorio. Questo perché le proprietà chiave di un ligando si trovano nella sua struttura chimica., Se tale struttura può essere ricreata in laboratorio, il ligando sintetico sarà in grado di interagire negli stessi modi in cui agisce un ligando naturale.

Come funziona un ligando

Il ligando viaggia attraverso i fluidi acquosi di un organismo, all’interno del sangue, dei tessuti o all’interno di una cellula stessa. Il ligando viaggia a caso, ma una volta che la concentrazione è abbastanza alta, un ligando alla fine raggiungerà una proteina. Le proteine che ricevono ligandi possono essere recettori, canali e possono anche essere l’inizio di una serie complessa di proteine intrecciate., Quando il ligando si lega alla proteina, subisce un cambiamento conformazionale. Ciò significa che mentre nessun legame chimico è stato formato o rotto, l’azione fisica del legante che si inserisce nella proteina cambia la forma complessiva dell’intera struttura. Questo può innescare molte azioni. Nella maggior parte dei casi, il movimento della proteina stessa attiva un’altra via chimica, o innesca il rilascio di un altro ligando messaggero, per portare il messaggio ad altri recettori.,

La reversibilità del legame tra ligando e proteina è un aspetto cruciale di tutte le forme di vita. Se leganti legati irreversibilmente, non potevano servire come messaggeri, e la maggior parte dei processi biologici sarebbe cadere a pezzi. Se i ligandi sono stati cambiati, il modo in cui un enzima cambia un substrato, il ligando diventerebbe qualcos’altro dopo l’interazione, e non potrebbe essere facilmente riciclato come un messaggero. Le proteine biologicamente attive sono attive a causa della loro forma., Questa forma interagisce con la chimica del ligando per creare una connessione stabile tra le due molecole, che alla fine si invertirà, lasciando entrambe le molecole uguali. In un substrato e una reazione enzimatica, il substrato viene modificato in modo permanente.

È questa capacità del ligando, di attivare una proteina per un breve lasso di tempo e quindi essere riciclata, che consente il controllo biologico di molte interazioni. La quantità di tempo che un ligando trascorre attaccato al suo recettore o proteina specifica è una funzione dell’affinità tra il ligando e la proteina., Se c’è un’alta affinità, il ligando tenderà ad attaccarsi alla proteina e modificarne la funzione più a lungo. Se il ligando ha una bassa affinità per la proteina, sarà meno probabile che si leghi in primo luogo e rilascerà dal recettore più velocemente.

L’affinità di un particolare ligando per una particolare proteina è determinata interamente dalla sua composizione chimica e da quella del sito di legame della proteina. Al sito di legame, gli amminoacidi saranno esposti che tendono a completare il ligando desiderato. Gli amminoacidi corrisponderanno al ligando in determinati aspetti., Ad esempio, entrambi saranno idrofili o idrofobici. Ciò aumenta l’attrazione tra le sostanze. Gli amminoacidi tendono a differire dal ligando in termini di attività elettrica. Se il ligando è caricato positivamente, il sito di legame dovrebbe essere caricato negativamente. Questo crea l’interazione più forte. In questo modo, le proteine possono ottenere un certo grado di specificità per un ligando.

Mentre questa è la base per come le cellule possono iniziare a distinguere diverse molecole, è anche al centro di uno dei maggiori problemi di un organismo., Molti veleni e sostanze tossiche sono così tossici a causa della loro capacità di interferire con il processo di legame proteina-ligando. O la tossina si lega direttamente alla proteina stessa, perché ha una maggiore affinità, o la tossina impedisce altrimenti il normale legame di un ligando alla sua proteina bersaglio. Esempi di ligandi e alcune tossine competitive possono essere visti sotto.

Esempi di un ligando

Ossigeno

Un ligando che le persone spesso trascurano è l’ossigeno. Nel sangue e nei tessuti corporei, l’ossigeno deve raggiungere tutti i mitocondri nel corpo se l’organismo deve sopravvivere., Ma non è un compito facile ottenere ossigeno ovunque. Se l’ossigeno è stato lasciato per diffondere attraverso il tessuto alle cellule, può passare solo pochi strati di cellule di spessore. Ecco perché tutti gli organismi di una certa dimensione devono contenere una sorta di sistema circolatorio. Anche ancora, è difficile spostare il ligando di ossigeno dove è necessario. Molti organismi usano proteine specializzate per questo.

Nell’uomo e in altri mammiferi, l’emoglobina è la principale proteina del sangue responsabile del trasporto dell’ossigeno. La proteina dell’emoglobina prima si attacca a un ligando chiamato eme, che ha un atomo di ferro e può aiutare a legare l’ossigeno., Quindi, l’emoglobina raccoglie ossigeno nei polmoni. Mentre viaggia verso il corpo, il contenuto di anidride carbonica nel sangue aumenta. Mentre ciò accade, il pH si abbassa e la conformazione dell’emoglobina cambia. Questo costringe il rilascio del ligando, ossigeno, che può poi essere assorbito dalle cellule che ne hanno bisogno.

Un concorrente principale dell’ossigeno è il monossido di carbonio. Questo perché il monossido di carbonio ha una maggiore affinità per l’emoglobina rispetto all’ossigeno. In altre parole, una volta che il monossido di carbonio è legato all’emoglobina, non si staccherà., Ciò significa che qualcuno esposto a grandi quantità di monossido di carbonio avrà presto tutta la loro emoglobina satura dal ligando sbagliato. Il loro corpo non avrà alcuna capacità di trasferire ossigeno al cervello e ai tessuti. Anche se la persona riceve ossigeno dopo questo, può ancora soffocare a causa della loro incapacità di trasportare l’ossigeno.

Dopamina

La dopamina è un ligando usato pesantemente nel cervello. Quando il cervello rilascia dopamina, è come un segnale di un piacere proveniente dal successo. In altre parole, la dopamina è legata alla sensazione di motivazione., I recettori della dopamina nel cervello si attivano quando il ligando dopamina viene rilasciato dal cervello. Quando i recettori sono pieni di dopamina, il tuo cervello si sente come se avessi fatto qualcosa di buono. Questo centro di ricompensa comune può essere facilmente buttato via da droghe come cocaina e metanfetamina.

Questi farmaci, invece di essere in diretta competizione con il ligando, aumentano effettivamente la sua efficacia. Lo fanno limitando la quantità di dopamina che può essere riciclata. Quindi, il cervello rimane in uno stato costante di sentirsi “ricompensato”., Questa è la sensazione pericolosa che può facilmente portare alla tossicodipendenza. Anche se la logica ti dice che le droghe sono cattive, i sentimenti prodotti dal tuo cervello e la dopamina extra si sentono reali e ti dicono di usare di più la droga.

Altri usi Ligando

Ligandi sono utilizzati in molte altre applicazioni dalle cellule. Le proteine che controllano possono variare ampiamente nel tipo e nella funzione. Alcuni ligandi, come l’insulina, sono usati per segnalare varie cose al metabolismo di ogni cellula. Un altro ligando, come l’acetilcolina, viene utilizzato dal cervello per trasferire gli impulsi nervosi tra i nervi., In questo caso, apre un canale ligando-gated, che permette all’impulso elettrico di fluire nella cella e giù per la lunghezza di esso. Questa cella trasmetterà quindi acetilcolina alla cella successiva e il segnale continuerà.

Alcuni enzimi sono controllati da leganti regolatori, che attivano efficacemente l’enzima. Senza di esso, non hanno la forma adeguata per trasformare le molecole su cui operano. Quando il ligando è presente, tuttavia, questi enzimi prendono vita e funzionano correttamente. Molti ligandi sono necessari per controllare il metabolismo e altri processi complessi., Ogni ligando ha una certa affinità, che è importante, e anche un punto in cui i recettori si saturano. Al di sopra di questo limite, nessuna maggiore concentrazione di ligando porterà una reazione maggiore.

In chimica generale, un ligando può riferirsi a qualsiasi molecola legata a un metallo di transizione. Questo non è il caso in biologia. In biologia, un ligando è qualsiasi molecola che si attacca reversibilmente a una proteina. Questi sono tipicamente utilizzati nella segnalazione cellulare e nella regolazione cellulare, ma hanno molti altri usi.

Quiz

1. Quale dei seguenti NON è un ligando?
A. Aria
B. Insulina
C., Proteina batterica

2. Selezionare l’istruzione true.
A. Tutti i ligandi si sono evoluti per la loro proteina specifica
B. Un ligando può essere utilizzato solo una volta
C., Un ligando cambia la conformazione della proteina che colpisce

3. Quale organismo sotto NON usa ligandi?
A. Tree
B. Fish
C. Worm
D. Tutti gli organismi usano ligandi