Ligando: definición en bioquímica, unión a receptores y afinidad
Ligando en bioquímica: descubre qué es, cómo se une a receptores, tipos (sustratos, inhibidores, neurotransmisores) y qué determina su afinidad.
Un ligando es una sustancia bioquímica cuya función es unirse a una molécula biológica —habitualmente una proteína— y provocar que ésta realice o modifique una función. La unión del ligando suele inducir un cambio conformacional en la proteína receptora, lo que altera su comportamiento y su actividad biológica.
Definición y papel en la señalización
En un sentido más estricto, un ligando es un desencadenante de señales que se une a un sitio específico en una proteína objetivo (por ejemplo, receptores de membrana, enzimas o proteínas transportadoras). Esta interacción es el primer paso de muchas vías de comunicación celular: la unión puede activar una cascada de señalización, inhibir una actividad enzimática o marcar una molécula para su transporte o degradación.
Mecanismo de unión
La unión entre ligando y receptor se establece mediante fuerzas intermoleculares no covalentes, como enlaces iónicos, enlaces de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals. En muchos casos la interacción es reversible: el ligando puede disociarse del receptor. Existen también ligandos que se unen covalentemente y forman uniones irreversibles (por ejemplo algunos inhibidores enzimáticos), pero son menos frecuentes en la regulación dinámica normal.
Tipos de ligandos y efectos funcionales
- Ligandos endógenos: neurotransmisores, hormonas, metabolitos y sustratos naturales de enzimas.
- Fármacos y moduladores: agonistas (activan el receptor), antagonistas (bloquean la activación), agonistas parciales, y inverse agonists (reducen una actividad basal).
- Inhibidores y activadores enzimáticos que modulan la velocidad de reacciones bioquímicas.
- Moduladores alostéricos: se unen a un sitio distinto al ortostérico y cambian la respuesta del receptor al ligando principal.
Afinidad y cinética de unión
La tendencia o fuerza de unión entre ligando y receptor se denomina afinidad. Se caracteriza por constantes cinéticas:
- kon (tasa de asociación) y koff (tasa de disociación).
- La constante de disociación aparente Kd = koff/kon; un Kd pequeño indica mayor afinidad.
La afinidad determina cuánta fracción de receptores estará ocupada a una concentración dada de ligando. Valores típicos de Kd en sistemas biológicos abarcan desde pM–nM (afinidad alta) hasta μM–mM (afinidad baja).
Especificidad y cooperatividad
La especificidad describe cuán selectivo es un ligando por su receptor frente a otras moléculas. La estructura tridimensional del sitio de unión y la complementariedad química son determinantes. En proteínas multimericas puede aparecer cooperatividad: la unión de un ligando a un sitio modifica la afinidad de otros sitios (ej. hemoglobina), lo que se cuantifica mediante el coeficiente de Hill.
Medición experimental
La interacción ligando–receptor se estudia con técnicas como ensayos de unión radiomarcada (radioligando), surface plasmon resonance (SPR), microcalorimetría isotérmica (ITC), ensayos funcionales celulares y cristalografía/cry‑EM para ver la estructura del complejo. Estas técnicas permiten determinar afinidad, cinética y efectos funcionales.
Importancia biológica y farmacológica
Los ligandos son centrales en fisiología y farmacología: neurotransmisores y hormonas regulan funciones corporales; fármacos actúan como ligandos para corregir desequilibrios o bloquear vías patológicas; inhibidores dirigidos a enzimas controlan rutas metabólicas. Comprender la naturaleza de la unión y la afinidad es esencial para diseñar fármacos más eficaces y selectivos.
En resumen, un ligando es cualquier molécula que se une a otra biomolécula para modular su función. La fuerza, duración y especificidad de esa unión determinan el resultado funcional en la célula u organismo.
Mioglobina (azul) con su ligando hemo (naranja) unido.
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- Transducción de señales
- Citoquina
- Agonista
- Antagonista del receptor
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un ligamento?
R: Un ligando es una sustancia bioquímica que se une a una molécula biológica para que ésta realice una función.
P: ¿Cómo afecta la unión del ligando a la proteína receptora?
R: La unión del ligando altera la forma de la proteína receptora, lo que a su vez modifica el comportamiento de la proteína.
P: ¿Cómo se produce la unión del ligando?
R: La unión del ligando se produce a través de fuerzas intermoleculares como los enlaces iónicos, los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de van der Waals.
P: ¿Es reversible la unión del ligando?
R: Sí, la unión de ligandos suele ser reversible y puede disociarse.
P: ¿Cuáles son algunos ejemplos de ligandos?
R: Los ligandos incluyen sustratos, inhibidores, activadores y neurotransmisores.
P: ¿Cómo se denomina la tendencia o fuerza de unión?
R: La tendencia o fuerza de unión se denomina afinidad.
P: ¿Cuál es la función específica de un ligando en relación con las proteínas diana?
R: En un sentido más estricto, un ligando es una molécula desencadenante de señales que se une a un sitio específico de una proteína diana.
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