Ligando

Este artigo trata sobre os ligandos em bioquímica. Para os ligandos em coordenação de metais em química inorgânica, ver Ligante (química inorgânica). :Não confundir com Ligante (aglomerante ou aglutinante)^[1][2]

Em bioquímica e farmacologia, um ligando^[3] (do latim ligare, 'unir') é uma substância que forma um complexo com uma biomolécula (proteína ou ácido nucleico) para realizar uma função biológica, como a estabilização estrutural, catálise, modulação de uma atividade enzimática ou transmissão de um sinal. Na ligação proteína-ligando, o ligando é uma molécula que desencadeia um sinal ao ligar-se a um sítio de ligação na proteína alvo. Entre os ligandos estão, entre outros, os substratos, inibidores enzimáticos, ativadores, hormonas e neurotransmissores. Nos estudos de ligação ADN-ligando, o ligando pode ser uma pequena molécula, ião,^[4] ou proteína^[5] que se liga à dupla hélice do ADN.

A ligação do ligando ocorre por forças intermoleculares, como ligações iónicas, ligações de hidrogénio e forças de van der Waals. A ligação ou "ancoragem" ao receptor (a associação entre ambos) é geralmente reversível, pelo que a dissociação ocorre posteriormente. É raro nos sistemas biológicos que a ligação ocorra por meio de uma ligação covalente irreversível. Ao contrário do significado que ligando tem em metalorgânica e química inorgânica, em bioquímica é irrelevante que o ligando se ligue a um sítio metálico, mas isso ocorre em alguns casos, como na hemoglobina. Os ligandos podem ligar-se, entre outros, a enzimas, receptores de membrana ou intracelulares, canais iónicos, proteínas de transporte ou armazenamento, proteínas reguladoras, ou anticorpos.

A ligação do ligando a um receptor (proteína receptora) altera a sua forma tridimensional (conformação). O estado conformacional de uma proteína receptora determina o seu estado funcional. A tendência ou força de ligação ao seu receptor é denominada afinidade. A afinidade de ligação é determinada não só pelas interações diretas, mas também pelos efeitos do solvente, que pode ter um efeito indireto dominante na formação de ligações não covalentes na solução.^[6] Os radioligandos são compostos rotulados com radioisótopos, que são utilizados in vivo como marcadores nos estudos com tomografia de emissão de positrões (PET) e para estudos de ligação de ligandos in vitro.

As interações da maioria dos ligandos com os seus sítios de ligação podem ser caracterizadas em termos de afinidade de ligação. Em geral, a ligação de alta afinidade de ligandos deve-se a que as forças intermoleculares entre o ligando e o seu receptor são grandes, enquanto a ligação de baixa afinidade do ligando envolve menores forças intermoleculares entre o ligando e o seu receptor. Em geral, a ligação de alta afinidade implica que o ligando permanece mais tempo no seu sítio de ligação no receptor do que quando a afinidade de ligação é baixa. A alta afinidade de ligação dos ligandos aos receptores é muitas vezes importante fisiologicamente quando parte da energia de ligação pode ser utilizada para causar uma mudança conformacional no receptor, o que resulta numa alteração no comportamento de um canal iónico ou enzima associados.

Um ligando que se pode ligar ao seu receptor, que altera a função do receptor e desencadeia uma resposta fisiológica é denominado um agonista para esse receptor. Os agonistas que se ligam a um receptor podem ser caracterizados pela quantidade de resposta fisiológica que é originada e pela concentração do agonista que é necessária para produzir a resposta fisiológica. Quando um ligando tem alta afinidade, isso significa que uma concentração relativamente baixa do ligando é suficiente para uma ocupação máxima do sítio de ligação ao ligando e desencadear uma resposta fisiológica. Quando um ligando tem baixa afinidade, isso significa que é necessária uma concentração relativamente alta do ligando para que o sítio de ligação apresente uma ocupação máxima e haja uma resposta fisiológica máxima. No exemplo do gráfico à direita, dois ligandos diferentes ligam-se ao mesmo sítio de ligação do receptor. Apenas um dos agonistas que se mostram pode estimular ao máximo o receptor e, assim, pode ser definido como um "agonista completo". Um agonista que só pode ativar parcialmente a resposta fisiológica é denominado "agonista parcial". Os ligandos que se ligam a um receptor mas não conseguem ativar a resposta fisiológica são "antagonistas" do receptor. Neste exemplo, a concentração na qual o agonista completo (curva vermelha) pode ativar o receptor à metade do valor máximo é de aproximadamente 5,0 nanomolar.

No exemplo à esquerda, são mostradas as curvas de ligação ao ligando para dois ligandos com diferentes afinidades de ligação. O ligando representado pela curva vermelha tem uma maior afinidade de ligação e uma menor constante de dissociação ou K_d do que o ligando representado pela curva verde. Se estes dois ligandos estivessem presentes ao mesmo tempo, ligar-se-ia mais quantidade do ligando de alta afinidade aos sítios de ligação ao receptor disponíveis. É assim que o monóxido de carbono pode competir com o oxigénio para se ligar à hemoglobina, originando um envenenamento por monóxido de carbono. A afinidade de ligação é geralmente determinada utilizando um ligando marcado radioactivamente, o que é conhecido como "ligando quente". Os experimentos de ligação competitiva de homólogos envolvem a competição pelo sítio de ligação entre um "ligando quente" e um "ligando frio" (ligando não marcado).^[7] Os métodos sem marcação ou rotulagem, como a ressonância do plasmão de superfície e interferometria de polarização dual podem também quantificar a afinidade a partir de ensaios baseados na concentração, mas também a partir da cinética de associação e dissociação, e, no último caso, a mudança conformacional induzida pela ligação. Recentemente, foi desenvolvida a termoforese em microescala (MST), um método sem imobilização.^[8] Este método permite a determinação da afinidade de ligação sem qualquer limitação da massa molecular do ligando.^[9] Também é usada a mecânica estatística para o estudo quantitativo da afinidade de ligação ligando-receptor.^[10]

Os dados de afinidade de ligação por si sós não determinam a potência global de um fármaco. A potência é o resultado das complexas interações da afinidade de ligação e da eficácia do ligando. A eficácia do ligando refere-se à capacidade do ligando de produzir uma resposta biológica após se ligar ao seu receptor alvo e a medida quantitativa dessa resposta. Esta resposta pode ser como agonista, antagonista, ou agonista inverso, dependendo da resposta fisiológica produzida.^[11]

Os ligandos seletivos ligam-se a um ou poucos receptores, enquanto os ligandos não seletivos ligam-se a vários tipos de receptores. Isto é muito importante em farmacologia, já que os fármacos que não são seletivos tendem a apresentar mais efeitos adversos, porque se ligam a vários receptores além do receptor que gera os efeitos desejados.

Os ligandos bivalentes consistem em duas moléculas conectadas. São utilizados em investigação científica para detetar receptores dímeros e investigar as suas propriedades. Os ligandos bivalentes são geralmente grandes e tendem a não ser do "tipo fármaco", o que limita a sua aplicabilidade clínica.^[12][13]