Ligand
Ligand
Englischer Begriff
ligand
Definition
Ligand ist eine Substanz oder Teil einer Substanz, die sich an einen Rezeptor im weitesten Sinn (Zielprotein) bzw. eine ligandenspezifische Bindungsdomäne bindet oder an ein Zentralatom gebunden ist. Anschaulich gilt das Schlüssel-Schloss-Prinzip bzw. angesichts der konformativen Flexibilität das Hand-in-Hand-Prinzip (Induced-fit-Konzept). Die Bindung des Liganden an ein Protein führt zu einem Signal und zu Änderungen der Konformation und des Funktionszustandes des Proteins. Biologisch wichtig sind Bindungen von Proteinen oder kleinen (ionisierten) Molekülen an die Doppelhelix der DNA. Die Bindungskräfte beruhen auf ionischen Anziehungskräften, Wasserstoffbrückenbindungen sowie hydrophoben und Van-der-Waals-Kräften. Liganden umfassen Substrate, Agonisten (Aktivatoren), Antagonisten (Inhibitoren) und (Neuro-)Transmitter. Neue Entwicklungen sind die künstlich hergestellten Aptamere (kurzkettige RNA oder DNA), die an bestimmte Zielstrukturen binden. Varianten der Kombination zwischen Ligand und spezifischem Bindungsmolekül finden sich in der folgenden Tabelle:
Bindungsmolekül | Ligand |
|---|---|
Metall(ion) | Chelatbildner |
Bindungs-, Trägerproteine | Proteohormone, Steroide |
Substrat, Koenzym, Inhibitor (Antimetabolit) | |
Rezeptor (im engeren Sinn) | |
Lektine, Phytagglutinine | |
Streptavidin, Avidin |
Die Stärke der Ligandbindung wird charakterisiert durch die Konzentration, bei der die Hälfte der Rezeptorbindungsstellen besetzt sind (IC50). Die Bindungsaffinität wird in vivo auch beeinflusst von der Umgebung, wie Lösungsmittel, pH, Ionenkonzentration und strukturellen Formen von Ligand und/oder Rezeptor.
Methoden zur Ermittlung der Bindungsaffinitäten:
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Gleichgewichtsdialyse
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Kofraktionierung bei Gelchromatographie
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Bimolekulare Interaktionsanalyse: Der gelöste Ligand wird an einem immobilisierten Bindungsmolekül vorbeigepumpt und die Bindung mittels Brechungsindex gemessen
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Isotherme Titrationskalorimetrie
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Stimulierung von Ionenkanälen nach Bindung an den Rezeptor (Patch-clamp-Technik)
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Allgemeine spektroskopische/strukturelle Techniken, wie Circulardichroismus, Raman-Spektroskopie, NMR, MS, (Polarisations-)Fluoreszenzintensität und andere
Anwendungen:
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Ligandenchromatografie bzw. Affinitätschromatographie mit immobilisierten Liganden zur Trennung von Enzymen, Antigenen, Antikörpern und Rezeptoren
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Entwicklung von Antimetaboliten gegen Viren, Bakterien und Karzinome
Literatur
Seidel SA, Dijkman PM, Lea WA et al (2013) Microscale thermophoresis quantifies biomolecular interactions under previously challenging conditions. Methods 59:301–315CrossRef