Definição do ligante
Na bioquímica, um ligante é qualquer molécula ou átomo que se liga reversivelmente a uma proteína. Um ligante pode ser um átomo ou íon individual. Também pode ser uma molécula maior e mais complexa feita de muitos átomos. Um ligante pode ser natural, como uma molécula orgânica ou inorgânica. Um ligante também pode ser feito sinteticamente, no laboratório. Isso ocorre porque as principais propriedades de um ligante são encontradas em sua estrutura química. Se essa estrutura puder ser recriada em laboratório, o ligante sintético poderá interagir da mesma maneira que um ligante natural atua.
Como funciona um ligante
O ligante viaja pelos fluidos aquosos de um organismo, dentro do sangue, tecidos ou dentro de uma célula. O ligante viaja aleatoriamente, mas uma vez que a concentração é alta o suficiente, um ligante acabará atingindo uma proteína. As proteínas que recebem ligantes podem ser receptores, canais e podem até ser o início de uma série complexa de proteínas entrelaçadas. Quando o ligante se liga à proteína, ele passa por uma mudança conformacional. Isso significa que, embora nenhuma ligação química tenha sido formada ou quebrada, a ação física do ligante se encaixa na proteína altera a forma geral de toda a estrutura. Isso pode desencadear muitas ações. Na maioria dos casos, o movimento da proteína em si ativa outra via química ou desencadeia a liberação de outro ligante mensageiro, para levar a mensagem a outros receptores.
A reversibilidade do vínculo entre ligante e proteína é um aspecto crucial de todas as formas de vida. Se os ligantes se vinculassem irreversivelmente, eles não poderiam servir como mensageiros, e a maioria dos processos biológicos desmoronaria. Se os ligantes fossem alterados, a maneira como uma enzima muda de substrato, o ligante se tornaria outra coisa após a interação e não poderia ser tão facilmente reciclado quanto um mensageiro. As proteínas biologicamente ativas são ativas devido à sua forma. Essa forma interage com a química do ligante para criar uma conexão estável entre as duas moléculas, que acabarão reverter, deixando as duas moléculas iguais. Em uma reação de substrato e enzima, o substrato é alterado permanentemente.
É essa capacidade do ligante, de ativar uma proteína por um curto período de tempo e depois ser reciclada, o que permite o controle biológico de muitas interações. A quantidade de tempo que um ligante gasta ligado ao seu receptor ou proteína específica é uma função da afinidade entre o ligante e a proteína. Se houver uma alta afinidade, o ligante tenderá a manter a proteína e modificar sua função por mais tempo. Se o ligante tiver uma baixa afinidade pela proteína, será menos provável que se una em primeiro lugar e será liberado do receptor mais rapidamente.
A afinidade de um ligante específica para uma proteína específica é determinada inteiramente por sua composição química e pelo local de ligação da proteína. No local de ligação, serão expostos aminoácidos, que tendem a complementar o ligante desejado. Os aminoácidos corresponderão ao ligante em certos aspectos. Por exemplo, ambos serão hidrofílicos ou hidrofóbicos. Isso aumenta a atração entre as substâncias. Os aminoácidos tendem a diferir do ligante em termos de atividade elétrica. Se o ligante for carregado positivamente, o local de ligação deve ser carregado negativamente. Isso cria a interação mais forte. Dessa maneira, as proteínas podem obter um certo grau de especificidade para um ligante.
Embora essa seja a base de como as células podem começar a diferenciar diferentes moléculas, ela também está no coração de um dos maiores problemas de um organismo. Muitos venenos e substâncias tóxicas são tão tóxicas devido à sua capacidade de interferir no processo de ligação proteína-ligante. A toxina se liga diretamente à própria proteína, porque possui uma afinidade mais alta, ou a toxina impede a ligação normal de um ligante à sua proteína alvo. Exemplos de ligantes e algumas toxinas competitivas podem ser vistos abaixo.
Exemplos de um ligante
Oxigênio
Um ligante que as pessoas geralmente negligenciam é o oxigênio. Na corrente sanguínea e nos tecidos do corpo, o oxigênio deve atingir todas as mitocôndrias do corpo para que o organismo sobreviva. Mas, não é uma tarefa fácil obter oxigênio em todos os lugares. Se o oxigênio foi deixado para difundir através do tecido para as células, ele pode passar apenas algumas camadas celulares de espessura. É por isso que todos os organismos de um determinado tamanho devem conter algum tipo de sistema circulatório. Mesmo assim, é difícil mover o ligante de oxigênio para onde é necessário. Muitos organismos usam proteínas especializadas para isso.
Em humanos e outros mamíferos, a hemoglobina é a principal proteína do sangue responsável pelo transporte de oxigênio. A proteína hemoglobina se liga primeiro a um ligante chamado heme, que possui um átomo de ferro e pode ajudar a ligar o oxigênio. Assim, a hemoglobina capta oxigênio nos pulmões. À medida que viaja para o corpo, o teor de dióxido de carbono no sangue aumenta. Por isso, o pH diminui e a conformação das mudanças de hemoglobina. Isso força a liberação do ligante, o oxigênio, que pode ser absorvido pelas células que precisam.
Um principal concorrente de oxigênio é o monóxido de carbono. Isso ocorre porque o monóxido de carbono tem uma maior afinidade pela hemoglobina do que o oxigênio. Em outras palavras, uma vez que o monóxido de carbono está ligado à hemoglobina, ele não sairá. Isso significa que alguém exposto a grandes quantidades de monóxido de carbono em breve terá toda a sua hemoglobina saturada pelo ligante errado. Seu corpo não terá capacidade de transferir oxigênio para os cérebros e tecidos. Mesmo que a pessoa obtenha oxigênio depois disso, ela ainda pode sufocar por causa de sua incapacidade de transportar o oxigênio.
Dopamina
A dopamina é um ligante usado fortemente no cérebro. Quando o cérebro libera dopamina, é um sinal de um prazer proveniente do sucesso. Em outras palavras, a dopamina está ligada à sensação da motivação. Os receptores de dopamina no seu cérebro são ativados quando a dopamina do ligante é liberada pelo cérebro. Quando os receptores estão cheios de dopamina, seu cérebro parece que você fez algo de bom. Este centro de recompensa comum pode ser facilmente descartado por drogas como cocaína e metanfetamina.
Esses medicamentos, em vez de estarem em concorrência direta com o ligante, aumentam sua eficácia. Eles fazem isso limitando a quantidade de dopamina que pode ser reciclada. Assim, o cérebro permanece em constante estado de sentir -se “recompensado”. Esse é o sentimento perigoso que pode facilmente levar ao vício em drogas. Embora a lógica diga que as drogas são ruins, os sentimentos produzidos pelo seu cérebro e a dopamina extra parecem reais e dizem para você usar mais a droga.
Outros usos do ligante
Os ligantes são usados em muitas outras aplicações pelas células. As proteínas que eles controlam podem variar amplamente de tipo e função. Alguns ligantes, como a insulina, são usados para sinalizar várias coisas para o metabolismo de cada célula. Outro ligante, como a acetilcolina, é usado pelo cérebro para transferir impulsos nervosos entre os nervos. Nesse caso, ele abre um canal de dependência de ligantes, que permite que o impulso elétrico flua para a célula e abaixo do comprimento dela. Essa célula transmitirá acetilcolina para a próxima célula e o sinal continuará.
Algumas enzimas são controladas por ligantes regulatórios, que efetivamente ligam a enzima. Sem ele, eles não têm a forma adequada para transformar as moléculas em que operam. Quando o ligante está presente, no entanto, essas enzimas ganham vida e funcionam corretamente. Muitos ligantes são necessários para controlar o metabolismo e outros processos complexos. Cada ligante tem uma certa afinidade, o que é importante, e também um ponto em que os receptores ficam saturados. Acima desse limite, nenhuma concentração maior de ligante trará uma reação maior.
Em química geral, um ligante pode se referir a qualquer molécula ligada a um metal de transição. Este não é o caso da biologia. Na biologia, um ligante é qualquer molécula que se liga reversivelmente a uma proteína. Eles são normalmente usados na sinalização celular e regulação celular, mas têm muitos outros usos.
Questionário
1. Qual das alternativas a seguir não é um ligante? A. Air B. Insulina C. Proteína bacteriana
Resposta à pergunta nº 1
A está correto. O ar é feito de muitas moléculas diferentes. Há oxigênio, nitrogênio, hélio, dióxido de carbono e uma série de outros materiais. Cada um deles pode ser um ligante em algum sistema, mas todos não podem ser um ligante. A insulina é um ligante humano típico. Embora você possa não pensar nisso, uma proteína bacteriana é um ligante para as proteínas anticorpos produzidas no sistema imunológico.
2. Selecione a declaração verdadeira. A. Todos os ligantes evoluíram para sua proteína específica B. Um ligante só pode ser usado quando C. Um ligante altera a conformação da proteína que afeta
Resposta à pergunta nº 2
C está correto. Sempre que uma substância se liga a uma proteína, mesmo de maneira reversível, muda a forma dessa proteína. Um ligante, uma vez liberado do receptor, pode ser usado novamente se coletado e reciclado. Resposta A é realmente para trás. Normalmente, visto que todas as proteínas devem ter evoluído para um ligante específico, pois um ligante pode ser tão simples quanto oxigênio. Embora, em sistemas complexos em organismos complexos, isso comece a se parecer com o argumento de frango e ovo.
3. Qual organismo abaixo não usa ligantes? A. Árvore B. Peixe C. Worm D. Todos os organismos usam ligantes
Resposta à pergunta nº 3
D está correto. Ligand é apenas uma palavra chique para algo ao qual uma proteína se liga. Toda a vida é baseada no DNA, que produz proteínas. Como toda a vida usa proteínas, toda a vida depende de alguma forma de ligante ou de outra.
Referências
- Bruice, P. Y. (2011). Química Orgânica (6ª ed.). Boston: Prentice Hall.
- Nelson, D.L. & Cox, M.M. (2008). Princípios de bioquímica. Nova York: W.H. Freeman e companhia.
- Widmaier, E.P., Raff, H., & Strang, K. T. (2008). Fisiologia humana de Vander: os mecanismos da função corporal (11ª ed.). Boston: McGraw-Hill Ensino Superior.
Última atualização em 19 de agosto de 2022