Dalam biokimia, ligan adalah molekul atau atom yang berikatan secara reversibel dengan protein. Ligan dapat berupa atom atau ion individual. Ini juga bisa menjadi molekul yang lebih besar dan lebih kompleks yang terbuat dari banyak atom. Ligan bisa alami, sebagai molekul organik atau anorganik. Ligan juga bisa dibuat secara sintetis, di laboratorium. Ini karena sifat kunci dari ligan ditemukan dalam struktur kimianya. Jika struktur itu dapat diciptakan kembali di laboratorium, ligan sintetis akan dapat berinteraksi dengan cara yang sama dengan ligan alamiah.
Bagaimana Cara Kerja Ligan
Ligan bergerak melalui cairan berair dari suatu organisme, di dalam darah, jaringan, atau di dalam sel itu sendiri. Ligan bergerak secara acak, tetapi begitu konsentrasinya cukup tinggi, ligan pada akhirnya akan mencapai protein. Protein yang menerima ligan dapat menjadi reseptor, saluran, dan bahkan bisa menjadi awal dari serangkaian rumit protein yang terjalin. Ketika ligan mengikat protein, ia mengalami perubahan konformasi. Ini berarti bahwa sementara tidak ada ikatan kimia telah terbentuk atau rusak, aksi fisik dari ligan pas ke dalam protein mengubah bentuk keseluruhan dari keseluruhan struktur. Ini bisa memicu banyak tindakan. Dalam kebanyakan kasus, pergerakan protein itu sendiri mengaktifkan jalur kimia lain, atau memicu pelepasan ligan utusan lain, untuk membawa pesan ke reseptor lain.
Kemunduran ikatan antara ligan dan protein merupakan aspek penting dari semua bentuk kehidupan. Jika ligan terikat secara ireversibel, mereka tidak bisa berfungsi sebagai pembawa pesan, dan sebagian besar proses biologis akan berantakan. Jika ligan berubah, cara enzim mengubah substrat, ligan akan menjadi sesuatu yang lain setelah interaksi, dan tidak dapat dengan mudah didaur ulang sebagai pembawa pesan. Protein aktif secara biologis aktif karena bentuknya. Bentuk ini berinteraksi dengan kimia ligan untuk menciptakan hubungan yang stabil antara dua molekul, yang akhirnya akan berbalik, meninggalkan kedua molekul yang sama. Dalam reaksi substrat dan enzim, substrat berubah secara permanen.
Ini adalah kemampuan ligan, untuk mengaktifkan protein untuk waktu yang singkat dan kemudian didaur ulang, yang memungkinkan kontrol biologis dari banyak interaksi. Jumlah waktu ligan yang dilekatkan pada reseptor atau protein spesifiknya adalah fungsi dari afinitas antara ligan dan protein. Jika ada afinitas tinggi, ligan akan cenderung menempel pada protein dan memodifikasi fungsinya lebih lama. Jika ligan memiliki afinitas rendah untuk protein, itu akan cenderung akan terikat di tempat pertama dan akan melepaskan dari reseptor lebih cepat.
Afinitas ligan tertentu untuk protein tertentu ditentukan sepenuhnya oleh susunan kimianya dan protein dari tempat pengikatan protein. Pada situs pengikatan, asam amino akan terekspos yang cenderung melengkapi ligan yang diinginkan. Asam amino akan cocok dengan ligan dalam aspek-aspek tertentu. Misalnya, keduanya akan hidrofobik atau hidrofobik. Ini meningkatkan daya tarik antar zat. Asam amino cenderung berbeda dari ligan dalam hal aktivitas listrik. Jika ligan bermuatan positif, situs pengikatan harus bermuatan negatif. Ini menciptakan interaksi terkuat. Dengan cara ini, protein dapat memperoleh tingkat spesifisitas tertentu dengan ligan.
Meskipun ini adalah dasar untuk bagaimana sel-sel dapat mulai membedakan molekul-molekul yang berbeda, ia juga berada di jantung salah satu masalah terbesar organisme. Banyak racun dan zat beracun sangat beracun karena kemampuan mereka untuk mengganggu proses pengikatan protein-ligan. Baik racun langsung mengikat ke protein itu sendiri, karena memiliki afinitas yang lebih tinggi, atau racun sebaliknya mencegah ikatan normal ligan dengan protein targetnya. Contoh ligan dan beberapa racun kompetitif dapat dilihat di bawah ini.
Contoh Ligan
Oksigen
Salah Satu ligan yang sering dilupakan orang adalah oksigen. Dalam aliran darah dan jaringan tubuh, oksigen harus mencapai semua mitokondria dalam tubuh jika organisme itu bertahan hidup. Namun, bukanlah tugas yang mudah untuk mendapatkan oksigen di mana-mana. Jika oksigen dibiarkan menyebar melalui jaringan ke sel, hanya bisa melewati beberapa lapisan sel yang tebal. Itulah mengapa semua organisme dengan ukuran tertentu harus mengandung semacam sistem sirkulasi. Meski begitu, sulit untuk memindahkan ligan oksigen di tempat yang diperlukan. Banyak organisme menggunakan protein khusus untuk ini.
Pada manusia dan mamalia lainnya, hemoglobin adalah protein darah utama yang bertanggung jawab untuk mengangkut oksigen. Protein hemoglobin pertama menempel pada ligan yang disebut heme, yang memiliki atom besi dan dapat membantu mengikat oksigen. Dengan demikian, hemoglobin mengambil oksigen di paru-paru. Saat bergerak ke tubuh, kandungan karbon dioksida dalam darah naik. Ketika ini terjadi, pH menurun, dan konformasi perubahan hemoglobin. Ini memaksa pelepasan ligan, oksigen, yang kemudian dapat diserap oleh sel-sel yang membutuhkannya.
Pesaing utama oksigen adalah karbon monoksida. Ini karena karbon monoksida memiliki afinitas yang lebih tinggi untuk hemoglobin daripada oksigen. Dengan kata lain, sekali karbon monoksida terikat pada hemoglobin, ia tidak akan lepas. Ini berarti bahwa seseorang yang terpapar karbon monoksida dalam jumlah besar akan segera memiliki semua hemoglobin yang dijenuhkan oleh ligan yang salah. Tubuh mereka tidak akan memiliki kemampuan untuk mentransfer oksigen ke otak dan jaringan. Bahkan jika orang mendapat oksigen setelah ini, mereka masih bisa mati lemas karena ketidakmampuan mereka untuk mengangkut oksigen.
Dopamin
Dopamin adalah ligan yang banyak digunakan di otak. Ketika otak melepaskan dopamin, itu adalah sebagai sinyal kesenangan yang datang dari kesuksesan. Dengan kata lain, dopamin terikat pada sensasi motivasi. Reseptor dopamin di otak Anda diaktifkan ketika ligan dopamin dilepaskan oleh otak. Ketika reseptor penuh dengan dopamine, otak Anda terasa seolah-olah Anda telah melakukan sesuatu yang baik. Pusat kesenangan umum ini dapat dengan mudah dilemparkan oleh obat-obatan seperti kokain dan metamfetamin.
Obat-obatan ini, bukannya bersaing langsung dengan ligan, sebenarnya meningkatkan efektivitasnya. Mereka melakukan ini dengan membatasi jumlah dopamin yang dapat didaur ulang. Dengan demikian, otak tetap dalam keadaan konstan “senang”. Ini adalah perasaan berbahaya yang dapat dengan mudah mengarah pada kecanduan narkoba. Meskipun logika memberi tahu Anda bahwa obat-obatan itu buruk, perasaan yang dihasilkan oleh otak Anda dan dopamin ekstra terasa nyata, dan memberi tahu Anda untuk menggunakan obat lebih banyak.
Penggunaan Ligan Lainnya
Ligan digunakan di banyak aplikasi lain oleh sel. Protein yang mereka kontrol dapat beragam dalam jenis dan fungsi. Beberapa ligan, seperti insulin, digunakan untuk memberi sinyal berbagai hal terhadap metabolisme setiap sel. Ligan lain, seperti asetilkolin, digunakan oleh otak untuk mentransfer impuls saraf antara saraf. Dalam hal ini, ia membuka saluran ligand-gated, yang memungkinkan impuls listrik mengalir ke sel dan menyusuri panjangnya. Sel ini kemudian akan mengirimkan asetilkolin ke sel berikutnya, dan sinyalnya akan terus berlanjut.
Beberapa enzim dikendalikan oleh ligan regulator, yang secara efektif mengubah enzim. Tanpa itu, mereka tidak memiliki bentuk yang tepat untuk mengubah molekul yang mereka operasikan. Ketika ligan hadir, bagaimanapun, enzim ini menjadi hidup dan berfungsi dengan baik. Banyak ligan diperlukan untuk mengontrol metabolisme dan proses kompleks lainnya. Setiap ligan memiliki afinitas tertentu, yang penting, dan juga titik di mana reseptor menjadi jenuh. Di atas batas ini, tidak ada konsentrasi ligan yang lebih tinggi akan membawa reaksi yang lebih besar.
Dalam kimia umum, ligan dapat merujuk ke setiap molekul yang terikat pada logam transisi. Ini tidak terjadi dalam biologi. Dalam biologi, ligan adalah molekul yang menempel secara reversibel ke protein. Ini biasanya digunakan dalam pensinyalan seluler dan regulasi seluler, tetapi memiliki banyak kegunaan lain.
