Ligand

Définition

Un ligand est une molécule ou anion, minéral ou organique, simple ou complexe, susceptible de former des complexes avec des cations ou métaux, au travers de liaisons de coordination (via des liaisons fortes), en cédant un ou plusieurs doublets électroniques.

L'hème est un ligand de la myoglobine :

Le ligand d'oxygène se lie à une molécule de myoglobine (bleue) avec le groupe hème.

Explications

En chimie, le ligand est un ion ou une molécule attaché à un atome de métal par liaison coordonnée. En biochimie, le ligand est une molécule qui se lie à une autre molécule (généralement plus grande).

En biologie

En biologie, un ligand est une substance (généralement une petite molécule) qui forme un complexe avec une biomolécule. Dans un sens plus strict, c'est une molécule qui envoie un signal en rejoignant le centre actif d'une protéine.

Dans les enzymes ou protéines non enzymatiques, en particulier les protéines régulatrices ou transporteurs, le ligand est cette molécule qui se lie au centre actif de la protéine afin qu'elle puisse remplir sa fonction (transport, ou inhiber une réaction métabolique).

Par exemple, le ligand de l'hémoglobine est l'oxygène, puisque c'est la molécule qui se lie au centre actif de la protéine pour pouvoir la transporter.

La liaison ligand-protéine provoque un changement conformationnel de la protéine, très important pour déterminer l'affinité d'une protéine avec un substrat.

Voir aussi une exomolécule complexante (exo-ligand).

En chimie

En chimie de coordination, un ligand est un ion ou une molécule qui se lie à un atome de métal central pour former un complexe de coordination. La liaison entre le métal et le ligand implique généralement le don d'une ou plusieurs paires d'électrons du ligand. La nature de la liaison métal-ligand oscille entre la liaison covalente et la liaison ionique. Les ligands dans un complexe dictent la réactivité de l'atome central, y compris les taux de substitution du ligand, la réactivité des ligands eux-mêmes, et redox. Les ligands sont classés de plusieurs façons : leur charge, leur taille, l'identité de l'atome de coordination et le nombre d'électrons donnés au métal.

Les ligands simples, tels que l'anion d'eau ou de chlorure, ne forment qu'une liaison avec l'atome central et sont donc appelés monodentates. Certains ligands peuvent former de multiples liaisons de coordination et sont décrits comme bidentés, tridentés, etc. L'EDTA est hexadenté, ce qui donne une grande stabilité à ses complexes.

Le processus de liaison à l'ion métallique à travers plus d'une position de coordination par ligand est appelé chélation. Les composés qui forment des complexes de cette manière sont appelés agents chélatants ou chélates, et ont généralement une tendance beaucoup plus grande à former des complexes que leurs équivalents monocoordinateurs. L'un de ces agents chélatants, d'importance industrielle, est l'EDTA.

En biochimie (protéine)

Un ligand en biochimie et sciences connexes est une substance qui peut se lier spécifiquement à une protéine cible, par exemple un récepteur. La liaison du ligand est habituellement réversible et est rendue possible notamment par des liaisons ioniques, des liaisons hydrogène, des forces de van der Waals et des effets hydrophobes. L'affinité d'un ligand pour la protéine cible peut être déterminée par des tests de liaison au ligand.

Propriétés des ligands

Les ligands, contrairement aux substrats, ne sont pas convertis par la molécule cible, mais ils peuvent influencer sa structure et sa fonction tridimensionnelles. Les ligands qui activent un récepteur sont appelés agonistes, tandis que les ligands qui inhibent ou désactivent un récepteur, mais n'induisent pas l'activité pharmaceutique eux-mêmes, sont appelés antagonistes. Les ligands qui produisent un effet opposé sur un récepteur sont appelés agonistes inverses. En ce qui concerne le site de liaison sur la protéine cible, une distinction est faite entre les ligands orthostériques et allostériques (co-ligands). Une liaison à haute affinité suit le principe du verrouillage par clé.

Il existe les types d'attachement chimique suivants :

• non covalent, réversible : type de liaison le plus commun, déterminé par association et dissociation;
• non covalent, pseudo-réversible : dissociation très lente; Par exemple glycaconitine méthyle;
• covalent, irréversible : le ligand contient un groupe fonctionnel réactif; Par exemple, des inhibiteurs de MAO tels que la tranylcypromine. En règle générale, la protéine cible perd sa fonction;
• covalent, réversible : par exemple une série de gaz lacrymogènes; ici, la liaison d'un électrophile par réaction avec le groupe thiol de la cystéine dans le TRPA1, l'administration a lieu par réaction d'élimination et laisse la protéine cible fonctionnelle;
• covalent, fragmenté : un cas particulier rare. Le ligand se lie de manière covalente à la protéine cible via un centre de réaction de ligand et élimine un fragment par l'intermédiaire d'un autre site de réaction ("site de perforation") qui se dissocie ensuite. Expérimentalement, ceci a été accompli pour un ligand DAT (transporteur de dopamine) qui, selon ce principe, laisse un petit fragment de molécule lié de manière covalente dans le DAT. Des molécules plus volumineuses, telles que la cocaïne, bloquent l'accès au DAT, tandis que les molécules plus petites telles que la dopamine continuent d'être absorbées par le DAT.

Les ligands se déplacent-ils par transport vésiculaire ?

Les idées sur le transport médié par les vésicules ont leurs racines dans l'observation que presque tous les morphogènes ont été observés dans les vésicules intracellulaires. Des cycles répétés d'endocytose et de résécrétion pourraient, en principe, déplacer des ligands à travers les tissus.

La preuve la plus solide à l'appui d'un rôle de l'endocytose dans le transport des ligands provient de l'analyse de la formation de gradient de Dpp dans le disque imaginal de l'aile de drosophile. En utilisant la Dpp-GFP biologiquement active, il a été montré que des clones de cellules incapables d'endocytoser Dpp-GFP présentent une barrière au mouvement des ligands.

Ces expériences ont été faites en utilisant des mutants chez la drosophilegène codant Dynamin, une GTPase nécessaire à l'endocytose dépendante de la clathrine. Les clones mutants Dynamin peuvent "jeter une ombre" dans le gradient Dpp-GFP. En d'autres termes, le niveau de Dpp-GFP était plus faible dans les cellules situées de l'autre côté du clone de la source Dpp-GFP que dans les cellules voisines qui n'étaient pas "derrière" le clone.

Cela n'a été observé que lorsque les clones mutants Dynamin ont été provoqués avec une vague de Dpp-GFP nouvellement synthétisée, mais pas dans des conditions d'état d'équilibre. Pour comparer les conditions dynamiques et stationnaires, nous avons généré une simulation pour modéliser le comportement d'un gradient de ligand lorsqu'il est confronté à une zone à travers laquelle le ligand ne peut pas se déplacer.

La simulation prédit que le clone projetterait une ombre dans des conditions transitoires et stables. Cependant, l'ampleur relative de la diminution des niveaux de ligand est moindre à l'état d'équilibre, ce serait donc plus difficile à observer expérimentalement. Le modèle prédit également une accumulation plus rapide de ligand devant le clone.

✅ Les cytonèmes pourraient, en théorie, transporter Dpp ou Wg loin de leurs sources vers des cellules distantes sensibles au ligand.

Endocytose et renouvellement

L'idée que les ligands pourraient être déplacés par des cycles répétés d'endocytose et de sécrétion pose un problème de trafic intéressant vers la cellule. Comment les cellules font-elles la distinction entre les vésicules endocytaires contenant des ligands ciblés pour la dégradation dans le lysosome et celles qui pourraient être recyclées dans la voie de sécrétion pour la sécrétion ?

L'endocytose est médiée par les récepteurs cible Shh et son récepteur Patched pour la dégradation. L'endocytose élimine Wg de l'espace extracellulaire dans le disque imaginal de l'aile. La plage et la forme du gradient Wg sont modifiées dans les disques où l'endocytose est bloquée à l'aide du mutant Dynamin.

Un mystère de longue date avec leur rapport selon lequel la dégradation régulée façonne le gradient Wg chez la drosophileembryon. Wg précise si les cellules ectodermiques embryonnaires produisent une cuticule "nue" ou une cuticule avec denticules. L'énigme a été de savoir comment Wg pouvait agir sur une plage beaucoup plus courte vers l'arrière que vers l'avant. Bien que le gradient de protéine Wg soit initialement symétrique, il devient rapidement asymétrique.

Beaucoup moins de protéine Wg est détectable dans les cellules postérieures aux cellules productrices de Wg que dans les cellules antérieures. Cette différence est due à une dégradation plus rapide de Wg dans les cellules postérieures. La caractéristique intéressante de ce système est que le taux de dégradation est à la fois temporellement et spatialement régulé dans le tissu. Les cellules postérieures à la bande Wg sont chargées de dégrader Wg plus rapidement par des signaux via le récepteur EGF. Ces résultats mettent en évidence l'importance du renouvellement des ligands dans la formation du gradient.

En rapport avec "ligand"

• biomolécule

  

  Les biomolécules sont les molécules organiques les plus essentielles, impliquées dans la maintenance et les processus métaboliques des organismes vivants.

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  Une macromolécule est une molécule contenant un très grand nombre d'atomes, comme une protéine, un acide nucléique ou un polymère synthétique.

• molécule

  

  Une molécule est un groupe d'atomes solidement liés entre eux pour former le plus petit échantillon d'un corps pur (élément simple ou composé).