ในชีวเคมีและเภสัชวิทยาลิแกนด์คือสารที่สร้างสารเชิงซ้อนกับโมเลกุลชีวภาพเพื่อทำหน้าที่ทางชีวภาพ รากศัพท์มาจากภาษาละตินligareซึ่งหมายถึง 'การจับ' ในการจับกันระหว่างโปรตีนและลิแกนด์ ลิแกนด์มักจะเป็นโมเลกุลที่สร้างสัญญาณโดยการจับกับตำแหน่งบนโปรตีน เป้าหมาย การจับกันมักส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของไอโซเมอร์เชิงโครงสร้าง (โครงสร้าง) ของโปรตีนเป้าหมาย ในการ ^{ศึกษา}การจับกันระหว่าง DNA และลิแกนด์ ลิแกนด์อาจเป็นโมเลกุลขนาดเล็กไอออน [ ^{1 ]}หรือโปรตีน^{[ 2 ]}ที่จับกับเกลียวคู่ของ DNAความสัมพันธ์ระหว่างลิแกนด์และคู่พันธะขึ้นอยู่กับประจุความชอบน้ำและโครงสร้างโมเลกุล

การจับกันเกิดขึ้นจากแรงระหว่างโมเลกุลเช่นพันธะไอออนิกพันธะไฮโดรเจนและแรงแวนเดอร์วาลส์การจับกันหรือการยึดเกาะนั้นสามารถย้อนกลับได้โดยการแยก ตัว การจับกัน แบบโควาเลนต์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ระหว่างลิแกนด์และโมเลกุลเป้าหมายนั้นพบได้ไม่บ่อยในระบบชีวภาพ ตรงกันข้ามกับนิยามของลิแกนด์ในเคมีโลหะอินทรีย์และ อ นินทรีย์ ในชีวเคมีนั้นยังไม่ชัดเจนว่าลิแกนด์จะจับกับ ตำแหน่ง โลหะหรือไม่ เช่นเดียวกับในกรณีของฮีโมโกลบินโดยทั่วไปแล้ว การตีความลิแกนด์นั้นขึ้นอยู่กับบริบทว่าได้สังเกตการจับกันแบบใด

การจับกัน ของลิแกนด์กับโปรตีนตัวรับจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโดยส่งผลต่อการวางแนวรูปร่างสามมิติ โครงสร้างของโปรตีนตัวรับประกอบขึ้นเป็นสถานะการทำงาน ลิแกนด์ประกอบด้วยสารตั้งต้นสารยับยั้งสารกระตุ้นลิปิดส่งสัญญาณและสารสื่อประสาทอัตราการจับกันเรียกว่าความสัมพันธ์และการวัดนี้แสดงถึงแนวโน้มหรือความแรงของผลกระทบ ความสัมพันธ์ในการจับกันเกิดขึ้นจริงไม่เพียงแต่จาก ปฏิกิริยา ระหว่างโฮสต์และแขก เท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลกระทบของตัวทำละลายที่สามารถมีบทบาทสำคัญทางด้านสเตอริกซึ่งผลักดันการจับกันแบบไม่ใช้พันธะโควาเลนต์ในสารละลาย^{[ 3 ]} ตัวทำละลายให้สภาพแวดล้อมทางเคมีสำหรับลิแกนด์และตัวรับในการปรับตัว และยอมรับหรือปฏิเสธซึ่งกันและกันในฐานะคู่หู

เรดิโอลิแกนด์คือสารประกอบที่ติดฉลากด้วยไอโซโทปรังสี ซึ่งใช้ ในร่างกายเป็นสารติดตามใน งานวิจัย PETและสำหรับการศึกษาการจับตัว ในหลอดทดลอง

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลิแกนด์กับตำแหน่งจับยึดสามารถอธิบายได้ในแง่ของความสัมพันธ์ในการจับยึด โดยทั่วไป การจับยึดลิแกนด์ที่มีความสัมพันธ์สูงเกิดจากแรงดึงดูดที่มากกว่าระหว่างลิแกนด์และตัวรับในขณะที่การจับยึดลิแกนด์ที่มีความสัมพันธ์ต่ำเกี่ยวข้องกับแรงดึงดูดที่น้อยกว่า โดยทั่วไป การจับยึดที่มีความสัมพันธ์สูงส่งผลให้ลิแกนด์เข้าครอบครองตัวรับได้มากกว่าการจับยึดที่มีความสัมพันธ์ต่ำระยะเวลาการคงอยู่ (อายุของสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างตัวรับและลิแกนด์) ไม่มีความสัมพันธ์กัน การจับยึดลิแกนด์กับตัวรับที่มีความสัมพันธ์สูงมักมีความสำคัญทางสรีรวิทยา เนื่องจากพลังงานการจับยึดบางส่วนสามารถนำไปใช้เพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของตัวรับ ส่งผลให้พฤติกรรมของช่องไอออนหรือเอนไซม์ ที่เกี่ยวข้องเปลี่ยนแปลง ไป

สารที่สามารถจับกับตัวรับและเปลี่ยนแปลงการทำงานของตัวรับจนก่อให้เกิดการตอบสนองทางสรีรวิทยา เรียกว่า สารกระตุ้นตัวรับ (receptor agonist ) ส่วนสารที่จับกับตัวรับแต่ไม่สามารถกระตุ้นการตอบสนองทางสรีรวิทยาได้ เรียกว่า สารยับยั้งตัวรับ (receptor antagonist )

การจับกันของสารกระตุ้นกับตัวรับสามารถอธิบายได้ทั้งในแง่ของปริมาณการตอบสนองทางสรีรวิทยาที่เกิดขึ้น (นั่นคือประสิทธิภาพ ) และในแง่ของความเข้มข้นของสารกระตุ้นที่จำเป็นในการสร้างการตอบสนองทางสรีรวิทยา (มักวัดเป็นEC50 ซึ่ง _เป็นความเข้มข้นที่จำเป็นในการสร้างการตอบสนองครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุด) การจับของลิแกนด์ที่มีความสัมพันธ์สูงหมายความว่าความเข้มข้นของลิแกนด์ที่ค่อนข้างต่ำก็เพียงพอที่จะครอบครองตำแหน่งการจับลิแกนด์ได้อย่างเต็มที่และกระตุ้นการตอบสนองทางสรีรวิทยา ความสัมพันธ์ของตัวรับวัดได้จาก ค่า คงที่การยับยั้งหรือค่า Ki ซึ่งเป็นความเข้มข้นที่จำเป็นในการครอบครองตัวรับ 50% ความสัมพันธ์ของลิแกนด์มักวัดทางอ้อมเป็น_{ค่าIC50}จากการทดลองการจับแบบแข่งขัน โดยกำหนดความเข้มข้นของลิแกนด์ที่จำเป็นในการแทนที่ลิแกนด์อ้างอิงที่มีความเข้มข้นคงที่ 50% ค่า Ki _{สามารถ}ประมาณได้จาก IC50 _ผ่านสมการของCheng Prusoffนอกจากนี้ ยังสามารถวัดความสัมพันธ์ของลิแกนด์โดยตรงเป็นค่าคงที่การแยกตัว (K _d ) โดยใช้วิธีการต่างๆ เช่นการดับแสงฟลูออเรสเซนซ์ การวัดแคลอรีเมตรีแบบไทเทรชันแบบไอโซเทอร์มอลหรือการเรโซแนนซ์พลาสมอนบนพื้นผิว^{[ 4 ]}

การจับแบบความสัมพันธ์ต่ำ (ระดับ Ki สูง₎หมายความว่าต้องใช้ความเข้มข้นของลิแกนด์ค่อนข้างสูงก่อนที่ตำแหน่งการจับจะถูกครอบครองอย่างเต็มที่และเกิดการตอบสนองทางสรีรวิทยาต่อลิแกนด์สูงสุด ในตัวอย่างที่แสดงทางด้านขวา ลิแกนด์สองชนิดที่แตกต่างกันจับกับตำแหน่งการจับของตัวรับเดียวกัน มีเพียงตัวกระตุ้นตัวเดียวที่แสดงอยู่เท่านั้นที่สามารถกระตุ้นตัวรับได้อย่างเต็มที่ ดังนั้นจึงสามารถนิยามได้ว่าเป็นตัวกระตุ้นเต็มที่ ตัวกระตุ้นที่สามารถกระตุ้นการตอบสนองทางสรีรวิทยาได้เพียงบางส่วนเรียกว่าตัวกระตุ้นบางส่วนในตัวอย่างนี้ ความเข้มข้นที่ตัวกระตุ้นเต็มที่ (เส้นโค้งสีแดง) สามารถกระตุ้นตัวรับได้ครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุดคือประมาณ 5 × 10 ⁻⁹ โมลาร์ (nM = นาโนโมลาร์ )

โดยทั่วไปแล้ว ความสัมพันธ์ในการจับกันจะถูกกำหนดโดยใช้ลิแกนด์ที่มีการติดฉลากด้วยรังสี ซึ่งเรียกว่าลิแกนด์ที่มีแท็ก การทดลองการจับกันแบบแข่งขันที่คล้ายคลึงกันเกี่ยวข้องกับการแข่งขันการจับกันระหว่างลิแกนด์ที่มีแท็กและลิแกนด์ที่ไม่มีแท็ก^{[ 5 ]} วิธีการแบบเรียลไทม์ ซึ่งมักจะไม่มีฉลาก เช่นการเรโซแนนซ์ของพลาสมาบนพื้นผิวการแทรกสอดแบบโพลาไรซ์คู่และ การเรโซแนนซ์ ของพลาสมาบนพื้นผิวแบบหลายพารามิเตอร์ (MP-SPR) ไม่เพียงแต่สามารถวัดปริมาณความสัมพันธ์จากการทดสอบตามความเข้มข้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจลนศาสตร์ของการรวมตัวและการแยกตัว และในกรณีหลัง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดขึ้นเมื่อมีการจับกัน MP-SPR ยังช่วยให้สามารถวัดในบัฟเฟอร์การแยกตัวที่มีความเค็มสูงได้ด้วยการตั้งค่าทางแสงที่เป็นเอกลักษณ์เทอร์โมโฟเรซิสระดับไมโคร (MST) ซึ่งเป็นวิธีการที่ไม่ต้องตรึง^{[ 6 ]}ได้รับการพัฒนาขึ้น วิธีนี้ช่วยให้สามารถกำหนดความสัมพันธ์ในการจับกันได้โดยไม่มีข้อจำกัดใดๆ เกี่ยวกับน้ำหนักโมเลกุลของลิแกนด์^{[ 7 ]}

สำหรับการใช้กลศาสตร์สถิติในการศึกษาเชิงปริมาณของความสัมพันธ์ในการจับกันระหว่างลิแกนด์และตัวรับ โปรดดูบทความที่ครอบคลุม^{[ 8 ]} เกี่ยวกับ ฟังก์ชันการแบ่งส่วนเชิง โครงสร้าง

ข้อมูลความสัมพันธ์ในการจับเพียงอย่างเดียวไม่สามารถระบุประสิทธิภาพโดยรวมของยาหรือฮอร์โมนที่ผลิตขึ้นตามธรรมชาติ (สังเคราะห์ทางชีวภาพ) ได้^{[ 9 ]}

ความแรงเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของทั้งความสัมพันธ์ในการจับและประสิทธิภาพของลิแกนด์^{[ 9 ]}

ประสิทธิภาพของลิแกนด์หมายถึงความสามารถของลิแกนด์ในการสร้างการตอบสนองทางชีวภาพเมื่อจับกับตัวรับเป้าหมายและขนาดเชิงปริมาณของการตอบสนองนี้ การตอบสนองนี้อาจเป็นตัวกระตุ้นตัวยับยั้งหรือตัวกระตุ้นผกผัน ขึ้นอยู่กับการตอบสนองทางสรีรวิทยาที่เกิดขึ้น^{[ 10 ]}

สารที่จับกับตัวรับเฉพาะเจาะจงมักจะจับกับตัวรับเพียงไม่กี่ชนิด ในขณะที่สารที่จับกับตัวรับไม่เฉพาะเจาะจงจะจับกับตัวรับหลายชนิด สิ่งนี้มีบทบาทสำคัญในทางเภสัชวิทยาเนื่องจากยาที่ไม่เฉพาะเจาะจงมักมีผลข้างเคียง มากกว่า เพราะมันจับกับตัวรับอื่นๆ หลายชนิดนอกเหนือจากตัวรับที่ก่อให้เกิดผลที่ต้องการ

สำหรับลิแกนด์ที่ไม่ชอบน้ำ (เช่น PIP2) ที่ซับซ้อนกับโปรตีนที่ไม่ชอบน้ำ (เช่นช่องไอออนที่ควบคุมด้วยลิปิด ) การกำหนดความสัมพันธ์นั้นซับซ้อนเนื่องจากปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำที่ไม่จำเพาะ ปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำที่ไม่จำเพาะสามารถเอาชนะได้เมื่อความสัมพันธ์ของลิแกนด์สูง^{[ 11 ]}ตัวอย่างเช่น PIP2 จับกับช่องไอออนที่ควบคุมด้วย PIP2 ด้วยความสัมพันธ์สูง

ลิแกนด์แบบไบวาเลนต์ประกอบด้วยโมเลกุลคล้ายยา 2 โมเลกุล (ฟาร์มาโคฟอร์หรือลิแกนด์) ที่เชื่อมต่อกันด้วยตัวเชื่อมที่ไม่ทำปฏิกิริยา มีลิแกนด์แบบไบวาเลนต์หลายชนิดและมักถูกจัดประเภทตามเป้าหมายของฟาร์มาโคฟอร์ ลิแกนด์แบบโฮโมไบวาเลนต์มีเป้าหมายที่ตัวรับชนิดเดียวกัน 2 ตัว ลิแกนด์แบบเฮเทอโรไบวาเลนต์มีเป้าหมายที่ตัวรับชนิดต่างกัน 2 ตัว^{[ 12 ]}ลิแกนด์แบบไบโทปิกมีเป้าหมายที่ไซต์การจับแบบออร์โธสเตอริกและไซต์การจับแบบอัลโลสเตอริกบนตัวรับเดียวกัน^{[ 13 ]} ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ลิแกนด์แบบไบวาเลนต์ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาไดเมอร์ของตัวรับและเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติของพวกมัน ลิแกนด์ประเภทนี้ได้รับการบุกเบิกโดยPhilip S. Portogheseและเพื่อนร่วมงานในขณะที่ศึกษาระบบตัวรับโอปิออยด์^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}ลิแกนด์แบบไบวาเลนต์ยังได้รับการรายงานในช่วงแรกโดยไมเคิล คอนน์และเพื่อนร่วมงานสำหรับตัวรับฮอร์โมนโกนาโดโทรปินรีลีสซิ่ง [ ^{17 ] [ 18 ]}นับตั้งแต่รายงานในช่วงแรกเหล่านี้ มีการรายงานลิแกนด์แบบไบวาเลนต์จำนวนมากสำหรับระบบตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน G (GPCR) ต่างๆ^รวมถึงระบบตัวรับแคนนาบินอยด์[ ^{19 ] เซ} โรโท นิน^{[ 20 ] [ 21 ]}ออกซิโทซิน [ ^{22 ]}และเมลานอคอร์ทิน^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] และ}สำหรับ ระบบ GPCR - LIC ( ตัวรับD2และ nACh ) ^{[ 12 ]}

โดยทั่วไปแล้วลิแกนด์แบบไบวาเลนต์มักมีขนาดใหญ่กว่าลิแกนด์แบบโมโนวาเลนต์ และด้วยเหตุนี้จึงไม่ "เหมือนยา" ตามกฎห้าข้อ ของลิปินสกี หลายคนเชื่อว่าสิ่งนี้จำกัดการนำไปใช้ในทางคลินิก^{[ 26 ] [ 27 ]}แม้จะมีความเชื่อเหล่านี้ แต่ก็มีลิแกนด์หลายชนิดที่ได้รับการรายงานว่าประสบความสำเร็จในการศึกษาในสัตว์ทดลองก่อนคลินิก^{[ 24 ] [ 25 ] [ 22 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] เนื่องจาก ลิแกนด์แบบไบวาเลนต์บางชนิดอาจมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับลิแกนด์แบบโมโนวา เลนต์} (เช่น การเลือกเนื้อเยื่อ ความสามารถในการจับที่เพิ่มขึ้น และความแรงหรือประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น) ลิแกนด์แบบไบวาเลนต์จึงอาจมีข้อดีทางคลินิกบางประการเช่นกัน

ลิแกนด์ของโปรตีนยังสามารถจำแนกลักษณะได้ด้วยจำนวนสายโปรตีนที่พวกมันจับ ลิแกนด์แบบ "โมโนเดสมิก" (μόνος: เดี่ยว, δεσμός: การจับ) คือลิแกนด์ที่จับกับสายโปรตีนเพียงสายเดียว ในขณะที่ลิแกนด์แบบ "โพลีเดสมิก" (πολοί: หลาย) ^{[ 31 ]}มักพบในโปรตีนคอมเพล็กซ์ และเป็นลิแกนด์ที่จับกับสายโปรตีนมากกว่าหนึ่งสาย โดยทั่วไปจะอยู่ในหรือใกล้กับส่วนต่อประสานของโปรตีน การวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าชนิดของลิแกนด์และโครงสร้างของตำแหน่งการจับมีผลกระทบอย่างมากต่อวิวัฒนาการ หน้าที่ อัลโลสเตอรี และการพับของโปรตีนคอมเพล็กซ์^{[ 32 ] [ 33 ]}

โครงสร้างพิเศษ^{[ 34 ]}คือโครงสร้างโมเลกุลหรือส่วนประกอบทางเคมีที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ทางสถิติในกลุ่มยาที่รู้จักหรือในกลุ่มสารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่เฉพาะเจาะจง องค์ประกอบพิเศษเหล่านี้^{[ 35 ]}สามารถใช้เป็นพื้นฐานในการออกแบบสารประกอบทางชีวภาพที่มีฤทธิ์ใหม่หรือคลังสารประกอบได้

วิธีการหลักในการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนและลิแกนด์ ได้แก่ เทคนิคทางอุทกพลศาสตร์และแคลอริเมตรีหลัก รวมถึงวิธีการทางสเปกโทรสโกปีและโครงสร้างหลัก เช่น

• สเปกโทรสโกปีการแปลงฟูริเยร์
• สเปกโทรสโกปีรามาน
• สเปกโทรสโกปีฟลูออเรสเซนซ์
• ไดโครอิซึมแบบวงกลม
• การเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์
• สเปกโทรเมตรีมวล
• กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม
• โพรบพาราแมกเนติก
• อินเตอร์เฟอโรเมตรีแบบโพลาไรเซชันคู่
• การเรโซแนนซ์พลาสมอนพื้นผิวแบบหลายพารามิเตอร์
• การทดสอบการจับตัวของลิแกนด์และการทดสอบการจับตัวของเรดิโอลิแกนด์
• การทดสอบการตอบสนองพลวัตเชิงโครงสร้าง

เทคนิคอื่นๆ ได้แก่: ความเข้มของการเรืองแสง, การเสริมการเรืองแสงแบบไบโมเลคูลาร์, FRET (การถ่ายโอนพลังงานเรโซแนนซ์ของการเรืองแสง) / การดับ FRET, การเรโซแนนซ์พลาสมอนบนพื้นผิว, ไบโอเลเยอร์อินเตอร์เฟอโรเมตรี, ELISA ทางอ้อมแบบ Coimmunopreciptation, การฟอกไตแบบสมดุล, เจลอิเล็กโทรโฟเรซิส, ฟาร์เวสเทิร์นบลอต, แอนไอโซโทรปีของการโพลาไรซ์ของการเรืองแสง, อิเล็กตรอนพาราแมกเนติกเรโซแนนซ์, ไมโครสเกลเทอร์โมโฟเรซิส , switchSENSE

พลังการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลของซูเปอร์คอมพิวเตอร์และคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ทำให้สามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนและลิแกนด์ได้ด้วยวิธีการทางเคมีเชิงคำนวณ ตัวอย่างเช่น โครงการ grid.org ซึ่งสิ้นสุดลงในเดือนเมษายน 2550 ได้ใช้เครือข่ายคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลธรรมดากว่าล้านเครื่องทั่วโลกในการวิจัยโรคมะเร็ง โครงการgrid.org ได้ถูกสานต่อด้วยโครงการที่คล้ายคลึงกัน เช่นWorld Community Grid , Human Proteome Folding Project , Compute Against CancerและFolding@ Home

• อะโกนิสต์
• การถดถอยของชิลด์
• การควบคุมแบบอัลโลสเตอริก
• ฐานข้อมูล Ki
• Docking@Home
• GPUGRID.net
• ลิแกนด์ที่จับกับดีเอ็นเอ
• BindingDB
• ความท้าทาย SAMPL

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับลิแกนด์ (ชีวเคมี )

• BindingDBคือฐานข้อมูลสาธารณะที่รวบรวมค่าความสัมพันธ์ในการจับกันระหว่างโปรตีนและลิแกนด์ที่วัดได้
• BioLiPคือฐานข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับการโต้ตอบระหว่างลิแกนด์กับโปรตีน