Ligander är mindre signalutlösande molekyler som kan förenas med en större molekyl, som kallas ett substrat, för att utöva någon typ av biologisk effekt. Processen genom vilken dessa två typer av molekyler kommer samman kallas ligandbindning, vilket är en livsviktig process genom vilken hormoner, neurotransmittorer och läkemedel påverkar celler. En ligand kan vara gjord av en organism, eller konstgjord, men ett substrat är alltid en biomolekyl, eller en molekyl som produceras av en organism. Vanligtvis är substratet ett målprotein som innehåller specifika ställen för att binda vissa ligander.
Intermolekylära krafter, eller svagare bindningar som bildas mellan molekyler, tillhandahåller medel för ligandbindning. Vätebindningar, jonbindningar och Van der Waal-krafter används alla för att underlätta ligand-substratbindningen. Den relativa svagheten hos dessa bindningar tillåter dem att vara reversibla, och för liganden och substratet att dissociera från varandra, oförändrade, efter bindning. I sällsynta fall sker kovalent bindning, där liganden och substratet inte dissocierar efteråt.
Affinitet är en term som används för att beskriva bindningsstyrkan mellan liganden och substratet. Högaffinitetsligander är användbara för att inducera förändringar i substrat, eftersom deras bindningsstyrka tillåter dem att stanna kvar på stället längre. Vissa målproteiner, som cellreceptorer med kopplade jonkanaler aktiverade genom bindning, skulle därför vara mer effektivt bundna av en ligand med hög affinitet.
Ligandbindning kan ha flera effekter på målproteinet, och de klassificeras beroende på de strukturella förändringar som sker efter bindning. Termen agonist hänvisar till en ligand som binder till ett receptorställe på proteinet och orsakar ett fysiskt svar. Partiella agonister binder till receptorstället, men kan endast orsaka ett partiellt eller ofullständigt svar. Antagonister binder till receptorer också, men orsakar inget svar alls. Dessa termer hänvisar till ligandbindningseffektivitet eller förmågan hos en molekyl att orsaka ett svar när den är bunden.
På grund av begränsade receptorställen i ett område blir ligandbindning konkurrenskraftig när mer än en av dessa föreningar är närvarande. Föreningen med högre affinitet kommer vanligtvis att binda till substrat i högre koncentrationer än en med lägre affinitet. Ligander binder ständigt och dissocierar från receptorer, vilket betyder att det kommer att finnas en mindre koncentration av ligander med lägre affinitet bundna till receptorer vid varje given tidpunkt. Både affiniteten och effektiviteten hos ligander bestämmer hur substrat kommer att svara i deras närvaro.