Lääketieteen tulevaisuus on yksilöllisiä menetelmiä selektiiviseen vaikuttamiseen yksittäisiin solujärjestelmiin, jotka ovat vastuussa tietyn taudin kehittymisestä ja kulusta. Terapeuttisten kohteiden pääluokka tässä tapauksessa ovat solukalvoproteiinit rakenteina, jotka vastaavat suoran signaalin välittämisestä soluun. Jo nykyään lähes puolet lääkkeistä vaikuttaa solukalvoihin, ja niitä tulee vain lisää tulevaisuudessa. Tämä artikkeli on omistettu kalvoproteiinien biologiseen rooliin tutustumiselle.
Solukalvon rakenne ja toiminta
Koulukurssilta monet muistavat kehon rakenneyksikön - solun - rakenteen. Erityinen paikka elävän solun rakenteessa on plasmalemmalla (kalvolla), joka erottaa solunsisäisen tilan ympäristöstään. Siten sen päätehtävänä on luoda este solun sisällön ja solunulkoisen tilan välille. Mutta tämä ei ole plasmalemman ainoa toiminto. Muiden kalvotoimintojen joukossa, jotka liittyvätEnsinnäkin kalvoproteiinien kanssa, erittää:
- Suojaava (sitou antigeenejä ja estää niiden tunkeutumisen soluun).
- Kuljetus (varmistaa aineiden vaihdon solun ja ympäristön välillä).
- Signaali (sisäänrakennetut reseptoriproteiinikompleksit aiheuttavat solun ärtyneisyyttä ja sen vastetta erilaisiin ulkoisiin vaikutuksiin).
- Energia - erilaisten energiamuotojen muunnos: mekaaninen (flagella ja värekäret), sähköinen (hermoimpulssi) ja kemiallinen (adenosiinitrifosforihappomolekyylien synteesi).
- Kontakti (tarjoaa kommunikaatiota solujen välillä käyttämällä desmosomeja ja plasmodesmaatteja sekä plasmolemman laskoksia ja kasvaimia).
Kalvojen rakenne
Solukalvo on kaksinkertainen lipidien kerros. Kaksoiskerros muodostuu, koska lipidimolekyylissä on kaksi osaa, joilla on erilaiset ominaisuudet - hydrofiilinen ja hydrofobinen osa. Kalvojen ulkokerroksen muodostavat polaariset "päät", joilla on hydrofiilisiä ominaisuuksia, ja lipidien hydrofobiset "hännät" on käännetty kaksoiskerroksen sisään. Kalvojen rakenteeseen kuuluu lipidien lisäksi proteiineja. Vuonna 1972 amerikkalaiset mikrobiologit S. D. Singer (S. Jonathan Singer) ja G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson) ehdotti neste-mosaiikkimallia kalvon rakenteesta, jonka mukaan kalvoproteiinit "kelluvat" lipidikaksoiskerroksessa. Tätä mallia täydensi saksalainen biologi Kai Simons (1997) tiettyjen, tiheämpien alueiden muodostumisen suhteen, joihin liittyy proteiineja (lipidilautat), jotka kulkeutuvat vapaasti kalvon kaksoiskerroksessa.
Membraaniproteiinien tilarakenne
Eri soluissa lipidien ja proteiinien suhde on erilainen (25 - 75 % proteiineista kuivapainossa mitattuna), ja ne sijaitsevat epätasaisesti. Sijainnin mukaan proteiinit voivat olla:
- Integral (transmembraaninen) - sisäänrakennettu kalvoon. Samaan aikaan ne tunkeutuvat kalvon läpi, joskus toistuvasti. Niiden solunulkoiset alueet kantavat usein oligosakkaridiketjuja, jotka muodostavat glykoproteiiniklustereita.
- Perifeerinen - sijaitsee pääasiassa kalvojen sisäpuolella. Viestintä kalvon lipidien kanssa saadaan aikaan palautuvilla vetysidoksilla.
- Ankkuroitu - sijaitsee pääasiassa solun ulkopuolella ja "ankkuri", joka pitää niitä pinnalla, on lipidimolekyyli, joka on upotettu kaksoiskerrokseen.
Toimivuus ja vastuut
Membraaniproteiinien biologinen rooli on monipuolinen ja riippuu niiden rakenteesta ja sijainnista. Niihin kuuluvat reseptoriproteiinit, kanavaproteiinit (ioniset ja poriinit), kuljettajat, moottorit ja rakenteelliset proteiiniklusterit. Kaiken tyyppiset kalvoproteiinireseptorit, vasteena mihin tahansa törmäykseen, muuttavat tilarakennettaan ja muodostavat solun vasteen. Esimerkiksi insuliinireseptori säätelee glukoosin pääsyä soluun, ja rodopsiini herkissä näköelimen soluissa laukaisee reaktiosarjan, joka johtaa hermoimpulssin ilmaantumiseen. Kalvoproteiinikanavien tehtävänä on kuljettaa ioneja ja ylläpitää niiden pitoisuuksien (gradientin) eroa sisäisen ja ulkoisen ympäristön välillä. Esimerkiksi,natrium-kaliumpumput tarjoavat vastaavien ionien vaihdon ja aineiden aktiivisen kuljetuksen. Poriinit - proteiinien kautta - osallistuvat vesimolekyylien siirtoon, kuljettajat - tiettyjen aineiden siirtoon pitoisuusgradienttia vastaan. Bakteereissa ja alkueläimissä flagellan liike saadaan aikaan molekyyliproteiinien moottoreilla. Rakenteelliset kalvoproteiinit tukevat itse kalvoa ja varmistavat muiden plasmamembraaniproteiinien vuorovaikutuksen.
Membraaniproteiinit, proteiinikalvo
Membraani on dynaaminen ja erittäin aktiivinen ympäristö, ei inertti matriisi siinä sijaitseville ja toimiville proteiineille. Se vaikuttaa merkittävästi kalvoproteiinien työhön, ja liikkuessaan lipidilautat muodostavat uusia proteiinimolekyylien assosiatiivisia sidoksia. Monet proteiinit eivät yksinkertaisesti toimi ilman kumppaneita, ja niiden molekyylien välinen vuorovaikutus johtuu kalvojen lipidikerroksen luonteesta, jonka rakenteellinen organisaatio puolestaan riippuu rakenneproteiineista. Tämän herkän vuorovaikutuksen ja keskinäisen riippuvuuden mekanismin häiriöt johtavat kalvoproteiinien toimintahäiriöihin ja useisiin sairauksiin, kuten diabetekseen ja pahanlaatuisiin kasvaimiin.
Rakenneorganisaatio
Nykyaikaiset ajatukset kalvoproteiinien rakenteesta ja rakenteesta perustuvat siihen, että kalvon reunaosassa useimmat niistä koostuvat harvoin yhdestä, useammin useasta toisiinsa liittyvästä oligomeroituvasta alfakierteestä. Lisäksi juuri tämä rakenne on avain toiminnon suorittamiseen. Se on kuitenkin proteiinien luokittelu tyypin mukaanrakenteet voivat tuoda lisää yllätyksiä. Yli sadasta kuvatusta proteiinista tutkituin kalvoproteiini oligomerisaatiotyypin suhteen on glykoforiini A (erytrosyyttiproteiini). Transmembraanisten proteiinien os alta tilanne näyttää monimutkaisemm alta - vain yksi proteiini on kuvattu (bakteerien fotosynteettinen reaktiokeskus - bakteriorodopsiini). Kalvoproteiinien korkean molekyylipainon (10-240 tuhatta d altonia) vuoksi molekyylibiologilla on laaja tutkimuskenttä.
Solujen signalointijärjestelmät
Kaikkien plasmakalvon proteiinien joukossa erityinen paikka on reseptoriproteiineilla. He säätelevät, mitkä signaalit tulevat soluun ja mitkä eivät. Kaikissa monisoluisissa ja joissakin bakteereissa tiedot välittyvät erityisten molekyylien (signaalin) kautta. Näihin signalointiaineisiin kuuluvat hormonit (solujen erityisesti erittämät proteiinit), ei-proteiinimuodostelmat ja yksittäiset ionit. Jälkimmäinen voi vapautua, kun viereiset solut ovat vaurioituneet ja laukaista reaktioiden sarjan kipuoireyhtymän muodossa, elimistön tärkein puolustusmekanismi.
Farmakologian tavoitteet
Membraaniproteiinit ovat farmakologian pääkohteita, koska ne ovat pisteitä, joiden läpi useimmat signaalit kulkevat. Lääkkeen "kohdistaminen", sen korkean selektiivisyyden varmistaminen - tämä on tärkein tehtävä farmakologisen aineen luomisessa. Selektiivinen vaikutus vain tiettyyn reseptorin tyyppiin tai jopa alatyyppiin on vaikutus vain yhteen solutyyppiin. Sellainen valikoiva altistuminen voi esimerkiksi erottaa kasvainsolut normaaleista.
Tulevaisuuden huumeet
Membraaniproteiinien ominaisuuksia ja ominaisuuksia käytetään jo uuden sukupolven lääkkeiden luomisessa. Nämä tekniikat perustuvat modulaaristen farmakologisten rakenteiden luomiseen useista molekyyleistä tai nanopartikkeleista, jotka on "silloitettu" keskenään. "Kohdistus"-osa tunnistaa tietyt solukalvon reseptoriproteiinit (esimerkiksi ne, jotka liittyvät onkologisten sairauksien kehittymiseen). Tähän osaan on lisätty kalvoa tuhoava aine tai estäjä proteiinin tuotantoprosesseissa solussa. Apoptoosin (oman kuoleman ohjelma) tai muun solunsisäisten transformaatioiden sarjan mekanismin kehittyminen johtaa haluttuun tulokseen altistumisesta farmakologiselle aineelle. Tämän seurauksena meillä on lääke, jolla on mahdollisimman vähän sivuvaikutuksia. Ensimmäiset tällaiset syöpää torjuvat lääkkeet ovat jo kliinisissä kokeissa, ja niistä tulee pian erittäin tehokkaita hoitoja.
Rakennegenomiikka
Moderni proteiinimolekyylejä koskeva tiede siirtyy yhä enemmän tietotekniikkaan. Laaja tutkimuspolku - tutkia ja kuvata kaikkea, mitä tietokonetietokantoihin voidaan tallentaa ja sitten etsiä tapoja soveltaa tätä tietoa - tämä on nykyaikaisten molekyylibiologien tavoite. Vain viisitoista vuotta sitten alkoi maailmanlaajuinen ihmisen genomiprojekti, ja meillä on jo sekvensoitu kartta ihmisen geeneistä. Toinen projekti, jonka tavoitteena on määritelläkaikkien "avainproteiinien" - rakenteellinen genomiikka - spatiaalinen rakenne on vielä kaukana täydellisestä. Avaruusrakenne on toistaiseksi määritetty vain 60 000:lle yli viidestä miljoonasta ihmisen proteiinista. Ja vaikka tiedemiehet ovat kasvattaneet vain valoisia porsaita ja kylmänkestäviä tomaatteja lohigeenillä, rakenteelliset genomiikkateknologiat ovat edelleen tieteellisen tiedon vaihe, jonka käytännön soveltaminen ei kestä kauan.
