Fremtiden for medicin er personlige metoder til selektiv indflydelse på individuelle cellesystemer, der er ansvarlige for udviklingen og forløbet af en bestemt sygdom. Hovedklassen af terapeutiske mål i dette tilfælde er cellemembranproteiner som strukturer, der er ansvarlige for at give direkte sign altransmission til cellen. Allerede i dag påvirker næsten halvdelen af stofferne cellemembraner, og dem bliver der kun flere af i fremtiden. Denne artikel er viet til bekendtskab med membranproteiners biologiske rolle.
Struktur og funktion af cellemembranen
Fra skoleforløbet husker mange strukturen af kroppens strukturelle enhed – cellen. Et særligt sted i strukturen af en levende celle spilles af plasmalemmaet (membranen), som adskiller det intracellulære rum fra dets miljø. Dens hovedfunktion er således at skabe en barriere mellem det cellulære indhold og det ekstracellulære rum. Men dette er ikke den eneste funktion af plasmalemmaet. Blandt andre membranfunktioner relateret tilførst og fremmest med membranproteiner, udskiller:
- Beskyttende (binder antigener og forhindrer deres indtrængning i cellen).
- Transport (som sikrer udveksling af stoffer mellem cellen og miljøet).
- Signal (indbyggede receptorproteinkomplekser giver cellerirritabilitet og dets reaktion på forskellige ydre påvirkninger).
- Energi - transformation af forskellige former for energi: mekanisk (flagella og cilia), elektrisk (nerveimpuls) og kemisk (syntese af adenosintriphosphorsyremolekyler).
- Kontakt (giver kommunikation mellem celler ved hjælp af desmosomer og plasmodesmata, såvel som folder og udvækster af plasmolemma).
Struktur af membraner
Cellemembranen er et dobbeltlag af lipider. Dobbeltlaget dannes på grund af tilstedeværelsen i lipidmolekylet af to dele med forskellige egenskaber - en hydrofil og en hydrofob sektion. Det ydre lag af membranerne er dannet af polære "hoveder" med hydrofile egenskaber, og de hydrofobe "haler" af lipider vendes inde i dobbeltlaget. Ud over lipider omfatter strukturen af membraner proteiner. I 1972, amerikanske mikrobiologer S. D. Singer (S. Jonathan Singer) og G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson) foreslog en væske-mosaik-model af strukturen af membranen, ifølge hvilken membranproteiner "flyder" i lipid-dobbeltlaget. Denne model blev suppleret af den tyske biolog Kai Simons (1997) med hensyn til dannelsen af visse, tættere regioner med tilhørende proteiner (lipidflåder), der driver frit i membrandobbeltlaget.
rumlig struktur af membranproteiner
I forskellige celler er forholdet mellem lipider og proteiner forskelligt (fra 25 til 75 % af proteinerne i form af tørvægt), og de er ujævnt placeret. Efter placering kan proteiner være:
- Integral (transmembran) - indbygget i membranen. Samtidig trænger de ind i membranen, nogle gange gentagne gange. Deres ekstracellulære regioner bærer ofte oligosaccharidkæder og danner glykoproteinklynger.
- Perifer - placeret hovedsageligt på indersiden af membranerne. Kommunikation med membranlipider tilvejebringes af reversible hydrogenbindinger.
- Forankret - hovedsageligt placeret på ydersiden af cellen, og "ankeret", der holder dem på overfladen, er et lipidmolekyle nedsænket i dobbeltlaget.
Funktionalitet og ansvar
Membranproteinernes biologiske rolle er forskelligartet og afhænger af deres struktur og placering. De omfatter receptorproteiner, kanalproteiner (ioniske og poriner), transportører, motorer og strukturelle proteinklynger. Alle typer membranproteinreceptorer ændrer deres rumlige struktur som reaktion på enhver påvirkning og danner cellens respons. For eksempel regulerer insulinreceptoren glukosens indtræden i cellen, og rhodopsin i de følsomme celler i synsorganet udløser en kaskade af reaktioner, der fører til fremkomsten af en nerveimpuls. Membranproteinkanalernes rolle er at transportere ioner og opretholde forskellen i deres koncentrationer (gradient) mellem det indre og ydre miljø. For eksempel,natrium-kalium-pumper sørger for udveksling af de tilsvarende ioner og aktiv transport af stoffer. Poriner - gennem proteiner - er involveret i overførslen af vandmolekyler, transportører - i overførslen af visse stoffer mod en koncentrationsgradient. I bakterier og protozoer er flagellernes bevægelse leveret af molekylære proteinmotorer. Strukturelle membranproteiner understøtter selve membranen og sikrer interaktionen af andre plasmamembranproteiner.
Membranproteiner, proteinmembran
Membranen er et dynamisk og meget aktivt miljø og ikke en inert matrix for de proteiner, der er placeret og arbejder i den. Det påvirker markant membranproteinernes arbejde, og lipidflåder, der bevæger sig, danner nye associative bindinger af proteinmolekyler. Mange proteiner fungerer simpelthen ikke uden partnere, og deres intermolekylære interaktion er tilvejebragt af arten af lipidlaget af membraner, hvis strukturelle organisation igen afhænger af strukturelle proteiner. Forstyrrelser i denne delikate mekanisme for interaktion og gensidig afhængighed fører til dysfunktion af membranproteiner og en række sygdomme, såsom diabetes og ondartede tumorer.
Strukturel organisation
Moderne ideer om strukturen og strukturen af membranproteiner er baseret på, at i den perifere membrandel består de fleste af dem sjældent af én, oftere af flere associerede oligomeriserende alfa-helixer. Desuden er det denne struktur, der er nøglen til udførelsen af funktionen. Det er dog klassificeringen af proteiner efter typestrukturer kan bringe mange flere overraskelser. Af mere end hundrede beskrevne proteiner er det mest undersøgte membranprotein med hensyn til typen af oligomerisering glycophorin A (erythrocytprotein). For transmembranproteiner ser situationen mere kompliceret ud - kun ét protein er blevet beskrevet (bakteriers fotosyntetiske reaktionscenter - bacteriorhodopsin). I betragtning af den høje molekylvægt af membranproteiner (10-240 tusind d altons), har molekylærbiologer et bredt forskningsfelt.
Cellesignalsystemer
Blandt alle plasmamembranens proteiner tilhører receptorproteiner et særligt sted. Det er dem, der regulerer, hvilke signaler der kommer ind i cellen, og hvilke der ikke gør. I alle flercellede og nogle bakterier overføres information gennem specielle molekyler (signal). Blandt disse signalmidler er hormoner (proteiner, der er specielt udskilt af celler), ikke-proteinformationer og individuelle ioner. Sidstnævnte kan frigives, når naboceller er beskadiget og udløser en kaskade af reaktioner i form af et smertesyndrom, kroppens vigtigste forsvarsmekanisme.
Mål for farmakologi
Det er membranproteiner, der er hovedmålene for farmakologi, da de er de punkter, hvorigennem de fleste signaler passerer. "Målretning" af et lægemiddel, sikring af dets høje selektivitet - dette er hovedopgaven i at skabe et farmakologisk middel. En selektiv effekt på kun en bestemt type eller endda en undertype af receptoren er en effekt på kun én type kropsceller. Sådan en selektiveksponering kan f.eks. skelne tumorceller fra normale.
Fremtidens stoffer
Egenskaber og egenskaber ved membranproteiner bliver allerede brugt til at skabe ny generation af lægemidler. Disse teknologier er baseret på skabelsen af modulære farmakologiske strukturer fra flere molekyler eller nanopartikler "tværbundet" med hinanden. "Targeting"-delen genkender visse receptorproteiner på cellemembranen (for eksempel dem, der er forbundet med udviklingen af onkologiske sygdomme). Til denne del tilsættes et membranødelæggende middel eller en blokerer i processerne for proteinproduktion i cellen. Udvikling af apoptose (programmet for ens egen død) eller en anden mekanisme for kaskaden af intracellulære transformationer fører til det ønskede resultat af eksponering for et farmakologisk middel. Som følge heraf har vi et lægemiddel med et minimum af bivirkninger. De første sådanne kræftbekæmpende lægemidler er allerede i kliniske forsøg og vil snart blive yderst effektive terapier.
Struktural genomics
Moderne videnskab om proteinmolekyler bevæger sig i stigende grad til informationsteknologi. En omfattende forskningsvej - at studere og beskrive alt, hvad der kan lagres i computerdatabaser og derefter lede efter måder at anvende denne viden på - dette er målet for moderne molekylærbiologer. For bare femten år siden startede det globale menneskelige genom-projekt, og vi har allerede et sekventeret kort over menneskelige gener. Det andet projekt, som har til formål at definereden rumlige struktur af alle "nøgleproteiner" - strukturel genomik - er stadig langt fra fuldstændig. Den rumlige struktur er indtil videre kun blevet bestemt for 60.000 af mere end fem millioner menneskelige proteiner. Og mens forskerne kun har dyrket lysende smågrise og kulderesistente tomater med laksegenet, er strukturelle genomiske teknologier stadig et stadie af videnskabelig viden, hvis praktiske anvendelse ikke vil vente længe på at komme.
