Biološka vloga membranskih proteinov

Prihodnost medicine je osebnostna metoda selektivnega vpliva na posamezne celične sisteme, ki so odgovorni za razvoj in potek določene bolezni. Glavni razred terapevtskih ciljev v tem primeru so membranski proteini celice kot strukture, ki so odgovorne za zagotavljanje neposrednega signaliziranja celice. Že skoraj polovica zdravil vpliva na celične membrane, le še jih bo več. Prispevek je namenjen biološki vlogi membranskih proteinov.

Struktura in funkcije celične membrane

Iz šolskega tečaja se mnogi spomnite strukture strukturne enote telesa - celice. Posebno mesto v napravi žive celice igra plazmalemma (membrana), ki ločuje znotrajcelični prostor od okoliškega medija. Tako je njegova glavna naloga ustvariti pregrado med celično vsebino in zunajceličnim prostorom. Vendar to ni edina funkcija plazmoleme. Med drugimi funkcijami membrane, ki so povezane predvsem z membranskimi proteini, so:

• Zaščitni (vezavni antigeni in preprečevanje prodiranja v celico).
• Promet (zagotavljanje izmenjave snovi med celico in okoljem).
• Signal (vgrajeni kompleksi receptorskih proteinov zagotavljajo razdražljivost celic in njen odziv na različne zunanje vplive).
• Energija - pretvorbo različnih oblik energije: mehanska (cilia in bičkov), električni (živčnih impulzov) in kemičnih (molekularne sinteze adenozin trifosfata).
• Kontakt (zagotavljanje komunikacije med celicami s pomočjo dezosomov in plazmodem, kot tudi gubice in izrastki plazmolemije).

Struktura membran

Celična membrana je dvojna plast lipidov. Dvosloj se oblikuje zaradi prisotnosti dveh lipidnih molekul z različnimi lastnostmi - hidrofilno in hidrofobno regijo. Zunanja plast je narejena iz membran polarnih "glave" z hidrofilnih lastnosti in hidrofobnimi "repi" v lipidni dvosloj navznoter. Poleg lipidov struktura membran vključuje beljakovine. Leta 1972 so ameriški mikrobiologi S.D. Singer (S. Jonathan Singer) in G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson) predlaga tekoče-mozaik model strukture membrane, v skladu s katerim se membranski proteini "plavajo" v lipidni dvosloj. Ta model je bil dopolnjen nemščina biolog Zimonsom Kai (1997) tvorbo določenih delov, gostejša odsekov z povezan protein (lipidnih splavi), ki prosto premika, v dvoplastno membrano.

Prostorska struktura membranskih proteinov

V različnih celicah je razmerje lipidov in proteinov drugačno (od 25 do 75% beljakovin glede na suho težo) in so neenakomerno porazdeljene. Po dogovoru beljakovin je lahko:

• Integral (transmembrana) - vgrajen v membrano. Pri tem prehajajo membrano, včasih večkrat. Njihove zunajcelične regije pogosto nosijo verige oligosaharidov, ki tvorijo glikoproteinski grozdi.
• Periferna - nahaja se predvsem na notranji strani membrane. Povezavo z membranskimi lipidi zagotavljajo reverzibilne vezi z vodikom.
• Zasidrana - prednostno razporejen na zunanji strani celice in "sidro", da ostanejo na površini, ki je lipidne molekule, ki se absorbira v dvosloj.

Funkcionalnost in odgovornosti

Biološka vloga membranskih proteinov je raznolika in je odvisna od njihove strukture in lokacije. Med njimi so izolirani receptorski proteini, kanal (ionski in porin), transporterji, motorji in strukturni proteini. Vse vrste membranskih proteinskih receptorjev kot odgovor na kateri koli učinek spremenijo njihovo prostorsko strukturo in tvorijo odziv celic. Na primer, inzulinske receptorske uravnava privzem glukoze v celice in celice rhodopsin v občutljivem telesu sproži zaporedje reakcij, ki vodijo k izgledu živčnega impulza. Vloga membranskih beljakovinskih kanalov je transport ionov in ohranjanje njihove razlike koncentracije (gradient) med notranjim in zunanjim okoljem. Na primer, natrijeve kalijeve črpalke zagotavljajo izmenjavo ustreznih ionov in aktivni prevoz snovi. Pornji - skozi proteine ​​- so vključeni v prevoz molekul vode, transporterjev - pri prenosu nekaterih snovi proti koncentracijskemu gradientu. V bakterijah in protozoa je gibanje flagella zagotovljeno z motorji molekularnih beljakovin. Strukturne membranske beljakovine podpirajo membrano in zagotavljajo interakcijo drugih proteinov plazmoleme.

Membranski proteini, membrana za beljakovine

Membrana je dinamičen in zelo aktiven medij, in ne inertna matrika beljakovin, ki se nahajajo v njej in delajo. Pomembno vpliva na delovanje membranskih proteinov in lipidnih splavov, ki se gibljejo, tvorijo nove asociativne vezi beljakovinskih molekul. Veliko beljakovin preprosto ne delujejo brez partnerjev, in njihova Medmolekulska interakcije, ki jih je narava lipidnega sloja membrane, strukturne organizacije, ki v zameno, je odvisno od strukturnih proteinov. Motnje v tem subtilnem mehanizmu interakcije in soodvisnosti vodijo do motenj funkcij membranskih proteinov in različnih bolezni, kot so diabetes in maligni tumorji.

Strukturna organizacija

Sodobne zamisli o strukturi in strukturi membranskih proteinov, ki temelji na dejstvu, da večina je v obodni del membrane redko on, pogosto več povezanih oligomerizirane alfa-vijačnice. Prav ta struktura je ključna za izvedbo funkcije. Vendar pa je klasifikacija proteinov glede na vrste struktur, ki lahko prinese veliko več presenečenj. Več kot sto opisanih beljakovin najbolj preučuje vrsta proteinov membrane oligomerizacije glikophorin A (beljakovina eritrocitov). Za transmembranske beljakovine je situacija bolj zapletena - opisuje se samo en protein (fotosintetični reakcijski center bakterij - bakteriohodopsin). Glede na visoko molekularno maso membranskih proteinov (10-240 tisoč daltonov) imajo molekularni biologi široko področje za raziskave.

Sistemi za signalizacijo celic

Med vsemi proteini plazmoleme posebno mesto pripada beljakovinam receptorjev. Oni, ki urejajo, kateri signali bodo šli v kletko in katere ne. Vse večcelične in nekatere bakterije prenašajo informacije s pomočjo posebnih molekul (signalizacija). Med temi signalnimi sredstvi se izločajo hormoni (proteini, ki jih izločajo celice), ne-beljakovinske formacije in posamezni ioni. Slednji lahko izstopajo, ko so sosednje celice poškodovane in sproži kaskado reakcij v obliki sindroma bolečine, glavnega obrambnega mehanizma telesa.

Cilji za farmakologijo

To so membranski proteini, ki so glavni cilji uporabe farmakologije, saj so ravno točke, skozi katere večina signalov potuje. "Ciljati" zdravilo, da se zagotovi visoka selektivnost - to je glavna naloga pri ustvarjanju farmakološkega sredstva. Selektivni vpliv samo na določeno vrsto ali celo podtip receptorja je vpliv na samo eno vrsto celic telesa. Ta selektivni učinek lahko na primer razlikuje tumorske celice od normalnih celic.

Zdravila prihodnosti

Lastnosti in značilnosti membranskih proteinov se že uporabljajo pri razvoju zdravil nove generacije. Te tehnologije temeljijo na ustvarjanju modularnih farmakoloških struktur iz več molekul ali nanodelcev, ki so "zamrežene" med seboj. "Ciljni" del prepozna na celični membrani določene receptorske proteine ​​(na primer, povezane z razvojem raka). V ta del dodamo membransko uničujoče sredstvo ali blokator procesov proizvodnje beljakovin v celici. Razvoj apoptoze (program lastne smrti) ali drug mehanizem kaskade znotrajceličnih transformacij vodi do želenega rezultata delovanja farmakološkega sredstva. Posledično imamo zdravilo z najmanj neželenimi učinki. Prve tovrstne protirekavnine že potekajo v kliničnih preskušanjih in bodo kmalu postale zagotovilo za visoko učinkovito zdravljenje.

Strukturna genomika

Sodobna znanost beljakovinskih molekul se vedno bolj premika na informacijsko tehnologijo. Obširen način raziskovanja - preučiti in opisati vse, kar je mogoče, shraniti podatke v računalniške podatkovne baze in nato poiskati načine za uporabo tega znanja - to je cilj sodobnih molekularnih biologov. Šele pred petnajstimi leti je globalni projekt začel "človeški genom", in že imamo zaporedno karto človeških genov. Drugi projekt, katerega cilj je določiti prostorsko strukturo vseh "ključnih proteinov" - strukturne genomike - še zdaleč ni končana. Prostorska struktura je bila doslej določena le za 60.000 več kot pet milijonov človeških beljakovin. In kaj, dokler znanstveniki so se žareče pujskov in hladno odporni paradižnik z genom lososa, strukturna genomika tehnologije ostaja stopnja znanstvena spoznanja, praktične aplikacije, od katerih ne bo vodila dolgo časa prihajajo.