Бъдещето на медицината - персонализирани методиселективни ефекти върху отделните клетъчни системи, които са отговорни за развитието и протичането на определено заболяване. Основният клас терапевтични мишени в този случай са мембранните протеини на клетката като структура, отговорна за директното предаване на сигнали към клетката. Вече днес почти половината от лекарствата засягат клетъчните мембрани и тогава ще има само повече. Тази статия е посветена на запознаване с биологичната роля на мембранните протеини.
От училищния курс мнозина помнят устройствотоструктурни единици на тялото - клетки. Специално място в структурата на жива клетка играе плазмолема (мембрана), която отделя междуклетъчното пространство от неговата среда. По този начин основната му функция е да създава бариера между клетъчното съдържание и извънклетъчното пространство. Но това не е единствената функция на плазмолемата. Сред другите функции на мембраната, свързани предимно с мембранните протеини, има:
Клетъчната мембрана е двоен слой липиди.Двуслойният слой се образува поради наличието в молекулата на липиди от две части с различни свойства - хидрофилно и хидрофобно място. Външният слой на мембраните е формиран от полярни „глави“ с хидрофилни свойства, а хидрофобните „опашки“ на липидите са превърнати в двуслоен. В допълнение към липидите, протеините влизат в структурата на мембраната. През 1972 г. американските микробиолози S.D. Сингър (S. Jonathan Singer) и G.L. Никълсън (Гарт Л. Николсън) предложи течно-мозаечен модел на мембранната структура, според който мембранните протеини "плават" в липидния двуслоен. Този модел е допълнен от немския биолог Кай Зимонс (1997) по отношение на образуването на определени, по-плътни региони със свързани протеини (липидни салове), които свободно се движат в бислоя на мембраната.
В различните клетки съотношението на липидите към протеините е различно (от 25 до 75% от протеините по отношение на сухото тегло) и те са разположени неравномерно. По местоположение протеините могат да бъдат:
Биологичната роля на мембранните протеини е разнообразна.и зависи от тяхната структура и местоположение. Сред тях се отличават рецепторни протеини, канални (йонни и порни), транспортери, двигатели и структурни протеинови клъстери. Всички видове мембранни протеинови рецептори в отговор на всеки ефект променят своята пространствена структура и образуват клетъчна реакция. Например, инсулиновият рецептор регулира притока на глюкоза в клетката, а родопсинът в чувствителните клетки на органа на зрението задейства каскада от реакции, водещи до появата на нервен импулс. Ролята на мембранните протеинови канали е да транспортират йони и да поддържат разликата в техните концентрации (градиент) между вътрешната и външната среда. Например, натриево-калиевите помпи осигуряват обмяната на съответните йони и активния транспорт на вещества. Порините - чрез протеини - участват в прехвърлянето на водни молекули, преносителите - в прехвърлянето на определени вещества срещу градиента на концентрация. При бактерии и протозои движението на жлези се осигурява от моторни протеинови двигатели. Структурните мембранни протеини поддържат самата мембрана и осигуряват взаимодействието на други плазмолемични протеини.
Мембраната е динамична и много активна.среда, а не инертна матрица за протеините, които се намират в нея и работят. Той значително влияе върху работата на мембранните протеини, а липидните салове, движещи се, образуват нови асоциативни връзки на протеинови молекули. Много протеини просто не работят без партньори, а междумолекулното им взаимодействие се осигурява от естеството на липидния слой на мембраните, структурната организация на които от своя страна зависи от структурните протеини. Нарушенията в този фин механизъм на взаимодействие и взаимозависимост водят до нарушени функции на мембранните протеини и редица заболявания, като диабет и злокачествени тумори.
Модерни идеи за структура и структурамембранните протеини се основават на факта, че в частта на периферната мембрана повечето от тях рядко се състои от една, по-често от няколко свързани олигомеризиращи алфа-спирали. Освен това, точно такава структура е ключът към изпълнението на функцията. Въпреки това класификацията на протеините по вид структура може да донесе много повече изненади. От повече от сто описани протеини, най-проучваният тип мембранна протеинова олигомеризация е гликофорин А (еритроцитен протеин). За трансмембранните протеини ситуацията изглежда по-сложна - описан е само един протеин (фотосинтетичният реакционен център на бактериите - бактериододопсин). Като се има предвид високото молекулно тегло на мембранните протеини (10-240 хиляди далтона), молекулярните биолози имат широко поле за изследвания.
Сред всички протеини на плазмолема, специално мястопринадлежи към рецепторните протеини. Именно те регулират кои сигнали влизат в клетката и кои не. Във всички многоклетъчни и някои бактерии информацията се предава чрез специални молекули (сигнализация). Сред тези сигнални агенти се секретират хормони (специално секретирани от клетки протеини), небелтъчни образувания и отделни йони. Последните могат да бъдат освободени, когато съседните клетки са повредени и задействат каскада от реакции под формата на болка, основният защитен механизъм на тялото.
Именно мембранните протеини са основнитецели на използването на фармакологията, тъй като те са точно точките, през които минават повечето сигнали. "Насочете" лекарство, осигурете неговата висока селективност - това е основната задача при създаването на фармакологичен агент. Селективният ефект само върху конкретен тип или дори подтип на рецептора е ефектът само на един тип телесни клетки. Такова селективно излагане може например да разграничи туморните клетки от нормалните клетки.
Свойствата и характеристиките на мембранните протеини вече саднес се използват при създаването на лекарства от ново поколение. Тези технологии се основават на създаването на модулни фармакологични структури от няколко молекули или наночастици, „взаимосвързани“ една с друга. Частта „насочване“ разпознава специфични рецепторни протеини на клетъчната мембрана (например, тези, свързани с развитието на рак). Към тази част се добавя разрушаващ мембрана агент или блокер на процесите за производство на протеини в клетката. Развиването на апоптоза (програма за собствена смърт) или друг механизъм на каскадата на вътреклетъчните трансформации води до желания резултат от излагане на фармакологично средство. В резултат на това имаме лек с минимум странични ефекти. Първите такива противоракови лекарства вече са подложени на клинични изпитвания и скоро ще се превърнат в ключ към високоефективната терапия.
Съвременната наука за протеиновите молекули всичкоИнтензивно преминава към информационни технологии. Обширният начин на изследване е да се изследва и описва всичко възможно, да се запазват данни в компютърни бази данни и след това да се търсят начини за прилагане на тези знания - това е целта на съвременните молекулярни биолози. Само преди петнадесет години стартира глобалният проект „човешки геном“ и вече имаме секвенцирана карта от човешки гени. Вторият проект, чиято цел е да определи пространствената структура на всички „ключови протеини“, структурна геномика, далеч не е завършена. Досега пространствената структура е определена само за 60 хиляди от повече от пет милиона човешки протеина. И докато учените са отглеждали само светещи прасенца и студоустойчиви домати с гена на сьомгата, технологията на структурната геномика остава етап на научното познание, практическото приложение на което няма да отнеме много време.
