Die Zukunft der Medizin - personalisierte Methodenselektive Wirkungen auf einzelne Zellsysteme, die für die Entwicklung und den Verlauf einer bestimmten Krankheit verantwortlich sind. Die Hauptklasse der therapeutischen Ziele sind in diesem Fall die Membranproteine der Zelle als Struktur, die für die direkte Übertragung von Signalen an die Zelle verantwortlich sind. Bereits heute wirkt fast die Hälfte der Medikamente auf Zellmembranen, und dann wird es nur noch mehr geben. Dieser Artikel befasst sich mit der biologischen Rolle von Membranproteinen.
Viele aus dem Schulkurs erinnern sich an das GerätStruktureinheit der Körperzellen. Einen besonderen Platz in der Struktur einer lebenden Zelle spielt das Plasmalemma (Membran), das den intrazellulären Raum von seiner Umgebung trennt. Daher besteht seine Hauptfunktion darin, eine Barriere zwischen dem Zellinhalt und dem extrazellulären Raum zu schaffen. Dies ist jedoch nicht die einzige Funktion des Plasmolemmas. Unter anderen Funktionen der Membran, die hauptsächlich mit Membranproteinen assoziiert sind, gibt es:
Die Zellmembran ist eine doppelte Lipidschicht.Die Doppelschicht wird aufgrund des Vorhandenseins von Lipiden aus zwei Teilen mit unterschiedlichen Eigenschaften im Molekül gebildet - einer hydrophilen und einer hydrophoben Stelle. Die äußere Membranschicht wird durch polare "Köpfe" mit hydrophilen Eigenschaften gebildet, und die hydrophoben "Schwänze" der Lipide werden in die Doppelschicht umgewandelt. Neben Lipiden gelangen Proteine in die Membranstruktur. 1972 stellten amerikanische Mikrobiologen S.D. Sänger (S. Jonathan Singer) und G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson) schlug ein Flüssigkeitsmosaikmodell der Membranstruktur vor, wonach Membranproteine in der Lipiddoppelschicht "schweben". Dieses Modell wurde vom deutschen Biologen Kai Zimons (1997) hinsichtlich der Bildung bestimmter, dichterer Regionen mit assoziierten Proteinen (Lipidflößen) ergänzt, die frei in die Doppelschicht der Membran driften.
In verschiedenen Zellen ist das Verhältnis von Lipiden zu Proteinen unterschiedlich (25 bis 75% der Proteine in Bezug auf das Trockengewicht) und sie sind ungleichmäßig angeordnet. Nach Standort können Proteine sein:
Die biologische Rolle von Membranproteinen ist vielfältig.und hängt von ihrer Struktur und Lage ab. Unter diesen werden Rezeptorproteine, Kanäle (Ionen und Porine), Transporter, Motoren und strukturelle Proteincluster unterschieden. Alle Arten von Membranproteinrezeptoren ändern als Reaktion auf einen Effekt ihre räumliche Struktur und bilden eine Zellantwort. Beispielsweise reguliert der Insulinrezeptor den Glukosefluss in die Zelle, und Rhodopsin in den empfindlichen Zellen des Sehorgans löst eine Kaskade von Reaktionen aus, die zu einem Nervenimpuls führen. Die Rolle von Membranproteinkanälen besteht darin, Ionen zu transportieren und den Unterschied in ihren Konzentrationen (Gradienten) zwischen der inneren und der äußeren Umgebung aufrechtzuerhalten. Beispielsweise sorgen Natrium-Kalium-Pumpen für den Austausch der entsprechenden Ionen und den aktiven Transport von Substanzen. Porine sind - über Proteine - an der Übertragung von Wassermolekülen beteiligt, Transporter - an der Übertragung bestimmter Substanzen gegen den Konzentrationsgradienten. In Bakterien und Protozoen wird die Bewegung der Flagellen durch molekulare Proteinmotoren bereitgestellt. Strukturelle Membranproteine unterstützen die Membran selbst und ermöglichen die Wechselwirkung anderer Plasmolemma-Proteine.
Die Membran ist dynamisch und sehr aktiv.Umwelt und keine inerte Matrix für die Proteine, die sich darin befinden und arbeiten. Es beeinflusst die Arbeit von Membranproteinen erheblich, und Lipidflöße, die sich bewegen, bilden neue assoziative Bindungen von Proteinmolekülen. Viele Proteine funktionieren einfach nicht ohne Partner, und ihre intermolekulare Wechselwirkung wird durch die Art der Lipidschicht der Membranen sichergestellt, deren strukturelle Organisation wiederum von strukturellen Proteinen abhängt. Verstöße gegen diesen subtilen Mechanismus der Interaktion und Interdependenz führen zu einer Beeinträchtigung der Membranproteinfunktionen und einer Reihe von Krankheiten wie Diabetes und bösartigen Tumoren.
Moderne Vorstellungen von Struktur und StrukturMembranproteine basieren auf der Tatsache, dass im peripheren Membranteil die meisten von ihnen selten aus einer, häufiger aus mehreren assoziierten oligomerisierenden Alpha-Helices bestehen. Darüber hinaus ist eine solche Struktur der Schlüssel zur Erfüllung der Funktion. Es ist jedoch die Klassifizierung von Proteinen nach Art der Struktur, die viele weitere Überraschungen bringen kann. Von den mehr als einhundert beschriebenen Proteinen ist Glycophorin A (Erythrozytenprotein) die am besten untersuchte Art der Membranproteinoligomerisierung. Bei Transmembranproteinen sieht die Situation komplizierter aus - es wird nur ein Protein beschrieben (das photosynthetische Reaktionszentrum von Bakterien - Bakteriorhodopsin). Angesichts des hohen Molekulargewichts von Membranproteinen (10-240.000 Dalton) haben Molekularbiologen ein weites Forschungsfeld.
Unter allen Plasmolemma-Proteinen ein besonderer Ortgehört zu Rezeptorproteinen. Sie regulieren, welche Signale in die Zelle gelangen und welche nicht. In allen mehrzelligen und einigen Bakterien werden Informationen über spezielle Moleküle übertragen (Signalübertragung). Unter diesen Signalmitteln werden Hormone (Proteine, die speziell von Zellen sekretiert werden), Nicht-Protein-Formationen und einzelne Ionen sekretiert. Letztere können freigesetzt werden, wenn benachbarte Zellen beschädigt werden und eine Kaskade von Reaktionen in Form von Schmerz auslösen, dem Hauptschutzmechanismus des Körpers.
Es sind Membranproteine, die die Hauptrolle spielenZiele des Einsatzes der Pharmakologie, da sie genau die Punkte sind, durch die die meisten Signale gehen. Ein Medikament "anvisieren", seine hohe Selektivität sicherstellen - dies ist die Hauptaufgabe bei der Herstellung eines pharmakologischen Wirkstoffs. Die selektive Wirkung nur auf einen bestimmten Typ oder sogar einen Subtyp des Rezeptors ist die Wirkung auf nur einen Typ von Körperzellen. Eine solche selektive Exposition kann beispielsweise Tumorzellen von normalen Zellen unterscheiden.
Eigenschaften und Merkmale von Membranproteinen sind bereits vorhandenHeute werden sie zur Herstellung von Medikamenten der neuen Generation verwendet. Diese Technologien basieren auf der Schaffung modularer pharmakologischer Strukturen mehrerer Moleküle oder Nanopartikel, die miteinander „vernetzt“ sind. Der "Targeting" -Teil erkennt bestimmte Rezeptorproteine auf der Zellmembran (z. B. solche, die mit der Entwicklung von Krebs assoziiert sind). Zu diesem Teil wird ein Membranzerstörungsmittel oder ein Blocker von Prozessen zur Herstellung von Proteinen in der Zelle hinzugefügt. Die Entwicklung einer Apoptose (ein Programm des eigenen Todes) oder eines anderen Mechanismus der Kaskade intrazellulärer Transformationen führt zum gewünschten Ergebnis der Exposition gegenüber einem pharmakologischen Wirkstoff. Als Ergebnis haben wir eine Heilung mit einem Minimum an Nebenwirkungen. Die ersten derartigen Krebsmedikamente befinden sich bereits in klinischen Studien und werden bald zum Schlüssel für eine hochwirksame Therapie.
Moderne Wissenschaft von Proteinmolekülen allesWechselt intensiv zur Informationstechnologie. Eine umfangreiche Forschungsmethode besteht darin, alles Mögliche zu untersuchen und zu beschreiben, Daten in Computerdatenbanken zu speichern und dann nach Möglichkeiten zu suchen, dieses Wissen anzuwenden - das ist das Ziel moderner Molekularbiologen. Erst vor fünfzehn Jahren wurde das globale Projekt „Humangenom“ gestartet, und wir haben bereits eine sequenzierte Karte menschlicher Gene. Das zweite Projekt, mit dem die räumliche Struktur aller „Schlüsselproteine“, die Strukturgenomik, bestimmt werden soll, ist noch lange nicht abgeschlossen. Die räumliche Struktur wurde bisher nur für 60.000 von mehr als fünf Millionen menschlichen Proteinen bestimmt. Und während Wissenschaftler mit dem Lachsgen nur leuchtende Ferkel und kälteresistente Tomaten gezüchtet haben, bleibt die Technologie der Strukturgenomik das Stadium wissenschaftlicher Erkenntnisse, deren praktische Anwendung nicht lange dauern wird.
