L'avenir de la médecine - méthodes personnaliséeseffets sélectifs sur les systèmes cellulaires individuels qui sont responsables du développement et de l'évolution d'une maladie particulière. La principale classe de cibles thérapeutiques dans ce cas sont les protéines membranaires de la cellule en tant que structure responsable de la transmission directe des signaux à la cellule. Aujourd'hui déjà, près de la moitié des médicaments affectent les membranes cellulaires, et il n'y en aura plus. Cet article est consacré à la connaissance du rôle biologique des protéines membranaires.
Depuis le cours de l'école, beaucoup se souviennent de l'appareilunités structurelles du corps - cellules. Le plasmalemme (membrane), qui sépare l'espace intracellulaire de son environnement, occupe une place particulière dans la structure d'une cellule vivante. Ainsi, sa fonction principale est de créer une barrière entre le contenu cellulaire et l'espace extracellulaire. Mais ce n'est pas la seule fonction du plasmolemme. Parmi les autres fonctions de la membrane, principalement associées aux protéines membranaires, il y a:
La membrane cellulaire est une double couche de lipides.La bicouche est formée en raison de la présence dans la molécule de lipides de deux parties aux propriétés différentes - un site hydrophile et hydrophobe. La couche externe des membranes est formée de «têtes» polaires aux propriétés hydrophiles, et les «queues» hydrophobes des lipides sont transformées en bicouche. En plus des lipides, les protéines pénètrent dans la structure de la membrane. En 1972, les microbiologistes américains S.D. Chanteur (S.Jonathan Singer) et G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson) a proposé un modèle de mosaïque liquide de la structure de la membrane, selon lequel les protéines membranaires "flottent" dans la bicouche lipidique. Ce modèle a été complété par le biologiste allemand Kai Zimons (1997) en termes de formation de certaines régions plus denses avec des protéines associées (radeaux lipidiques) qui dérivent librement dans la bicouche de la membrane.
Dans différentes cellules, le rapport des lipides aux protéines est différent (de 25 à 75% des protéines en termes de poids sec), et ils sont localisés de manière inégale. Par emplacement, les protéines peuvent être:
Le rôle biologique des protéines membranaires est divers.et dépend de leur structure et de leur emplacement. Parmi eux, on distingue les protéines réceptrices, les canaux (ioniques et porines), les transporteurs, les moteurs et les amas de protéines structurelles. Tous les types de récepteurs de protéines membranaires en réponse à tout effet changent leur structure spatiale et forment une réponse cellulaire. Par exemple, le récepteur de l'insuline régule le flux de glucose dans la cellule, et la rhodopsine dans les cellules sensibles de l'organe de vision déclenche une cascade de réactions qui conduisent à l'émergence d'une impulsion nerveuse. Le rôle des canaux protéiques membranaires est de transporter les ions et de maintenir la différence de leurs concentrations (gradient) entre l'environnement interne et externe. Par exemple, les pompes sodium-potassium assurent l'échange des ions correspondants et le transport actif des substances. Les porines - à travers les protéines - sont impliquées dans le transfert des molécules d'eau, transporteurs - dans le transfert de certaines substances contre le gradient de concentration. Chez les bactéries et les protozoaires, le mouvement des flagelles est assuré par des moteurs protéiques moléculaires. Les protéines membranaires structurelles soutiennent la membrane elle-même et assurent l'interaction d'autres protéines plasmolemmes.
La membrane est dynamique et très active.l'environnement, et non une matrice inerte pour les protéines qui s'y trouvent et fonctionnent. Il affecte de manière significative le fonctionnement des protéines membranaires et les radeaux lipidiques, se déplaçant, forment de nouvelles liaisons associatives des molécules de protéines. De nombreuses protéines ne fonctionnent tout simplement pas sans partenaires, et leur interaction intermoléculaire est assurée par la nature de la couche lipidique des membranes, dont l'organisation structurelle, à son tour, dépend des protéines structurales. Les violations de ce mécanisme subtil d'interaction et d'interdépendance entraînent une altération des fonctions des protéines membranaires et un certain nombre de maladies, telles que le diabète et les tumeurs malignes.
Idées modernes sur la structure et la structureles protéines membranaires reposent sur le fait que dans la partie membranaire périphérique la plupart d'entre elles sont rarement constituées d'une, le plus souvent de plusieurs hélices alpha oligomérisantes associées. De plus, une telle structure est la clé pour remplir la fonction. Cependant, c'est la classification des protéines par type de structure qui peut apporter bien d'autres surprises. Parmi les plus d'une centaine de protéines décrites, le type d'oligomérisation des protéines membranaires le plus étudié est la glycophorine A (protéine érythrocytaire). Pour les protéines transmembranaires, la situation semble plus compliquée - une seule protéine est décrite (le centre de réaction photosynthétique des bactéries - la bactériorhodopsine). Compte tenu du poids moléculaire élevé des protéines membranaires (10-240 mille daltons), les biologistes moléculaires ont un large champ de recherche.
Parmi toutes les protéines plasmolemmes, une place particulièreappartient aux protéines réceptrices. Ce sont eux qui régulent les signaux qui entrent dans la cellule et ceux qui ne le font pas. Dans toutes les bactéries multicellulaires et certaines bactéries, l'information est transmise par des molécules spéciales (signalisation). Parmi ces agents de signalisation, les hormones (protéines spécialement sécrétées par les cellules), les formations non protéiques et les ions individuels sont sécrétés. Ce dernier peut se démarquer lorsque les cellules voisines sont endommagées et déclencher une cascade de réactions sous forme de douleur, principal mécanisme protecteur du corps.
Ce sont les protéines membranaires qui sont les principalescibles de l'utilisation de la pharmacologie, car ce sont précisément les points par lesquels passent la plupart des signaux. «Cibler» un médicament, assurer sa haute sélectivité - c'est la tâche principale lors de la création d'un agent pharmacologique. L'effet sélectif uniquement sur un type spécifique ou même un sous-type du récepteur est l'effet sur un seul type de cellules corporelles. Une telle exposition sélective peut, par exemple, distinguer les cellules tumorales des cellules normales.
Les propriétés et les caractéristiques des protéines membranaires sont déjàaujourd'hui sont utilisés dans la création de médicaments de nouvelle génération. Ces technologies reposent sur la création de structures pharmacologiques modulaires à partir de plusieurs molécules ou nanoparticules «réticulées» entre elles. La partie «ciblage» reconnaît certaines protéines réceptrices de la membrane cellulaire (par exemple celles associées au développement du cancer). A cette partie est ajouté un agent destructeur de membrane ou un bloqueur des processus de production de protéines dans la cellule. Développer l'apoptose (un programme de propre mort) ou un autre mécanisme de la cascade de transformations intracellulaires conduit au résultat souhaité de l'exposition à un agent pharmacologique. En conséquence, nous avons un remède avec un minimum d'effets secondaires. Les premiers médicaments anticancéreux de ce type font déjà l'objet d'essais cliniques et deviendront bientôt la clé d'une thérapie hautement efficace.
La science moderne des molécules de protéines toutBascule intensivement vers les technologies de l'information. Une méthode de recherche approfondie consiste à étudier et à décrire tout ce qui est possible, à enregistrer des données dans des bases de données informatiques, puis à rechercher des moyens d'appliquer ces connaissances - tel est l'objectif des biologistes moléculaires modernes. Il y a seulement quinze ans, le projet mondial «génome humain» a été lancé, et nous avons déjà une carte séquencée des gènes humains. Le deuxième projet, dont l'objectif est de déterminer la structure spatiale de toutes les «protéines clés», la génomique structurale, est loin d'être achevé. Jusqu'à présent, la structure spatiale n'a été déterminée que pour 60 000 de plus de cinq millions de protéines humaines. Et tandis que les scientifiques n'ont cultivé que des porcelets lumineux et des tomates résistantes au froid avec le gène du saumon, la technologie de la génomique structurale reste le stade des connaissances scientifiques, dont l'application pratique ne prendra pas longtemps.
