עתיד הרפואה - שיטות בהתאמה אישיתהשפעות סלקטיביות על מערכות תאים בודדות שאחראיות להתפתחות ומחלה מסוימת של המחלה. המחלקה העיקרית של היעדים הטיפוליים במקרה זה הם חלבוני הממברנה של התא כמבנה האחראי להעברת האותות הישירה לתא. כבר היום כמעט מחצית מהתרופות משפיעות על קרומי התא ואז יהיו רק יותר. מאמר זה מוקדש להכרות עם התפקיד הביולוגי של חלבוני הממברנה.
מהקורס בבית הספר, רבים זוכרים את המכשיריחידה מבנית של הגוף - תאים. מקום מיוחד במבנה של תא חי משחק את הפלסמלה (הממברנה), המפרידה בין החלל התוך-תאי לסביבתו. לפיכך, תפקידו העיקרי הוא ליצור מחסום בין תוכן סלולרי לחלל החוץ תאי. אבל זה לא התפקיד היחיד של הפלסמולה. בין התפקודים האחרים של הממברנה, הקשורים בעיקר לחלבוני הממברנה, ישנם:
קרום התא הוא שכבה כפולה של ליפידים.הדו-שכבתי נוצר עקב נוכחות במולקולה של ליפידים של שני חלקים בעלי תכונות שונות - אתר הידרופילי והידרופובי. השכבה החיצונית של הממברנות נוצרת על ידי "ראשים" קוטביים בעלי תכונות הידרופיליות, וה"זנבות "ההידרופוביים של השומנים הופכים לשכבה הדו-קרבית. בנוסף לליפידים, חלבונים נכנסים למבנה הממברנה. בשנת 1972, המיקרוביולוגים האמריקניים S.D. זינגר (ס. ג'ונתן זינגר) ו- G.L. ניקולסון (גארת 'ל ניקולסון) הציע מודל נוזלי-פסיפס של מבנה הממברנה, שלפיו, חלבוני הממברנה "צפים" בדו-שיח השומנים. את המודל הזה הוסיפה הביולוג הגרמני קאי זימונס (1997) מבחינת היווצרותם של אזורים מסוימים וצפופים יותר עם חלבונים נלווים (רפסודות שומנים) שנסחפים בחופשיות אל דו שכבת הקרום.
בתאים שונים יחס הליפידים לחלבונים שונה (בין 25 ל- 75% מהחלבונים מבחינת משקל יבש) והם ממוקמים בצורה לא אחידה. לפי מיקום, חלבונים יכולים להיות:
תפקידם הביולוגי של חלבוני הממברנה הוא מגווןותלוי במבנה ובמיקום שלהם. ביניהם נבדלים חלבוני קולטן, חלבוני תעלה (יונים ופורינים), מובילים, מנועים ואשכולות חלבון מבניים. כל סוגי קולטני חלבון הממברנה כתגובה לכל פעולה משנים את המבנה המרחבי שלהם ויוצרים את תגובת התא. לדוגמא, קולטן האינסולין מווסת את זרימת הגלוקוזה לתא, והרודופסין בתאים הרגישים של איבר הראייה מעורר מפל של תגובות המובילות להופעת דחף עצבי. תפקיד ערוצי חלבון הממברנה הוא להעביר יונים ולשמור על ההבדל בריכוזיהם (שיפוע) בין הסביבה הפנימית והחיצונית. לדוגמא, משאבות נתרן-אשלגן מספקות חילופי יונים מתאימים והובלה פעילה של חומרים. פורינים - חלבונים מקצה לקצה - מעורבים בהעברת מולקולות מים, מובילים - בהעברת חומרים מסוימים כנגד שיפוע הריכוז. בחיידקים ופרוטוזואה תנועת הדגלים מסופקת על ידי מנועי חלבון מולקולריים. חלבוני קרום מבניים תומכים בקרום עצמו ומאפשרים אינטראקציה של חלבוני קרום פלזמה אחרים.
הממברנה דינמית ופעילה מאודהסביבה, ולא מטריצה אינרטית לחלבונים הנמצאים ופועלים בה. זה משפיע באופן משמעותי על העבודה של חלבוני הממברנה, ורפסודות הליפידים, הנעות, יוצרות קשרים אסוציאטיביים חדשים של מולקולות חלבון. חלבונים רבים פשוט אינם פועלים ללא בני זוג, והאינטראקציה הבין מולקולרית שלהם מסופקת על ידי אופי שכבת השומנים של הממברנות, אשר הארגון המבני שלה, בתורו, תלוי בחלבונים מבניים. שיבושים במנגנון עדין זה של אינטראקציה ותלות הדדית מובילים לתפקוד לקוי של חלבוני הממברנה ושלל מחלות כגון סוכרת וגידולים ממאירים.
רעיונות מודרניים לגבי המבנה והמבנהחלבוני הממברנה מבוססים על העובדה שבחלק ההיקפי של הממברנה, רובם לעתים רחוקות מורכבים מאחד, לעתים קרובות יותר ממספר אליפומריזציה של אלפא-סליקים. יתר על כן, המבנה הזה הוא המפתח לביצוע הפונקציה. עם זאת, סיווג החלבונים לפי סוג המבנה יכול להביא להפתעות רבות נוספות. מתוך יותר ממאה חלבונים שתוארו, חלבון הממברנה הנחקר ביותר לפי סוג האוליגומריזציה הוא גליקופורין A (חלבון אריתרוציטים). לגבי חלבונים טרנסממברניים, המצב נראה מסובך יותר - תואר רק חלבון אחד (מרכז התגובה הפוטוסינתטי של חיידקים - bacteriorhodopsin). בהתחשב במשקל המולקולרי הגבוה של חלבוני הממברנה (10-240 אלף דלטונים), לביולוגים מולקולריים יש תחום רחב למחקר.
בין כל חלבוני הפלסמולמה, מקום מיוחדשייך לחלבוני קולטן. הם המווסתים אילו אותות ייכנסו לתא ואילו לא. בכל החיידקים הרב-תאיים וחלקם, המידע מועבר באמצעות מולקולות מיוחדות (איתות). בין גורמי איתות אלה הורמונים (חלבונים המופרשים במיוחד על ידי תאים), תצורות שאינן חלבון ויונים בודדים. זה האחרון יכול להשתחרר כאשר התאים הסמוכים ניזוקים ומפעילים מפל של תגובות בצורה של תסמונת כאב, מנגנון ההגנה העיקרי של הגוף.
חלבוני הממברנה הם העיקרייםמטרות לשימוש בפרמקולוגיה, מכיוון שהן הנקודות דרכן עוברים רוב האותות. "לכוון" תרופה, כדי להבטיח את הסלקטיביות הגבוהה שלה - זו המשימה העיקרית ביצירת חומר תרופתי. פעולה סלקטיבית רק על סוג מסוים או אפילו תת-סוג של קולטן היא השפעה על סוג אחד בלבד של תאים בגוף. פעולה סלקטיבית כזו יכולה, למשל, להבדיל בין תאי גידול לתאים רגילים.
המאפיינים והמאפיינים של חלבוני הממברנה כברכיום הם משמשים ביצירת תרופות מהדור החדש. טכנולוגיות אלה מבוססות על יצירת מבנים פרמקולוגיים מודולריים מכמה מולקולות או חלקיקי ננו, "שנתפרו" זה בזה. החלק ה"ממקד "מזהה חלבוני קולטן מסוימים על קרום התא (למשל, אלה הקשורים להתפתחות סרטן). לחלק זה מתווסף חומר הורס ממברנה או חוסם את תהליכי ייצור החלבון בתא. האפופטוזיס המתפתח (תוכנית המוות של עצמו) או מנגנון אחר של מפל הטרנספורמציות התוך תאיות מוביל לתוצאה הרצויה של פעולת הסוכן הפרמקולוגי. כתוצאה מכך יש לנו תרופה עם מינימום תופעות לוואי. התרופות הראשונות מסוג זה למלחמה בסרטן כבר עוברות ניסויים קליניים ובקרוב יהפכו למפתח לטיפול יעיל ביותר.
מדע חלבונים מודרני הכלעובר באופן אינטנסיבי יותר לטכנולוגיית המידע. דרך מחקר רחבה - ללמוד ולתאר את כל מה שאפשר, לשמור נתונים במאגרי מידע ממוחשבים ואז לחפש דרכים ליישם את הידע הזה - זו מטרתם של ביולוגים מולקולריים מודרניים. רק לפני חמש עשרה שנה הושק הפרויקט העולמי "הגנום האנושי", וכבר יש לנו מפה רצופה של גנים אנושיים. הפרויקט השני שמטרתו לקבוע את המבנה המרחבי של כל "חלבוני המפתח" - גנומיקה מבנית - רחוק מלהיות שלם. המבנה המרחבי נקבע עד כה רק עבור 60 אלף מתוך יותר מחמישה מיליון חלבונים אנושיים. ובעוד מדענים גידלו רק חזירונים זוהרים ועגבניות בעלות עמידות קר עם גן סלמון, טכנולוגיות גנומיקה מבניות נותרות שלב של ידע מדעי, שיישומו המעשי לא ייקח הרבה זמן.
