Будућност медицине су персонализоване методеселективни ефекат на појединачне ћелијске системе који су одговорни за развој и ток одређене болести. У овом случају, главна класа терапијских циљева су мембрански протеини ћелије као структуре одговорне за директан пренос сигнала у ћелију. Већ данас скоро половина лекова делује на ћелијске мембране, а у будућности ће их бити само више. Овај чланак је посвећен упознавању са биолошком улогом мембранских протеина.
Са школског курса многи се сећају уређајаструктурна јединица организма - ћелије. Посебно место у структури живе ћелије игра плазмалема (мембрана) која раздваја унутарћелијски простор од свог окружења. Стога је његова главна функција стварање препреке између ћелијског садржаја и ванћелијског простора. Али ово није једина функција плазмолеме. Остале функције мембране, повезане првенствено са мембранским протеинима, су:
Ћелијска мембрана је двоструки слој липида.Двослој се формира због присуства у молекулу липида два дела са различитим својствима - хидрофилног и хидрофобног региона. Спољни слој мембрана чине поларне „главе“ са хидрофилним својствима, а хидрофобни „репови“ липида усмерени су у двослој. Поред липида, протеини су део мембранске структуре. Амерички микробиолози С.Д. Сингер (С. Јонатхан Сингер) и Г.Л. Ницхолсон (Гартх Л. Ницолсон) је предложио течно-мозаични модел структуре мембране, према којем мембрански протеини „плутају“ у липидном двослоју. Овај модел је допунио немачки биолог Каи Симонс (1997) у погледу стварања одређених, гушћих региона са повезаним протеинима (липидни сплавови) који слободно плутају мембранским двослојем.
У различитим ћелијама однос липида и протеина је различит (од 25 до 75% протеина у односу на суву тежину), а смештени су неравномерно. По локацији, протеини могу бити:
Биолошка улога мембранских протеина је разноликаа зависи од њихове структуре и локације. Међу њима се разликују рецепторски протеини, каналски протеини (јонски и порини), транспортери, мотори и структурни кластери протеина. Све врсте мембранских протеина-рецептора као одговор на било коју акцију мењају своју просторну структуру и формирају ћелијски одговор. На пример, инсулин рецептор регулише проток глукозе у ћелију, а родопсин у осетљивим ћелијама органа вида покреће каскаду реакција које доводе до појаве нервног импулса. Улога мембранских протеинских канала је да транспортују јоне и одржавају разлику у њиховим концентрацијама (градијент) између унутрашњег и спољашњег окружења. На пример, натријум-калијумске пумпе омогућавају размену одговарајућих јона и активан транспорт супстанци. Порини - протеини од краја до краја - укључени су у пренос молекула воде, транспортери - у пренос одређених супстанци у односу на градијент концентрације. Код бактерија и протозоа кретање бичева обезбеђују молекуларни протеински мотори. Структурни мембрански протеини подржавају саму мембрану и омогућавају интеракцију других протеина плазматске мембране.
Мембрана је динамична и врло активнаокружење, а не инертна матрица за протеине који се налазе и раде у њој. Значајно утиче на рад мембранских протеина, а липидни сплавови, крећући се, формирају нове асоцијативне везе молекула протеина. Многи протеини једноставно не раде без партнера, а њихова интермолекуларна интеракција обезбеђена је природом липидног слоја мембрана, чија структурна организација, пак, зависи од структурних протеина. Прекиди у овом деликатном механизму интеракције и међуовисности доводе до дисфункције мембранских протеина и разних болести попут дијабетеса и малигних тумора.
Савремене идеје о структури и структуримембрански протеини се заснивају на чињеници да се у периферном делу мембране већина њих ретко састоји од једног, чешће од неколико повезаних олигомеризујућих алфа-хелика. Штавише, управо је ова структура кључна за обављање функције. Међутим, управо класификација протеина према типу структуре може да донесе још много изненађења. Од више од стотину описаних протеина, најпроученији мембрански протеин по типу олигомеризације је гликофорин А (протеин еритроцита). Код трансмембранских протеина ситуација изгледа сложеније - описан је само један протеин (фотосинтетски реакциони центар бактерија - бактериорходопсин). С обзиром на велику молекуларну тежину мембранских протеина (10-240 хиљада далтона), молекуларни биолози имају широко поље за истраживање.
Међу свим протеинима плазмолеме посебно местоприпада протеинима рецептора. Они су ти који регулишу који ће сигнали ући у ћелију, а који неће. У свим вишећелијским и неким бактеријама информације се преносе помоћу посебних молекула (сигнализација). Међу тим сигналним агенсима су хормони (протеини које ћелије посебно луче), не-протеинске формације и појединачни јони. Последње се могу ослободити када су суседне ћелије оштећене и покрећу каскаду реакција у облику синдрома бола, главног одбрамбеног механизма тела.
Управо су мембрански протеини главнициљеви за употребу фармакологије, јер су то тачке кроз које пролази већина сигнала. "Циљање" лека, осигуравање његове високе селективности - ово је главни задатак у стварању фармаколошког средства. Селективно деловање само на одређени тип или чак подтип рецептора је ефекат на само један тип ћелија у телу. Такво селективно деловање може, на пример, разликовати туморске ћелије од нормалних.
Својства и карактеристике мембранских протеина су већданас се користе у стварању лекова нове генерације. Ове технологије се заснивају на стварању модуларних фармаколошких структура од неколико молекула или наночестица, „међусобно пришивених“. Део „циљање“ препознаје одређене протеине рецептора на ћелијској мембрани (на пример, оне повезане са развојем карцинома). Овом делу се додаје средство за уништавање мембране или блокатор процеса производње протеина у ћелији. Апоптоза у развоју (програм сопствене смрти) или други механизам каскаде унутарћелијских трансформација доводи до жељеног резултата деловања фармаколошког средства. Као резултат, имамо лек са минималним нежељеним ефектима. Први такви лекови за борбу против рака већ се подвргавају клиничким испитивањима и ускоро ће постати кључ високо ефикасне терапије.
Савремена наука о протеинимаинтензивније прелази на информациону технологију. Обиман начин истраживања - проучавати и описивати све што је могуће, чувати податке у рачунарским базама података, а затим тражити начине за примену овог знања - ово је циљ савремених молекуларних биолога. Пре само петнаест година покренут је глобални пројекат „људски геном“, а ми већ имамо секвенцирану мапу људских гена. Други пројекат, чији је циљ утврђивање просторне структуре свих „кључних протеина“ - структурне геномике - далеко је од завршетка. Просторна структура је до сада утврђена само за 60 хиљада од више од пет милиона људских протеина. И док су научници узгајали само светлеће прасади и парадајз отпоран на хладноћу са геном лососа, технологије структурне геномике остају степен научног сазнања чија практична примена неће дуго трајати.
