Medicinens framtid är personliga metoderselektiv effekt på enskilda cellsystem som är ansvariga för utvecklingen och förloppet av en viss sjukdom. I detta fall är huvudklassen av terapeutiska mål cellmembranproteinerna som strukturer som är ansvariga för direkt överföring av signaler till cellen. Redan idag verkar nästan hälften av läkemedlen på cellmembran, och det kommer bara att finnas fler av dem. Den här artikeln ägnas åt bekanta med membranproteins biologiska roll.
Från skolan kommer många ihåg enhetenorganismens cellerns strukturella enhet. En speciell plats i strukturen för en levande cell spelas av plasmalemma (membran), som skiljer det intracellulära utrymmet från dess omgivning. Således är dess huvudfunktion att skapa en barriär mellan det cellulära innehållet och det extracellulära utrymmet. Men detta är inte den enda funktionen av plasmolemma. Bland andra membranfunktioner, främst associerade med membranproteiner, finns det:
Cellmembranet är ett dubbelt lager av lipider.Ett tvåskikt bildas på grund av närvaron i lipidmolekylen i två delar med olika egenskaper - en hydrofil och en hydrofob region. Det yttre membranskiktet bildas av polära "huvuden" med hydrofila egenskaper, och hydrofoba "svansar" av lipider riktas in i tvåskiktet. Förutom lipider ingår proteiner i membranstrukturen. 1972 kom de amerikanska mikrobiologerna S.D. Singer (S. Jonathan Singer) och G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson) föreslog en vätske-mosaikmodell av membranstrukturen, enligt vilken membranproteiner "flyter" i lipid-tvåskiktet. Denna modell kompletterades av den tyska biologen Kai Simons (1997) när det gäller bildandet av vissa tätare regioner med tillhörande proteiner (lipidflotte), som driver fritt i membranets tvåskikt.
I olika celler är förhållandet mellan lipider och proteiner olika (från 25 till 75% av proteiner i termer av torr vikt), och de är ojämnt belägna. På plats kan proteiner vara:
Membranproteins biologiska roll är varierandeoch beror på deras struktur och plats. Bland dem särskiljs receptorproteiner, kanalproteiner (joniska och poriner), transportörer, motorer och strukturella proteinkluster. Alla typer av membranproteinreceptorer som svar på någon åtgärd förändrar deras rumsliga struktur och bildar cellens svar. Till exempel reglerar insulinreceptorn flödet av glukos in i cellen och rodopsin i de känsliga cellerna i synorganet utlöser en kaskad av reaktioner som leder till att en nervimpuls uppträder. Membranproteinkanalernas roll är att transportera joner och upprätthålla skillnaden i deras koncentrationer (gradient) mellan den inre och yttre miljön. Till exempel ger natrium-kaliumpumpar utbyte av lämpliga joner och aktiv transport av ämnen. Poriner - end-to-end-proteiner - är involverade i överföringen av vattenmolekyler, transportörer - i överföringen av vissa ämnen mot koncentrationsgradienten. I bakterier och protozoer tillhandahålls flagellas rörelse av molekylära proteinmotorer. Strukturella membranproteiner stöder själva membranet och möjliggör interaktion mellan andra plasmamembranproteiner.
Membranet är dynamiskt och mycket aktivtmiljö, och inte en inert matris för de proteiner som finns och fungerar i den. Det påverkar signifikant funktionen av membranproteiner och lipidflottor, som rör sig, bildar nya associerande bindningar av proteinmolekyler. Många proteiner fungerar helt enkelt inte utan partners, och deras intermolekylära interaktion tillhandahålls av naturen hos lipidskiktet av membran, vars strukturella organisation i sin tur beror på strukturproteiner. Störningar i denna känsliga mekanism för interaktion och ömsesidigt beroende leder till dysfunktion hos membranproteiner och ett antal sjukdomar som diabetes och maligna tumörer.
Moderna idéer om strukturen och strukturenmembranproteiner är baserade på det faktum att i den perifera delen av membranet de flesta av dem sällan består av en, oftare av flera associerade oligomeriserande alfa-helices. Dessutom är det denna struktur som är nyckeln till att utföra funktionen. Det är dock klassificeringen av proteiner efter typ av struktur som kan ge många fler överraskningar. Av mer än hundra beskrivna proteiner är det mest studerade membranproteinet av typen av oligomerisering glykoforin A (erytrocytprotein). För transmembranproteiner ser situationen mer komplicerad ut - endast ett protein har beskrivits (det fotosyntetiska reaktionscentret för bakterier - bakteriorhodopsin). Med tanke på den höga molekylvikten hos membranproteiner (10-240 tusen dalton) har molekylärbiologer ett brett forskningsfält.
Bland alla plasmolemmaproteiner, en speciell platstillhör receptorproteiner. Det är de som reglerar vilka signaler som kommer in i cellen och vilka inte. I alla multicellulära bakterier och vissa bakterier överförs information med hjälp av speciella molekyler (signalering). Bland dessa signalmedel finns hormoner (proteiner som särskilt utsöndras av celler), icke-proteinformationer och enskilda joner. Det senare kan frigöras när närliggande celler skadas och utlösa en kaskad av reaktioner i form av smärtsyndrom, kroppens huvudsakliga försvarsmekanism.
Det är membranproteiner som är de viktigastemål för användning av farmakologi, eftersom de är de punkter genom vilka de flesta signaler går. Att "rikta" ett läkemedel för att säkerställa dess höga selektivitet - detta är huvuduppgiften när du skapar ett farmakologiskt medel. Selektiv verkan endast på en specifik typ eller till och med en subtyp av en receptor är en effekt på endast en typ av celler i kroppen. Sådan selektiv verkan kan till exempel skilja tumörceller från normala celler.
Egenskaperna och egenskaperna hos membranproteiner är redanidag används de för att skapa nya generationens läkemedel. Dessa tekniker är baserade på skapandet av modulära farmakologiska strukturer från flera molekyler eller nanopartiklar, "sydda" med varandra. Den "inriktade" delen känner igen vissa receptorproteiner på cellmembranet (till exempel de som är associerade med utveckling av cancer). Till denna del läggs ett membranförstörande medel eller blockerare av proteinproduktion i cellen. Den utvecklande apoptosen (programmet för egen död) eller en annan mekanism för kaskaden av intracellulära transformationer leder till det önskade resultatet av det farmakologiska agens verkan. Som ett resultat har vi ett läkemedel med ett minimum av biverkningar. De första sådana läkemedel för att bekämpa cancer genomgår redan kliniska prövningar och kommer snart att bli nyckeln till mycket effektiv terapi.
Modern vetenskap om proteinmolekyler allagår mer intensivt till informationsteknik. Ett omfattande sätt att forska - att studera och beskriva allt som är möjligt, spara data i databaser och sedan leta efter sätt att använda denna kunskap - detta är målet för moderna molekylärbiologer. För bara femton år sedan lanserades det globala projektet ”humant genom” och vi har redan en sekvenserad karta över humana gener. Det andra projektet, vars mål är att bestämma den rumsliga strukturen för alla "nyckelproteiner" - strukturell genomik - är långt ifrån komplett. Den rumsliga strukturen har hittills endast bestämts för 60 tusen av mer än fem miljoner humana proteiner. Och medan forskare bara har uppfostrat lysande smågrisar och kalltoleranta tomater med laxgenen, förblir strukturgenomteknik ett stadium av vetenskaplig kunskap, vars praktiska tillämpning tar inte lång tid.
