Lääketieteen tulevaisuus on yksilöllisissä menetelmissäselektiivinen vaikutus yksittäisiin solujärjestelmiin, jotka ovat vastuussa tietyn taudin kehittymisestä ja kulusta. Tässä tapauksessa terapeuttisten kohteiden pääluokka ovat solun kalvoproteiinit rakenteina, jotka vastaavat signaalien suorasta välittämisestä soluun. Jo nykyään lähes puolet lääkkeistä vaikuttaa solukalvoihin, ja niitä tulee vain lisää tulevaisuudessa. Tämä artikkeli on omistettu kalvoproteiinien biologiseen rooliin tutustumiselle.
Solukalvon rakenne ja toiminta
Koulukurssilta monet muistavat laitteeneliön rakenneyksikkö - solut. Erityinen paikka elävän solun rakenteessa on plasmalemmalla (kalvolla), joka erottaa solunsisäisen tilan ympäristöstään. Siten sen päätehtävänä on luoda este solun sisällön ja solunulkoisen tilan välille. Mutta tämä ei ole plasmolemman ainoa toiminto. Muita kalvon toimintoja, jotka liittyvät ensisijaisesti kalvoproteiineihin, ovat:
- Suojaava (antigeenien sitominen ja niiden tunkeutumisen estäminen soluun).
- Kuljetus (varmistaa aineiden vaihdon solun ja ympäristön välillä).
- Signaali (sisäänrakennetut reseptoriproteiinikompleksit tarjoavat solun ärtyneisyyttä ja sen vastetta erilaisiin ulkoisiin vaikutuksiin).
- Energia - erilaisten energiamuotojen muuntaminen: mekaaninen (flagella ja värekarvo), sähköinen (hermoimpulssi) ja kemiallinen (adenosiinitrifosforihapon molekyylien synteesi).
- Kontakti (tarjoaa kommunikaatiota solujen välillä käyttämällä desmosomeja ja plasmodesmataa sekä plasmolemman laskoksia ja kasvuja).
Kalvorakenne
Solukalvo on kaksinkertainen lipidien kerros.Kaksoiskerros muodostuu, koska lipidimolekyylissä on kaksi osaa, joilla on erilaiset ominaisuudet - hydrofiilinen ja hydrofobinen alue. Kalvojen ulkokerroksen muodostavat polaariset "päät", joilla on hydrofiilisiä ominaisuuksia, ja lipidien hydrofobiset "hännät" ohjataan kaksoiskerrokseen. Lipidien lisäksi proteiinit ovat osa kalvorakennetta. Vuonna 1972 amerikkalaiset mikrobiologit S.D. Singer (S. Jonathan Singer) ja G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson) ehdotti neste-mosaiikkimallia kalvon rakenteesta, jonka mukaan kalvoproteiinit "kelluvat" lipidikaksoiskerroksessa. Tätä mallia täydensi saksalainen biologi Kai Simons (1997) tiettyjen tiheämpien alueiden muodostumisen suhteen, joihin liittyy proteiineja (lipidilautat), jotka ajautuvat vapaasti kalvon kaksoiskerroksessa.
Kalvoproteiinien spatiaalinen rakenne
Eri soluissa lipidien suhde proteiineihin on erilainen (25 - 75 % proteiineista kuivapainossa mitattuna) ja ne sijaitsevat epätasaisesti. Sijainnin mukaan proteiinit voivat olla:
- Integraali (transmembraaninen) - sisäänrakennettukalvo. Samaan aikaan ne tunkeutuvat kalvon läpi, joskus toistuvasti. Niiden solunulkoiset alueet kantavat usein oligosakkaridiketjuja, jotka muodostavat glykoproteiiniklustereita.
- Perifeerinen - sijaitsee pääasiassa kalvojen sisäpuolella. Sidos kalvolipideihin saadaan aikaan palautuvilla vetysidoksilla.
- Ankkuroitu - sijaitsee pääasiassa solun ulkopuolella ja "ankkuri", joka pitää niitä pinnalla, on lipidimolekyyli, joka on upotettu kaksoiskerrokseen.
Toimivuus ja vastuut
Kalvoproteiinien biologinen rooli on monipuolinenja riippuu niiden rakenteesta ja sijainnista. Niistä erotetaan reseptoriproteiinit, kanavaproteiinit (ioniset ja poriinit), kuljettajat, moottorit ja rakenteelliset proteiiniklusterit. Kaiken tyyppiset kalvoproteiinireseptorit muuttavat tilarakennettaan vasteena mihin tahansa toimintaan ja muodostavat solun vasteen. Esimerkiksi insuliinireseptori säätelee glukoosin virtausta soluun, ja näköelimen herkissä soluissa oleva rodopsiini laukaisee reaktiosarjan, joka johtaa hermoimpulssin ilmaantumiseen. Kalvoproteiinikanavien tehtävänä on kuljettaa ioneja ja ylläpitää niiden pitoisuuksien (gradientin) eroa sisäisen ja ulkoisen ympäristön välillä. Esimerkiksi natrium-kaliumpumput tarjoavat sopivien ionien vaihdon ja aineiden aktiivisen kuljetuksen. Poriinit - päästä päähän -proteiinit - osallistuvat vesimolekyylien siirtoon, kuljettajat - tiettyjen aineiden siirtoon pitoisuusgradienttia vastaan. Bakteereissa ja alkueläimissä flagellan liike saadaan aikaan molekyyliproteiinien moottoreilla. Rakenteelliset kalvoproteiinit tukevat itse kalvoa ja mahdollistavat muiden plasmamembraaniproteiinien vuorovaikutuksen.
Kalvoproteiinit, kalvo proteiineille
Kalvo on dynaaminen ja erittäin aktiivinenympäristöön, eikä inerttiä matriisia siinä sijaitseville ja toimiville proteiineille. Se vaikuttaa merkittävästi kalvoproteiinien työhön, ja liikkuessaan lipidilautat muodostavat uusia proteiinimolekyylien assosiatiivisia sidoksia. Monet proteiinit eivät yksinkertaisesti toimi ilman kumppaneita, ja niiden molekyylien välinen vuorovaikutus johtuu kalvojen lipidikerroksen luonteesta, jonka rakenteellinen organisaatio puolestaan riippuu rakenneproteiineista. Tämän herkän vuorovaikutuksen ja keskinäisen riippuvuuden mekanismin häiriöt johtavat kalvoproteiinien toimintahäiriöihin ja useisiin sairauksiin, kuten diabetekseen ja pahanlaatuisiin kasvaimiin.
Rakenneorganisaatio
Moderneja ideoita rakenteesta ja rakenteestakalvoproteiinit perustuvat siihen tosiasiaan, että kalvon perifeerisessä osassa useimmat niistä koostuvat harvoin yhdestä, useammin useasta toisiinsa liittyvästä oligomeroituvasta alfaheliksestä. Lisäksi juuri tällainen rakenne on avain toiminnon suorittamiseen. Kuitenkin proteiinien luokittelu rakennetyypin mukaan voi tuoda paljon enemmän yllätyksiä. Yli sadasta kuvatusta proteiinista tutkituin kalvoproteiini oligomeroitumistyypin mukaan on glykoforiini A (erytrosyyttiproteiini). Transmembraanisten proteiinien osalta tilanne näyttää monimutkaisemmalta - vain yksi proteiini on kuvattu (bakteerin fotosynteettinen reaktiokeskus - bakteriorodopsiini). Kalvoproteiinien korkean molekyylipainon (10-240 tuhatta daltonia) vuoksi molekyylibiologilla on laaja tutkimuskenttä.
Solujen signalointijärjestelmät
Kaikkien plasmolemman proteiinien joukossa on erityinen paikkakuuluu reseptoriproteiineihin. He säätelevät, mitkä signaalit tulevat soluun ja mitkä eivät. Kaikissa monisoluisissa ja joissakin bakteereissa tiedot välittyvät erityisten molekyylien avulla (signalointi). Näihin signalointiaineisiin kuuluvat hormonit (solujen erityisesti erittämät proteiinit), ei-proteiinimuodostelmat ja yksittäiset ionit. Jälkimmäinen voi vapautua, kun viereiset solut ovat vaurioituneet ja laukaista reaktioiden sarjan kipuoireyhtymän muodossa, joka on kehon tärkein puolustusmekanismi.
Farmakologian tavoitteet
Membraaniproteiinit ovat pääasiallisiatavoitteet farmakologian käytölle, koska ne ovat pisteitä, joiden kautta suurin osa signaaleista kulkee. Lääkkeen "kohdistaminen", sen korkean selektiivisyyden varmistaminen - tämä on tärkein tehtävä farmakologisen aineen luomisessa. Selektiivinen vaikutus vain tiettyyn reseptorin tyyppiin tai jopa alatyyppiin vaikuttaa vain yhteen solutyyppiin kehossa. Tällainen selektiivinen toiminta voi esimerkiksi erottaa kasvainsolut normaaleista.
Tulevaisuuden lääkkeet
Kalvoproteiinien ominaisuudet ja ominaisuudet ovat jo olemassanykyään niitä käytetään uuden sukupolven lääkkeiden luomiseen. Nämä tekniikat perustuvat modulaaristen farmakologisten rakenteiden luomiseen useista molekyyleistä tai nanopartikkeleista, jotka on "ommeltu" toisiinsa. "Kohdistus"-osa tunnistaa tietyt solukalvon reseptoriproteiinit (esimerkiksi ne, jotka liittyvät syövän kehittymiseen). Tähän osaan lisätään kalvoa tuhoava aine tai solun proteiinintuotantoprosessien estäjä. Kehittyvä apoptoosi (oman kuoleman ohjelma) tai jokin muu solunsisäisten transformaatioiden sarjan mekanismi johtaa haluttuun tulokseen farmakologisen aineen vaikutuksesta. Tämän seurauksena meillä on lääke, jolla on mahdollisimman vähän sivuvaikutuksia. Ensimmäiset syöpää vastaan taistelevat lääkkeet ovat jo kliinisissä kokeissa, ja niistä tulee pian avain erittäin tehokkaaseen hoitoon.
Rakennegenomiikka
Kaikki moderni tiede proteiinimolekyyleistäsiirtyy intensiivisemmin tietotekniikkaan. Laaja tapa tutkia - tutkia ja kuvata kaikkea mahdollista, tallentaa tietoja tietokoneen tietokantoihin ja sitten etsiä tapoja soveltaa tätä tietoa - tämä on nykyaikaisten molekyylibiologien tavoite. Vain viisitoista vuotta sitten käynnistettiin maailmanlaajuinen projekti "ihmisen genomi", ja meillä on jo sekvensoitu kartta ihmisen geeneistä. Toinen projekti, jonka tavoitteena on määrittää kaikkien "avainproteiinien" spatiaalinen rakenne - rakenteellinen genomiikka - ei ole läheskään valmis. Tilarakenne on toistaiseksi määritetty vain 60 tuhannelle yli viidestä miljoonasta ihmisen proteiinista. Ja vaikka tiedemiehet ovat kasvattaneet vain valoisia porsaita ja kylmää kestäviä tomaatteja lohigeenillä, rakenteelliset genomiikkateknologiat ovat edelleen tieteellisen tiedon vaihe, jonka käytännön soveltaminen ei vie kauan.
