Tıbbın geleceği - kişiselleştirilmiş yöntemlerBelirli bir hastalığın gelişmesinden ve seyri için sorumlu olan bireysel hücre sistemleri üzerindeki seçici etkiler. Terapötik hedeflerin ana sınıfı, hücreye doğrudan sinyal vermekten sorumlu yapılar olarak hücre zarı proteinleridir. Zaten bugün, ilaçların neredeyse yarısı hücre zarlarını etkilemektedir ve daha sonra sadece daha fazlası olacaktır. Bu makale, membran proteinlerinin biyolojik rolü ile tanışmaya adanmıştır.
Hücre zarının yapısı ve işlevi
Okul kursundan birçok kişi cihazı hatırlıyorVücudun yapısal birimi - hücreleri. Canlı bir hücrenin cihazında özel bir yer, hücre içi boşluğu ortamından ayıran plazma zarı (membranı) tarafından oynanır. Bu nedenle, asıl işlevi, hücresel içerikler ile hücre dışı boşluk arasında bir engel oluşturulmasıdır. Ancak bu plazmolemmanın tek işlevi değildir. Membranın diğer fonksiyonları arasında, esasen membran proteinleriyle ilişkili, aşağıdakileri yayar:
- Koruyucu (antijenlerin bağlanması ve hücreye nüfuz etmelerinin önlenmesi).
- Ulaştırma (hücre ve çevre arasındaki metabolizmanın sağlanması).
- Sinyal (gömülü reseptör protein kompleksleri, hücre tahrişini ve bunun çeşitli dış etkenlere tepkisini sağlar).
- Enerji - farklı enerji formlarının dönüşümü: mekanik (flagella ve cilia), elektriksel (sinir impuls) ve kimyasal (adenozin trifosfat asit moleküllerinin sentezi).
- Temas (dezmozom ve plazmodomma kullanan hücrelerin yanı sıra, plazmolemmanın kıvrımları ve büyümeleriyle iletişim sağlanması).
Membran yapısı
Hücre zarı iki kat lipiddir.Bir hidrofilik ve hidrofobik bölge - iki farklı özelliklere sahip iki parçanın lipit molekülündeki varlığı nedeniyle bir çift katman oluşur. Dış zar tabakası, hidrofilik özelliklere sahip polar "kafalar" tarafından oluşturulur ve lipidlerin hidrofobik "kuyrukları" çift tabakanın içinde döndürülür. Lipidlere ek olarak, proteinler zar yapısına dahil edilir. 1972'de Amerikan mikrobiyologlar SD Şarkıcı (S. Jonathan Singer) ve G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson), membran proteinlerinin lipit çift katmanında "yüzdüğü" nden ziyade, zar yapısının bir sıvı-mozaik modelini önermiştir. Bu model Alman biyolog Kai Zimon (1997) tarafından iki tabakalı membrana serbestçe sürüklenen ilişkili proteinlerle (lipit sallar) belirli, daha yoğun alanların oluşumu açısından desteklenmiştir.
Membran proteinlerinin uzaysal yapısı
Farklı hücrelerde, lipitlerin ve proteinlerin oranı farklıdır (kuru ağırlık bakımından proteinlerin% 25 ila 75'i) ve eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Konuma göre, proteinler şunlar olabilir:
- İntegral (transmembran) - gömülümembran. Aynı zamanda, bazen tekrar tekrar membranı geçerler. Hücre dışı bölgeleri sıklıkla glikoprotein kümeleri oluşturan oligosakarit zincirleri taşır.
- Periferik - esasen membranın iç tarafında bulunur. Membran lipidleri ile iletişim, tersinir hidrojen bağları ile sağlanır.
- Bağlantılı - ağırlıklı olarak hücrenin dışına yerleştirilmiş ve onları yüzeyde tutan "çapa", bir çift katmana batırılmış bir lipit molekülüdür.
İşlevler ve sorumluluklar
Zar proteinlerinin biyolojik rolü çeşitlidir.ve yapılarına ve konumlarına bağlıdır. Bunların arasında reseptör proteinler, kanal (iyonik ve porinler), taşıyıcılar, motorlar ve yapısal protein kümeleri vardır. Herhangi bir etkiye yanıt olarak tüm membran protein reseptörleri tipleri, uzaysal yapılarını değiştirir ve hücre tepkisini oluşturur. Örneğin, insülin reseptörü glikozun hücreye girişini düzenler ve görüş organının hassas hücrelerinde Rodopsin, sinir uyarılarının ortaya çıkmasına neden olan bir reaksiyon kademesini tetikler. Membran kanalı proteinlerinin rolü iyonları taşımak ve iç ve dış çevre arasındaki konsantrasyonlarındaki (gradyan) farkını korumaktır. Örneğin, sodyum-potasyum pompaları, ilgili iyonların değişimini ve maddelerin aktif taşınmasını sağlar. Porinler - uçtan uca proteinler - su moleküllerinin, taşıyıcıların transferinde - belirli maddelerin konsantrasyon gradyanına karşı transferinde rol oynarlar. Bakterilerde ve protozoalarda moleküler protein motorları, flagella hareketi sağlar. Yapısal zar proteinleri, zarın kendisini destekler ve diğer plazmolemma proteinlerinin etkileşimini sağlar.
Membran Proteinleri, Protein Membranı
Membran dinamik ve çok aktif.çevre ve içinde bulunan ve işleyen proteinler için inert matris değil. Membran proteinlerinin çalışmasını önemli ölçüde etkiler ve hareketli, lipit sallar protein moleküllerinin yeni birleştirici bağlarını oluşturur. Pek çok protein basitçe ortaklar olmadan çalışmaz ve moleküller arası etkileşimleri, yapısal organizasyonu sırayla yapısal proteinlere bağlı olan lipid membran katmanının doğası ile sağlanır. Bu ince etkileşim mekanizmasındaki bozukluklar ve karşılıklı bağımlılıklar, membran protein fonksiyonlarının bozulmasına ve diyabet ve habis tümörler gibi çeşitli hastalıklara yol açmaktadır.
Yapısal organizasyon
Yapı ve yapı hakkında modern fikirlerMembran proteinleri, zar periferik kısmında çoğunun nadiren bir, daha fazla sayıda ilişkili oligomerleştirici alfa helisinden oluştuğu gerçeğine dayanır. Ve bu yapı, işlevi yerine getirmenin anahtarıdır. Bununla birlikte, daha birçok sürpriz getirebilecek proteinlerin yapı tipine göre sınıflandırılmasıdır. Tarif edilen proteinlerin yüzünden fazlası, oligomerizasyon membran proteini türü tarafından en çok incelenen glikophorin A'dır (eritrosit proteini). Transmembran proteinleri için durum daha karmaşık görünüyor - sadece bir protein tanımlandı (bakterilerin fotosentetik reaksiyon merkezi - bacteriorhodopsin). Membran proteinlerinin yüksek moleküler ağırlığına (10-240 bin dalton) verilen moleküler biyologlar araştırma için geniş bir alana sahiptir.
Hücre sinyal sistemleri
Tüm plazmolemma proteinleri arasında özel bir yerreseptör proteinlerine aittir. Hangi sinyallerin hücreye girip girmeyeceğini düzenleyen onlardır. Tüm çok hücreli ve bazı bakterilerde bilgi, özel moleküller aracılığıyla (sinyalleme) iletilir. Bu sinyalleme ajanları arasında hormonlar (hücreler tarafından özel olarak salgılanan proteinler), protein olmayan oluşumlar ve tek tek iyonlar bulunur. İkincisi, komşu hücreler hasar gördüğünde salınabilir ve vücudun ana savunma mekanizması olan ağrı sendromu şeklinde bir dizi reaksiyonu tetikleyebilir.
Farmakoloji için hedefler
Ana olan zar proteinleridirFarmakoloji kullanımı için hedefler, çünkü bunlar çoğu sinyalin geçtiği noktalar. Bir ilacı "hedeflemek", yüksek seçiciliğini sağlamak için - bu, bir farmakolojik ajan oluştururken ana görevdir. Reseptörün yalnızca belirli bir türü veya hatta bir alt türü üzerindeki seçici eylem, vücuttaki yalnızca bir hücre türü üzerindeki etkidir. Bu tür seçici etki, örneğin, tümör hücrelerini normal hücrelerden ayırabilir.
Geleceğin ilaçları
Membran proteinlerinin özellikleri ve özellikleri zatenbugün yeni nesil ilaçların yaratılmasında kullanılmaktadır. Bu teknolojiler, birbiriyle "dikilmiş" birkaç molekül veya nanopartikülden modüler farmakolojik yapıların oluşturulmasına dayanmaktadır. "Hedefleme" kısmı, hücre zarındaki belirli reseptör proteinlerini tanır (örneğin, kanser gelişimi ile ilişkili olanlar). Bu kısma, hücre zarını yok eden bir ajan veya protein üretimini engelleyen bir madde eklenir. Gelişen apoptoz (kişinin kendi ölüm programı) veya hücre içi dönüşümler zincirinin başka bir mekanizması, farmakolojik ajanın etkisinin istenen sonucuna yol açar. Sonuç olarak, minimum yan etkisi olan bir ilacımız var. Kanserle savaşan bu türden ilk ilaçlar halihazırda klinik denemelerden geçiyor ve kısa süre sonra oldukça etkili tedavinin anahtarı olacak.
Yapısal genomik
Modern protein molekülleri bilimidaha yoğun bir şekilde bilgi teknolojisine geçiyor. Kapsamlı bir araştırma yöntemi - mümkün olan her şeyi incelemek ve tanımlamak, verileri bilgisayar veritabanlarına kaydetmek ve sonra bu bilgiyi kullanmanın yollarını aramak - modern moleküler biyologların amacı budur. Sadece on beş yıl önce küresel “insan genomu” projesi başlatıldı ve elimizde insan genlerinin sıralı bir haritası var. Amacı tüm "anahtar proteinlerin" - yapısal genomiklerin - uzamsal yapısını belirlemek olan ikinci proje tamamlanmış olmaktan uzaktır. Mekansal yapı şimdiye kadar beş milyondan fazla insan proteininin sadece 60 bini için belirlendi. Ve bilim adamları somon geniyle sadece parlak domuz yavruları ve soğuğa dayanıklı domatesler yetiştirmiş olsalar da, yapısal genomik teknolojileri, pratik uygulaması uzun sürmeyecek bir bilimsel bilgi aşaması olmaya devam ediyor.
