Masa depan perubatan ialah kaedah pengaruh terpilih yang diperibadikan pada sistem sel individu yang bertanggungjawab untuk perkembangan dan perjalanan penyakit tertentu. Kelas utama sasaran terapeutik dalam kes ini ialah protein membran sel sebagai struktur yang bertanggungjawab untuk menyediakan penghantaran isyarat terus ke sel. Sudah hari ini, hampir separuh daripada ubat menjejaskan membran sel, dan hanya akan ada lebih banyak daripada mereka pada masa akan datang. Artikel ini dikhaskan untuk mengenali peranan biologi protein membran.
Struktur dan fungsi membran sel
Dari kursus sekolah, ramai yang mengingati struktur unit struktur badan - sel. Tempat istimewa dalam struktur sel hidup dimainkan oleh plasmalemma (membran), yang memisahkan ruang intrasel daripada persekitarannya. Oleh itu, fungsi utamanya adalah untuk mewujudkan penghalang antara kandungan selular dan ruang ekstraselular. Tetapi ini bukan satu-satunya fungsi plasmalemma. Antara fungsi membran lain yang berkaitan denganpertama sekali dengan protein membran, merembeskan:
- Pelindung (mengikat antigen dan menghalang penembusannya ke dalam sel).
- Pengangkutan (memastikan pertukaran bahan antara sel dan persekitaran).
- Isyarat (kompleks protein reseptor terbina dalam memberikan kerengsaan sel dan tindak balasnya terhadap pelbagai pengaruh luar).
- Tenaga - transformasi pelbagai bentuk tenaga: mekanikal (flagella dan silia), elektrik (impuls saraf) dan kimia (sintesis molekul asid trifosforik adenosin).
- Sentuhan (menyediakan komunikasi antara sel menggunakan desmosom dan plasmodesmata, serta lipatan dan pertumbuhan plasmolemma).
Struktur membran
Membran sel ialah lapisan ganda lipid. Dwilapisan terbentuk kerana kehadiran dalam molekul lipid dua bahagian dengan sifat yang berbeza - bahagian hidrofilik dan hidrofobik. Lapisan luar membran dibentuk oleh "kepala" kutub dengan sifat hidrofilik, dan "ekor" hidrofobik lipid diputar di dalam dwilapisan. Sebagai tambahan kepada lipid, struktur membran termasuk protein. Pada tahun 1972, ahli mikrobiologi Amerika S. D. Penyanyi (S. Jonathan Singer) dan G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson) mencadangkan model cecair-mosaik struktur membran, mengikut mana protein membran "terapung" dalam dwilapisan lipid. Model ini telah ditambah oleh ahli biologi Jerman Kai Simons (1997) dari segi pembentukan kawasan tertentu yang lebih padat dengan protein yang berkaitan (rakit lipid) yang hanyut bebas dalam dwilapisan membran.
Struktur ruang protein membran
Dalam sel yang berbeza, nisbah lipid dan protein adalah berbeza (dari 25 hingga 75% protein dari segi berat kering), dan ia terletak tidak sekata. Mengikut lokasi, protein boleh:
- Integral (transmembrane) - dibina ke dalam membran. Pada masa yang sama, mereka menembusi membran, kadang-kadang berulang kali. Kawasan ekstraselular mereka sering membawa rantai oligosakarida, membentuk gugusan glikoprotein.
- Peranti - terletak terutamanya di bahagian dalam membran. Komunikasi dengan lipid membran disediakan oleh ikatan hidrogen boleh balik.
- Berlabuh - terutamanya terletak di bahagian luar sel dan "sauh" yang menahannya di permukaan ialah molekul lipid yang direndam dalam dwilapisan.
Fungsi dan tanggungjawab
Peranan biologi protein membran adalah pelbagai dan bergantung pada struktur dan lokasinya. Ia termasuk protein reseptor, protein saluran (ionik dan porin), pengangkut, motor, dan kelompok protein struktur. Semua jenis reseptor protein membran, sebagai tindak balas kepada sebarang kesan, mengubah struktur ruang mereka dan membentuk tindak balas sel. Sebagai contoh, reseptor insulin mengawal kemasukan glukosa ke dalam sel, dan rhodopsin dalam sel sensitif organ penglihatan mencetuskan tindak balas yang membawa kepada kemunculan impuls saraf. Peranan saluran protein membran adalah untuk mengangkut ion dan mengekalkan perbezaan kepekatannya (kecerunan) antara persekitaran dalaman dan luaran. Sebagai contoh,pam natrium-kalium menyediakan pertukaran ion yang sepadan dan pengangkutan aktif bahan. Porins - melalui protein - terlibat dalam pemindahan molekul air, pengangkut - dalam pemindahan bahan tertentu terhadap kecerunan kepekatan. Dalam bakteria dan protozoa, pergerakan flagella disediakan oleh motor protein molekul. Protein membran berstruktur menyokong membran itu sendiri dan memastikan interaksi protein membran plasma lain.
Protein membran, membran protein
Membran adalah persekitaran yang dinamik dan sangat aktif, dan bukan matriks lengai untuk protein yang terletak dan berfungsi di dalamnya. Ia memberi kesan ketara kepada kerja protein membran, dan rakit lipid, bergerak, membentuk ikatan bersekutu baru molekul protein. Banyak protein semata-mata tidak berfungsi tanpa rakan kongsi, dan interaksi antara molekul mereka disediakan oleh sifat lapisan lipid membran, organisasi strukturnya, seterusnya, bergantung kepada protein struktur. Gangguan dalam mekanisme halus interaksi dan saling bergantung ini membawa kepada disfungsi protein membran dan beberapa penyakit, seperti diabetes dan tumor malignan.
Organisasi berstruktur
Idea moden tentang struktur dan struktur protein membran adalah berdasarkan fakta bahawa di bahagian persisian membran, kebanyakannya jarang terdiri daripada satu, lebih kerap daripada beberapa heliks alfa oligomerisasi yang berkaitan. Lebih-lebih lagi, struktur inilah yang menjadi kunci kepada prestasi fungsi. Walau bagaimanapun, ia adalah klasifikasi protein mengikut jenisstruktur boleh membawa lebih banyak kejutan. Daripada lebih daripada seratus protein yang diterangkan, protein membran yang paling banyak dikaji dari segi jenis oligomerisasi ialah glikoforin A (protein erythrocyte). Untuk protein transmembran, keadaan kelihatan lebih rumit - hanya satu protein telah diterangkan (pusat reaksi fotosintesis bakteria - bacteriorhodopsin). Memandangkan berat molekul protein membran yang tinggi (10-240 ribu d alton), ahli biologi molekul mempunyai bidang penyelidikan yang luas.
Sistem isyarat sel
Di antara semua protein membran plasma, tempat istimewa adalah milik protein reseptor. Merekalah yang mengawal isyarat mana yang masuk ke dalam sel dan mana yang tidak. Dalam semua multiselular dan beberapa bakteria, maklumat dihantar melalui molekul khas (isyarat). Antara agen isyarat ini ialah hormon (protein yang dirembeskan khas oleh sel), pembentukan bukan protein, dan ion individu. Yang terakhir boleh dilepaskan apabila sel-sel jiran rosak dan mencetuskan tindak balas dalam bentuk sindrom kesakitan, mekanisme pertahanan utama badan.
Sasaran untuk farmakologi
Ia adalah protein membran yang menjadi sasaran utama farmakologi, kerana ia adalah titik yang dilalui oleh kebanyakan isyarat. "Menyasarkan" ubat, memastikan selektiviti tinggi - ini adalah tugas utama dalam mewujudkan agen farmakologi. Kesan terpilih pada hanya jenis tertentu atau subjenis reseptor adalah kesan pada hanya satu jenis sel badan. Pilihan yang sedemikianpendedahan boleh, sebagai contoh, membezakan sel tumor daripada yang normal.
Dadah masa depan
Sifat dan ciri protein membran sudah pun digunakan dalam penciptaan ubat generasi baharu. Teknologi ini adalah berdasarkan penciptaan struktur farmakologi modular daripada beberapa molekul atau zarah nano "bersambung silang" antara satu sama lain. Bahagian "penyasaran" mengiktiraf protein reseptor tertentu pada membran sel (contohnya, yang berkaitan dengan perkembangan penyakit onkologi). Pada bahagian ini ditambah agen pemusnah membran atau penyekat dalam proses pengeluaran protein dalam sel. Membangunkan apoptosis (program kematian sendiri) atau mekanisme lain dari lata transformasi intraselular membawa kepada hasil pendedahan yang diingini kepada agen farmakologi. Akibatnya, kami mempunyai ubat dengan kesan sampingan yang minimum. Ubat pertama melawan kanser seperti itu sudah pun dalam ujian klinikal dan tidak lama lagi akan menjadi terapi yang sangat berkesan.
Genomik struktur
Sains moden molekul protein semakin beralih kepada teknologi maklumat. Laluan penyelidikan yang luas - untuk mengkaji dan menerangkan segala-galanya yang boleh disimpan dalam pangkalan data komputer dan kemudian mencari cara untuk menggunakan pengetahuan ini - ini adalah matlamat ahli biologi molekul moden. Hanya lima belas tahun yang lalu, projek genom manusia global bermula, dan kami sudah mempunyai peta jujukan gen manusia. Projek kedua, yang bertujuan untuk menentukanstruktur spatial semua "protein utama" - genomik struktur - masih jauh dari lengkap. Struktur spatial setakat ini hanya ditentukan untuk 60,000 daripada lebih lima juta protein manusia. Dan sementara saintis hanya menanam anak babi bercahaya dan tomato tahan sejuk dengan gen salmon, teknologi genomik struktur kekal sebagai peringkat pengetahuan saintifik, yang aplikasi praktikalnya tidak lama lagi.
