Biološka uloga membranskih proteina

Budućnost medicine je personificirana metoda selektivnog utjecaja na pojedine sustave stanica koji su odgovorni za razvoj i tijek određene bolesti. Glavna klasa terapeutskih ciljeva u ovom slučaju su membranski proteini stanice kao strukture odgovorne za pružanje izravnog signaliziranja stanice. Već gotovo polovica lijekova utječe na stanične membrane, i bit će samo više njih. Ovaj je članak posvećen biološkoj ulozi membranskih proteina.

Struktura i funkcije stanične membrane

Od školskog tečaja mnogi se sjećaju strukture strukturne jedinice tijela - stanica. Posebno mjesto u uređaju žive stanice igra plazmalemma (membrana) koja odvaja unutarstanični prostor od okolnog medija. Dakle, njegova glavna funkcija je stvoriti prepreku između staničnog sadržaja i izvanstaničnog prostora. Ali to nije jedina funkcija plazmolemne. Među ostalim funkcijama membrane, prvenstveno povezane s membranskim proteinima, su:

• Zaštitni (vezujući antigeni i sprečavanje prodiranja u stanicu).
• Transport (osiguravanje razmjene tvari između ćelije i okoliša).
• Signal (ugrađeni receptorski proteinski kompleksi osiguravaju razdražljivost stanica i njegov odgovor na različite vanjske utjecaje).
• Energija - transformacija raznih oblika energije: mehanička (flagellum i cilia), električna (impuls živaca) i kemijska (sinteza molekula adenozin trifosfatne kiseline).
• Kontakt (osigurava komunikaciju između stanica uz pomoć desmosoma i plazmodoma, kao i nabora i rasta plazmolema).

Struktura membrana

Stanična membrana je dvostruki sloj lipida. Dvoslojna načinjen zbog prisutnosti u molekuli lipida dva dijela s različitim svojstvima - hidrofilni i hidrofobni dio. Vanjski sloj načinjen od membrana polarne glave „” s hidrofilnim svojstvima i hidrofobnih „ostatke” u lipidni dvosloj unutarnje. Uz lipide, struktura membrana uključuje proteine. Godine 1972. američki mikrobiolozi S.D. Pjevač (S. Jonathan Singer) i G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson) predložio modela tekućinu mozaik strukture membrane, prema kojem membranski proteini „lebdjeti” u lipidnom dvosloju. Ovaj model je upotpunjen njemački biolog Zimonsom Kai (1997) u stvaranju određenih dijelova, gušćim obrocima uz povezan protein (lipidnih nakupina), koje drift slobodno u dvoslojne membrane.

Prostorna struktura membranskih proteina

U različitim stanicama omjer lipida i proteina je različit (od 25 do 75% proteina u smislu suhe težine), a nejednako je raspodijeljen. Raspoređivanjem proteina može se:

• Integralna (transmembranska) - ugrađena u membranu. Na taj način oni prožimaju membranu, ponekad ponavljano. Njihove ekstracelularne regije često nose lance oligosaharida, stvarajući skupine glikoproteina.
• Periferni - smješten uglavnom unutar membrane. Povezivanje s membranskim lipidima osigurava se vodikovim reverzibilnim vezama.
• Usidrene - uglavnom se nalaze na vanjskoj strani ćelije, a "sidro" koje ih drži na površini je molekula lipida uronjena u dvosloj.

Funkcionalnost i odgovornosti

Biološka uloga membranskih proteina je raznovrsna i ovisi o njihovoj strukturi i položaju. Među njima se izdvajaju receptorski proteini, kanali (ionski i porin), transporteri, motori i strukturni klasteri proteina. Sve vrste membranskih receptora proteina kao odgovor na bilo koji efekt mijenjaju njihovu prostornu strukturu i oblikuju stanični odgovor. Na primjer, inzulin receptor regulira unos glukoze u stanicu, a rodopin u osjetljivim stanicama organa vida aktivira kaskadu reakcija koje dovode do impulsa živca. Uloga kanala membranskih proteina jest transportiranje iona i održavanje njihove razlike koncentracije (gradijent) između unutarnjeg i vanjskog okruženja. Na primjer, natrijeve kalijeve pumpe omogućuju razmjenu odgovarajućih iona i aktivni prijevoz tvari. Porini - kroz proteine ​​- sudjeluju u transportu molekula vode, transportera - pri prijenosu nekih tvari prema gradijentu koncentracije. U bakterijama i protozoama, gibanje flagele osiguravaju molekulski proteinski motori. Strukturne membranske proteine ​​podupiru samu membranu i osiguravaju interakciju drugih proteina plazmolema.

Membranski proteini, membrana za proteine

Membrana je dinamičan i vrlo aktivan medij, a ne inertna matrica za proteine ​​koji se nalaze u njoj i rade. To značajno utječe na funkcioniranje membranskih bjelančevina, i lipidnih splavi, kreću se i stvaraju nove asocijativne veze proteinskih molekula. Mnogi bjelančevine jednostavno ne rade bez partnera, a njihova intermolekularna interakcija je osigurana prirodom lipidnog sloja membrana, čija strukturalna organizacija, zauzvrat, ovisi o strukturnim proteinima. Poremećaji u ovom suptilnom mehanizmu interakcije i međuovisnosti dovode do poremećaja funkcija membranskih proteina i različitih bolesti, poput dijabetesa i malignih tumora.

Strukturalna organizacija

Moderne ideje o strukturi i strukture proteina membrane se temelji na činjenici da se u rubnom dijelu membrane većina je rijetko on, često nekoliko povezanih oligomerized alfa-uzvojnice. I upravo je ova struktura ključni za izvedbu funkcije. Međutim, to je klasifikacija proteina prema vrstama struktura koje mogu donijeti još više iznenađenja. Više od stotinu od većine proteina istraživanog opisano tipa proteina membrane je oligomerizacije glycophorin A (eritrocita proteina). Za transmembranskih proteina stanje je teže - samo jedan protein je opisano (reakcija središte fotosintetski bakterija - bacteriorhodopsin). S obzirom na visoku molekularnu težinu membranskih proteina (10-240 tisuća daltona), molekularni biolozi imaju široko polje za istraživanje.

Sustavi signalizacije stanica

Od svih proteina plazmolema, posebno mjesto pripada proteinima receptora. To su oni koji reguliraju koji će signali ući u kavez, a koji ne. Sve višestanične i neke bakterije prenose informacije putem posebnih molekula (signalizacija). Među tim sredstvima za signalizaciju izlučuju se hormoni (proteini koje luče stanice), ne-bjelančevine i pojedinačni ioni. Ovo potonje može se istaknuti kada su susjedne stanice oštećene i izazivaju kaskadu reakcija u obliku sindroma boli, glavnog mehanizma obrane tijela.

Ciljevi za farmakologiju

To su membranski proteini koji su glavni ciljevi primjene farmakologije, budući da su upravo točke kroz koje većina signala putuje. "Cilj" medicine, kako bi se osigurala visoka selektivnost - to je glavni zadatak pri stvaranju farmakološkog agensa. Selektivni utjecaj samo na određeni tip ili čak podtip receptora je učinak na samo jednu vrstu tjelesnih stanica. Ovaj selektivni učinak može, na primjer, razlikovati tumorske stanice od normalnih stanica.

Lijekovi u budućnosti

Svojstva i karakteristike membranskih proteina već se koriste u razvoju novih generacija lijekova. Te se tehnologije temelje na stvaranju modularnih farmakoloških struktura iz nekoliko molekula ili nanočestica "međusobno povezanih". Dio "ciljanja" prepoznaje na staničnoj membrani izvjesne receptorske proteine ​​(na primjer, povezane s razvojem raka). U ovaj dio dodaje se agens koji uništava membranu ili blokira procese proizvodnje proteina u stanici. Razvoj apoptoze (program vlastite smrti) ili drugi mehanizam kaskade intracelularnih transformacija dovodi do željenog rezultata djelovanja farmakološkog agensa. Kao rezultat toga, imamo lijek s minimalnim nuspojavama. Prvi takvi lijekovi protiv raka već su podvrgnuti kliničkim ispitivanjima i uskoro će postati jamstvo terapije visokih performansi.

Strukturna genomika

Suvremena znanost molekula proteina sve se više kreće u informacijsku tehnologiju. Opsežna način istraživanja - ispitati i opisati sve što je moguće za spremanje podataka u računalne baze podataka, a zatim tražiti načine kako primijeniti znanje podataka - to je cilj suvremene molekularne biologije. Prije svega petnaestak godina, počeo sam globalni projekt „Human Genome”, a već smo poredan kartu ljudskog gena. Drugi projekt, čiji je cilj odrediti prostornu strukturu svih "ključnih bjelančevina" - strukturne genomike - daleko je od potpune. Prostorna struktura je dosad određena samo za 60.000 od više od pet milijuna ljudskih bjelančevina. I neka sve dok znanstvenici uzgajaju užaren prasadi i hladno-otporan rajčice s lososom genoma, strukturne Genomics tehnologije ostaju faza znanstvenog znanja, praktične primjene, od kojih se neće zadržati dugo u dolaze.