Die toekoms van medisyne is persoonlike metodes van selektiewe invloed op individuele selstelsels wat verantwoordelik is vir die ontwikkeling en verloop van 'n spesifieke siekte. Die hoofklas terapeutiese teikens in hierdie geval is selmembraanproteïene as strukture wat verantwoordelik is vir die verskaffing van direkte seinoordrag na die sel. Reeds vandag raak byna die helfte van die middels selmembrane, en daar sal net meer van hulle in die toekoms wees. Hierdie artikel word gewy aan kennismaking met die biologiese rol van membraanproteïene.
Struktuur en funksie van die selmembraan
Van die skoolkursus onthou baie die struktuur van die liggaam se strukturele eenheid – die sel. 'n Spesiale plek in die struktuur van 'n lewende sel word gespeel deur die plasmalemma (membraan), wat die intrasellulêre ruimte van sy omgewing skei. Die hooffunksie daarvan is dus om 'n versperring tussen die sellulêre inhoud en die ekstrasellulêre ruimte te skep. Maar dit is nie die enigste funksie van die plasmalemma nie. Onder ander membraanfunksies wat verband hou metskei eerstens met membraanproteïene af:
- Beskermend (bind antigene en voorkom hul penetrasie in die sel).
- Vervoer (verseker die uitruil van stowwe tussen die sel en die omgewing).
- Signaal (ingeboude reseptorproteïenkomplekse verskaf selprikkelbaarheid en die reaksie daarvan op verskeie eksterne invloede).
- Energie - transformasie van verskillende vorme van energie: meganies (flagella en silia), elektriese (senuwee-impuls) en chemies (sintese van adenosientrifosforsuurmolekules).
- Kontak (verskaf kommunikasie tussen selle deur desmosome en plasmodesmata te gebruik, sowel as voue en uitgroeisels van die plasmolemma).
Struktuur van membrane
Die selmembraan is 'n dubbellaag lipiede. Die dubbellaag word gevorm as gevolg van die teenwoordigheid in die lipiedmolekule van twee dele met verskillende eienskappe - 'n hidrofiele en 'n hidrofobiese gedeelte. Die buitenste laag van die membrane word gevorm deur polêre "koppe" met hidrofiele eienskappe, en die hidrofobiese "sterte" van lipiede word binne-in die dubbellaag gedraai. Benewens lipiede, sluit die struktuur van membrane proteïene in. In 1972 het die Amerikaanse mikrobioloë S. D. Singer (S. Jonathan Singer) en G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson) het 'n vloeistof-mosaïekmodel van die struktuur van die membraan voorgestel, waarvolgens membraanproteïene in die lipieddubbellaag "dryf". Hierdie model is aangevul deur die Duitse bioloog Kai Simons (1997) in terme van die vorming van sekere, digter streke met geassosieerde proteïene (lipiedvlotte) wat vrylik in die membraan-dubbellaag dryf.
Ruimtelike struktuur van membraanproteïene
In verskillende selle is die verhouding van lipiede en proteïene verskillend (van 25 tot 75% van proteïene in terme van droë gewig), en hulle is oneweredig geleë. Volgens ligging kan proteïene wees:
- Integraal (transmembraan) - ingebou in die membraan. Terselfdertyd dring hulle die membraan binne, soms herhaaldelik. Hulle ekstrasellulêre streke dra dikwels oligosakkariedkettings, wat glikoproteïengroepe vorm.
- Perifere - geleë hoofsaaklik aan die binnekant van die membrane. Kommunikasie met membraanlipiede word verskaf deur omkeerbare waterstofbindings.
- Geanker - hoofsaaklik aan die buitekant van die sel geleë en die "anker" wat hulle op die oppervlak hou, is 'n lipiedmolekule wat in die dubbellaag gedompel is.
Funksionaliteit en verantwoordelikhede
Die biologiese rol van membraanproteïene is uiteenlopend en hang af van hul struktuur en ligging. Dit sluit reseptorproteïene, kanaalproteïene (ioniese en poriene), vervoerders, motors en strukturele proteïenklusters in. Alle tipes membraanproteïenreseptore, in reaksie op enige impak, verander hul ruimtelike struktuur en vorm die reaksie van die sel. Byvoorbeeld, die insulienreseptor reguleer die toetrede van glukose in die sel, en rodopsien in die sensitiewe selle van die visieorgaan veroorsaak 'n kaskade van reaksies wat lei tot die verskyning van 'n senuwee-impuls. Die rol van membraanproteïenkanale is om ione te vervoer en die verskil in hul konsentrasies (gradiënt) tussen die interne en eksterne omgewing te handhaaf. Byvoorbeeld,natrium-kaliumpompe verskaf die uitruiling van die ooreenstemmende ione en die aktiewe vervoer van stowwe. Poriene - deur proteïene - is betrokke by die oordrag van watermolekules, vervoerders - by die oordrag van sekere stowwe teen 'n konsentrasiegradiënt. In bakterieë en protosoë word die beweging van flagella verskaf deur molekulêre proteïenmotors. Strukturele membraanproteïene ondersteun die membraan self en verseker die interaksie van ander plasmamembraanproteïene.
Membraanproteïene, proteïenmembraan
Die membraan is 'n dinamiese en baie aktiewe omgewing, en nie 'n inerte matriks vir die proteïene wat daarin geleë is en werk nie. Dit beïnvloed die werk van membraanproteïene aansienlik, en lipiedvlotte, wat beweeg, vorm nuwe assosiatiewe bindings van proteïenmolekules. Baie proteïene werk eenvoudig nie sonder vennote nie, en hul intermolekulêre interaksie word verskaf deur die aard van die lipiedlaag van membrane, waarvan die strukturele organisasie op sy beurt afhang van strukturele proteïene. Versteurings in hierdie delikate meganisme van interaksie en interafhanklikheid lei tot wanfunksie van membraanproteïene en 'n aantal siektes, soos diabetes en kwaadaardige gewasse.
Struktuurorganisasie
Moderne idees oor die struktuur en struktuur van membraanproteïene is gebaseer op die feit dat in die membraan perifere deel, die meeste van hulle selde bestaan uit een, meer dikwels uit verskeie geassosieerde oligomeriserende alfa-helikse. Boonop is dit hierdie struktuur wat die sleutel tot die uitvoering van die funksie is. Dit is egter die klassifikasie van proteïene volgens tipestrukture kan baie meer verrassings bring. Van meer as honderd beskryfde proteïene is die mees bestudeerde membraanproteïen in terme van die tipe oligomerisering glikoforien A (eritrosietproteïen). Vir transmembraanproteïene lyk die situasie meer ingewikkeld - net een proteïen is beskryf (die fotosintetiese reaksiesentrum van bakterieë - bakterorodopsien). Gegewe die hoë molekulêre gewig van membraanproteïene (10-240 duisend d alton), het molekulêre bioloë 'n wye veld vir navorsing.
Selseinstelsels
Tussen al die proteïene van die plasmamembraan, behoort 'n spesiale plek aan reseptorproteïene. Dit is hulle wat reguleer watter seine die sel binnegaan en watter nie. In alle meersellige en sommige bakterieë word inligting deur spesiale molekules (sein) oorgedra. Onder hierdie seinmiddels is hormone (proteïene wat spesiaal deur selle afgeskei word), nie-proteïenformasies en individuele ione. Laasgenoemde kan vrygestel word wanneer naburige selle beskadig word en 'n kaskade van reaksies in die vorm van 'n pynsindroom, die liggaam se hoofverdedigingsmeganisme, veroorsaak.
Teikens vir farmakologie
Dit is membraanproteïene wat die hoofteikens van farmakologie is, aangesien dit die punte is waardeur die meeste seine beweeg. "Teiken" van 'n geneesmiddel, om die hoë selektiwiteit daarvan te verseker - dit is die hooftaak om 'n farmakologiese middel te skep. 'n Selektiewe effek op slegs 'n spesifieke tipe of selfs 'n subtipe van die reseptor is 'n effek op slegs een tipe liggaamselle. So 'n selektieweblootstelling kan byvoorbeeld tumorselle van normales onderskei.
Dwelms van die toekoms
Eienskappe en kenmerke van membraanproteïene word reeds gebruik in die skepping van nuwe generasie medisyne. Hierdie tegnologieë is gebaseer op die skepping van modulêre farmakologiese strukture van verskeie molekules of nanopartikels wat met mekaar "verkruis" is. Die "teiken"-deel herken sekere reseptorproteïene op die selmembraan (byvoorbeeld dié wat verband hou met die ontwikkeling van onkologiese siektes). By hierdie deel word 'n membraanvernietigende middel of 'n blokker in die prosesse van proteïenproduksie in die sel gevoeg. Die ontwikkeling van apoptose (die program van 'n mens se eie dood) of 'n ander meganisme van die kaskade van intrasellulêre transformasies lei tot die gewenste resultaat van blootstelling aan 'n farmakologiese middel. As gevolg hiervan, het ons 'n dwelm met 'n minimum van newe-effekte. Die eerste sulke kankerbestrydende middels is reeds in kliniese toetse en sal binnekort hoogs effektiewe terapieë word.
Struktuurgenomika
Moderne wetenskap van proteïenmolekules beweeg toenemend na inligtingstegnologie.’n Uitgebreide pad van navorsing – om alles wat in rekenaardatabasisse gestoor kan word te bestudeer en te beskryf en dan maniere te soek om hierdie kennis toe te pas – dit is die doelwit van moderne molekulêre bioloë. Net vyftien jaar gelede het die wêreldwye menslike genoomprojek begin, en ons het reeds 'n opeenvolgende kaart van menslike gene. Die tweede projek, wat daarop gemik is om te definieerdie ruimtelike struktuur van alle "sleutelproteïene" - strukturele genomika - is nog ver van volledig. Die ruimtelike struktuur is tot dusver slegs vir 60 000 van meer as vyf miljoen menslike proteïene bepaal. En terwyl wetenskaplikes slegs ligvarkies en koue-bestande tamaties met die salm-geen gekweek het, bly strukturele genomika-tegnologieë 'n stadium van wetenskaplike kennis, waarvan die praktiese toepassing nie lank sal wag om te kom nie.
