E ardhmja e mjekësisë është metoda e personalizuar e ndikimit selektiv në sistemet individuale të qelizave që janë përgjegjëse për zhvillimin dhe rrjedhën e një sëmundjeje të caktuar. Klasa kryesore e objektivave terapeutikë në këtë rast janë proteinat e membranës qelizore si struktura përgjegjëse për sigurimin e transmetimit të drejtpërdrejtë të sinjalit në qelizë. Tashmë sot, pothuajse gjysma e barnave prekin membranat qelizore dhe do të ketë më shumë prej tyre në të ardhmen. Ky artikull i kushtohet njohjes me rolin biologjik të proteinave të membranës.
Struktura dhe funksioni i membranës qelizore
Nga kursi i shkollës, shumë kujtojnë strukturën e njësisë strukturore të trupit - qelizës. Një vend të veçantë në strukturën e një qelize të gjallë luan plazmalema (membrana), e cila ndan hapësirën ndërqelizore nga mjedisi i saj. Kështu, funksioni i tij kryesor është të krijojë një pengesë midis përmbajtjes qelizore dhe hapësirës jashtëqelizore. Por ky nuk është funksioni i vetëm i plazmalemës. Ndër funksionet e tjera të membranës që lidhen mepara së gjithash me proteinat e membranës, sekretojnë:
- Mbrojtës (lidh antigjenet dhe parandalon depërtimin e tyre në qelizë).
- Transporti (duke siguruar shkëmbimin e substancave midis qelizës dhe mjedisit).
- Signal (komplekset e integruara të proteinave të receptorit ofrojnë nervozizëm qelizor dhe përgjigjen e saj ndaj ndikimeve të ndryshme të jashtme).
- Energjia - transformimi i formave të ndryshme të energjisë: mekanike (flagella dhe cilia), elektrike (impulsi nervor) dhe kimik (sinteza e molekulave të acidit adenozin trifosforik).
- Kontakt (sigurimi i komunikimit midis qelizave duke përdorur desmozomet dhe plazmodesmata, si dhe palosjet dhe daljet e plazmolemës).
Struktura e membranave
Membrana qelizore është një shtresë e dyfishtë lipidesh. Shtresa e dyfishtë formohet për shkak të pranisë në molekulën e lipideve të dy pjesëve me veti të ndryshme - një seksion hidrofil dhe një seksion hidrofobik. Shtresa e jashtme e membranave formohet nga "koka" polare me veti hidrofile dhe "bishtet" hidrofobe te lipideve jane kthyer brenda shtreses se dyfishte. Përveç lipideve, struktura e membranave përfshin proteina. Në vitin 1972, mikrobiologët amerikanë S. D. Singer (S. Jonathan Singer) dhe G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson) propozoi një model fluid-mozaik të strukturës së membranës, sipas të cilit proteinat e membranës "notojnë" në shtresën e dyfishtë lipidike. Ky model u plotësua nga biologu gjerman Kai Simons (1997) përsa i përket formimit të zonave të caktuara, më të dendura me proteina shoqëruese (raft lipidike) që lëvizin lirshëm në shtresën e dyfishtë të membranës.
Struktura hapësinore e proteinave të membranës
Në qeliza të ndryshme, raporti i lipideve dhe proteinave është i ndryshëm (nga 25 në 75% të proteinave për sa i përket peshës së thatë), dhe ato janë të vendosura në mënyrë të pabarabartë. Sipas vendndodhjes, proteinat mund të jenë:
- Integral (transmembranor) - i integruar në membranë. Në të njëjtën kohë, ato depërtojnë në membranë, ndonjëherë në mënyrë të përsëritur. Rajonet e tyre jashtëqelizore shpesh mbartin zinxhirë oligosakaride, duke formuar grupe glikoproteinash.
- Periferik - i vendosur kryesisht në brendësi të membranave. Komunikimi me lipidet e membranës sigurohet nga lidhjet e kthyeshme të hidrogjenit.
- Ankoruar - kryesisht e vendosur në pjesën e jashtme të qelizës dhe "spiranca" që i mban ato në sipërfaqe është një molekulë lipide e zhytur në shtresën e dyfishtë.
Funksionaliteti dhe përgjegjësitë
Roli biologjik i proteinave të membranës është i larmishëm dhe varet nga struktura dhe vendndodhja e tyre. Ato përfshijnë proteinat e receptorit, proteinat e kanalit (jonike dhe porinat), transportuesit, motorët dhe grupimet strukturore të proteinave. Të gjitha llojet e receptorëve të proteinave të membranës, në përgjigje të çdo ndikimi, ndryshojnë strukturën e tyre hapësinore dhe formojnë përgjigjen e qelizës. Për shembull, receptori i insulinës rregullon hyrjen e glukozës në qelizë, dhe rodopsina në qelizat e ndjeshme të organit të shikimit shkakton një kaskadë reaksionesh që çojnë në shfaqjen e një impulsi nervor. Roli i kanaleve të proteinave të membranës është të transportojnë jonet dhe të ruajnë diferencën në përqendrimin e tyre (gradient) midis mjedisit të brendshëm dhe të jashtëm. Për shembull,pompat e natrium-kaliumit sigurojnë shkëmbimin e joneve përkatëse dhe transportin aktiv të substancave. Porinet - përmes proteinave - përfshihen në transferimin e molekulave të ujit, transportuesit - në transferimin e substancave të caktuara kundër një gradient përqendrimi. Në bakteret dhe protozoarët, lëvizja e flagjelave sigurohet nga motorët e proteinave molekulare. Proteinat strukturore të membranës mbështesin vetë membranën dhe sigurojnë ndërveprimin e proteinave të tjera të membranës plazmatike.
Proteinat e membranës, membrana proteinike
Membrana është një mjedis dinamik dhe shumë aktiv, dhe jo një matricë inerte për proteinat që ndodhen dhe punojnë në të. Ndikon ndjeshëm në punën e proteinave të membranës, dhe trapat lipidike, duke lëvizur, formojnë lidhje të reja shoqëruese të molekulave të proteinave. Shumë proteina thjesht nuk funksionojnë pa partnerë, dhe ndërveprimi i tyre ndërmolekular sigurohet nga natyra e shtresës lipidike të membranave, organizimi strukturor i së cilës, nga ana tjetër, varet nga proteinat strukturore. Çrregullimet në këtë mekanizëm delikat të ndërveprimit dhe ndërvarësisë çojnë në mosfunksionim të proteinave të membranës dhe një sërë sëmundjesh, si diabeti dhe tumoret malinje.
Organizata strukturore
Idetë moderne për strukturën dhe strukturën e proteinave të membranës bazohen në faktin se në pjesën periferike të membranës, shumica e tyre rrallë përbëhen nga një, më shpesh nga disa alfa-helika oligomerizuese të shoqëruara. Për më tepër, është kjo strukturë që është çelësi i performancës së funksionit. Megjithatë, është klasifikimi i proteinave sipas llojitstrukturat mund të sjellin shumë surpriza të tjera. Nga më shumë se njëqind proteinat e përshkruara, proteina e membranës më e studiuar për sa i përket llojit të oligomerizimit është glikoforina A (proteina eritrocitare). Për proteinat transmembranore, situata duket më e ndërlikuar - vetëm një proteinë është përshkruar (qendra e reagimit fotosintetik të baktereve - bakteriorodopsina). Duke pasur parasysh peshën e lartë molekulare të proteinave të membranës (10-240 mijë d alton), biologët molekularë kanë një fushë të gjerë për kërkime.
Sistemet e sinjalizimit celular
Ndër të gjitha proteinat e membranës plazmatike, një vend të veçantë zënë proteinat receptore. Janë ata që rregullojnë se cilat sinjale hyjnë në qelizë dhe cilat jo. Në të gjitha bakteret shumëqelizore dhe disa, informacioni transmetohet përmes molekulave të veçanta (sinjalit). Ndër këta agjentë sinjalizues janë hormonet (proteina të sekretuara posaçërisht nga qelizat), formacionet joproteinike dhe jonet individuale. Kjo e fundit mund të çlirohet kur qelizat fqinje dëmtohen dhe shkaktojnë një kaskadë reaksionesh në formën e një sindromi dhimbjeje, mekanizmi kryesor mbrojtës i trupit.
Synimet për farmakologjinë
Janë proteinat e membranës ato që janë objektivat kryesore të farmakologjisë, pasi ato janë pikat nëpër të cilat kalojnë shumica e sinjaleve. "Të synuarit" një ilaç, duke siguruar selektivitetin e tij të lartë - kjo është detyra kryesore në krijimin e një agjenti farmakologjik. Një efekt selektiv vetëm në një lloj specifik apo edhe në një nëntip të receptorit është një efekt vetëm në një lloj qelize të trupit. Një përzgjedhje e tillëekspozimi mund, për shembull, të dallojë qelizat tumorale nga ato normale.
Drogat e së ardhmes
Vetitë dhe veçoritë e proteinave të membranës po përdoren tashmë në krijimin e barnave të gjeneratës së re. Këto teknologji bazohen në krijimin e strukturave farmakologjike modulare nga disa molekula ose nanogrimca të "lidhura" me njëra-tjetrën. Pjesa e "shënjestruar" njeh disa proteina të receptorit në membranën qelizore (për shembull, ato që lidhen me zhvillimin e sëmundjeve onkologjike). Kësaj pjese i shtohet një agjent shkatërrues i membranës ose një bllokues në proceset e prodhimit të proteinave në qelizë. Zhvillimi i apoptozës (programi i vdekjes së dikujt) ose një mekanizëm tjetër i kaskadës së transformimeve ndërqelizore çon në rezultatin e dëshiruar të ekspozimit ndaj një agjenti farmakologjik. Si rezultat, ne kemi një ilaç me një minimum efektesh anësore. Ilaçet e para të tilla kundër kancerit janë tashmë në prova klinike dhe së shpejti do të bëhen terapi shumë efektive.
Genomika strukturore
Shkenca moderne e molekulave të proteinave po kalon gjithnjë e më shumë drejt teknologjisë së informacionit. Një rrugë e gjerë kërkimi - për të studiuar dhe përshkruar gjithçka që mund të ruhet në bazat e të dhënave kompjuterike dhe më pas të kërkoni mënyra për të zbatuar këtë njohuri - ky është qëllimi i biologëve molekularë modernë. Vetëm pesëmbëdhjetë vjet më parë, filloi projekti global i gjenomit njerëzor, dhe ne tashmë kemi një hartë të renditur të gjeneve njerëzore. Projekti i dytë, i cili synon të përcaktojëstruktura hapësinore e të gjitha "proteinave kryesore" - gjenomika strukturore - është ende larg të qenit e plotë. Struktura hapësinore deri më tani është përcaktuar vetëm për 60,000 nga më shumë se pesë milionë proteina njerëzore. Dhe ndërsa shkencëtarët kanë rritur vetëm derra të ndezura dhe domate rezistente ndaj të ftohtit me gjenin e salmonit, teknologjitë e gjenomikës strukturore mbeten një fazë e njohurive shkencore, zbatimi praktik i së cilës nuk do të vonojë shumë.
