Rolul biologic al proteinelor membranare

Viitorul medicinei este o metodă personificată de influență selectivă asupra sistemelor celulare individuale care sunt responsabile pentru dezvoltarea și desfășurarea unei anumite boli. Principala clasă de obiective terapeutice în acest caz sunt proteinele membranare ale celulei ca structuri responsabile pentru furnizarea de semnalizare directă către celulă. Deja, aproape jumătate din medicamente afectează membranele celulare și vor fi doar mai multe dintre ele. Prezentul articol este dedicat rolului biologic al proteinelor membranare.

Structura și funcțiile membranei celulare

Din cursul școlii, mulți își amintesc structura unității structurale a corpului - celulele. Un loc special în dispozitivul unei celule vii este jucat de plasmalemma (membrana), care separă spațiul intracelular de mediul înconjurător. Astfel, funcția sa principală este de a crea o barieră între conținutul celular și spațiul extracelular. Dar aceasta nu este singura funcție a plasmolemului. Printre alte funcții ale membranei, asociate în primul rând cu proteinele membranare, sunt:

• Protecție (antigeni legați și prevenirea penetrării lor în celulă).
• Transport (asigurarea schimbului de substanțe între celulă și mediu).
• Semnalul (complexele integrate de proteine ​​receptori asigură iritabilitatea celulelor și răspunsul lor la diferite influențe externe).
• Energie - transformarea diferitelor forme de energie: mecanice (flagel și cilia), electrice (impulsuri nervoase) și chimice (sinteza moleculelor de acid adenozin trifosfat).
• Contact (care asigură comunicarea între celule cu ajutorul desmosomilor și plasmodemelor, precum și pliurile și excrementele plasmolemului).

Structura membranelor

Membrana celulară este un strat dublu de lipide. Bilateral se formează datorită prezenței în molecula lipidică a două părți cu proprietăți diferite - o regiune hidrofilă și hidrofobă. Stratul exterior este format din membrane „capete“ polare cu proprietăți hidrofile și „cozi“ hidrofobe ale bistratul lipidic interior. În plus față de lipide, structura membranelor include proteine. În 1972, microbiologii americani S.D. Singer (S. Jonathan Singer) și G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson) a propus modelul lichid-mozaic al structurii membranei, conform căreia proteinele membranei „float“ în bistratul lipidic. Acest model a fost completat biolog german Zimonsom Kai (1997) în formarea anumitor părți, porțiuni mai dense cu proteine ​​asociate (lipide), care plute plutesc liber in membrana bistrat.

Structura spațială a proteinelor membranare

La diferite celule, raportul dintre lipide și proteine ​​este diferit (de la 25 la 75% din proteine ​​în termeni de greutate uscată) și sunt distribuite inegal. Prin dispunerea proteinelor pot fi:

• Integral (transmembranar) - încorporat în membrană. Procedând astfel, ele pătrund în membrană, uneori în mod repetat. Regiunile lor extracelulare adesea poartă lanțuri de oligozaharide, formând grupe de glicoproteine.
• Periferic - localizat în principal pe partea interioară a membranelor. Legătura cu lipidele membranare este asigurată de legături reversibile cu hidrogen.
• Amortizate - sunt situate în principal pe partea exterioară a celulei și "ancora" care le ține la suprafață este o moleculă lipidică imersată într-o bistratificată.

Funcționalitate și responsabilități

Rolul biologic al proteinelor membranare este divers și depinde de structura și locația lor. Dintre acestea, se izolează proteine ​​receptor, canal (ionic și porin), transportoare, motoare și grupări structurale de proteine. Toate tipurile de receptori de proteine ​​membranare ca răspuns la orice efect schimbă structura lor spațială și formează răspunsul celular. De exemplu, receptorul de insulină reglează absorbția de glucoză în celulă, iar rodopsina din celulele sensibile ale organului de vizibilitate declanșează o cascadă de reacții care duc la un impuls nervos. Rolul canalelor de proteine ​​membranare este de a transporta ioni și de a-și menține diferența concentrații (gradient) între mediul intern și extern. De exemplu, pompele de sodiu de potasiu asigură schimbul de ioni corespunzători și transportul activ substanțe. Pori - prin proteine ​​- sunt implicați în transportul moleculelor de apă, transportatorilor - în transferul unor substanțe împotriva gradientului de concentrație. În bacterii și protozoare, mișcarea flagelului este asigurată de motoarele cu proteine ​​moleculare. Proteinele membranare proteice suportă membrana în sine și asigură interacțiunea altor proteine ​​ale plasmolemului.

Proteine ​​membrane, membrana pentru proteine

Membrana este un mediu dinamic și foarte activ, și nu o matrice inertă pentru proteine ​​care sunt situate în ea și funcționează. Ea afectează în mod semnificativ funcționarea proteinelor membranare, iar plutele lipidice, în mișcare, formează noi legături asociative de molecule de proteine. Multe proteine ​​pur și simplu nu funcționează fără parteneri, iar interacțiunea lor intermoleculară este asigurată de natura stratului lipidic al membranelor, a cărui organizare structurală, la rândul său, depinde de proteinele structurale. Tulburările în acest mecanism subtil de interacțiune și interdependență duc la întreruperea funcțiilor proteinelor membranare și a unei varietăți de boli, cum ar fi diabetul și tumorile maligne.

Organizarea structurală

ideile moderne despre structura si structura proteinelor membranare pe baza faptului că, în partea periferică a membranei cea mai mare parte este rareori una, adesea mai multe asociate oligomerizate alfa-helix. Și tocmai această structură este cheia pentru performanța funcției. Cu toate acestea, este clasificarea proteinelor în funcție de tipurile de structuri care pot aduce multe surprize. Mai mult de o sută de proteină descrisă tip oligomerizarea proteina de membrana cea mai studiată este glicoforina A (proteina eritrocit). Pentru proteine ​​transmembranare situația este mai dificilă - doar o singură proteină este descrisă (centrul de reacție al bacteriilor fotosintetice - bacteriorodopsină). Având în vedere greutatea moleculară mare a proteinelor membranare (10-240 mii daltoni), biologii moleculari au un domeniu larg de cercetare.

Sisteme de semnalizare celulara

Dintre toate proteinele plasmolemului, un loc special aparține proteinelor receptorilor. Aceștia stabilesc ce semnale vor intra în cușcă și care nu au. Toate bacteriile multicelulare și unele bacterii transmit informații prin molecule speciale (semnalizare). Dintre acești agenți de semnalizare, se secretă hormoni (proteine ​​secretate de celule), formațiuni non-proteice și ioni individuali. Acestea din urmă se pot distinge atunci când celulele vecine sunt deteriorate și declanșează o cascadă de reacții sub forma unui sindrom de durere, principalul mecanism de apărare al corpului.

Obiective pentru farmacologie

Proteinele membranare sunt principalele obiective ale aplicării farmacologiei, deoarece acestea sunt exact punctele prin care se deplasează majoritatea semnalelor. "Pentru a viza" un medicament, pentru a asigura selectivitatea ridicată - aceasta este sarcina principală atunci când se creează un agent farmacologic. Influența selectivă numai asupra unui tip specific sau chiar a unui subtip al unui receptor este efectul asupra unui singur tip de celule corporale. Acest efect selectiv poate, de exemplu, să distingă celulele tumorale de celulele normale.

Medicamentele viitorului

Proprietățile și caracteristicile proteinelor membranare sunt deja utilizate în dezvoltarea de medicamente de nouă generație. Aceste tehnologii se bazează pe crearea structurilor farmacologice modulare din mai multe molecule sau nanoparticule "reticulate" una cu alta. Partea "direcționare" recunoaște pe membrana celulară anumite proteine ​​receptor (de exemplu, asociate cu dezvoltarea cancerului). În această parte, se adaugă un agent de distrugere a membranei sau un blocant al proceselor de producere a proteinelor în celulă. Dezvoltarea apoptozei (programul de moarte proprie) sau a altui mecanism al cascadei transformărilor intracelulare conduce la rezultatul dorit al acțiunii agentului farmacologic. Ca rezultat, avem un medicament cu un minim de efecte secundare. Primele astfel de medicamente anti-cancer sunt deja supuse unor studii clinice și vor deveni în curând o garanție a terapiei de înaltă performanță.

Structura genomică

Știința modernă a moleculelor de proteine ​​se deplasează din ce în ce mai mult la tehnologia informației. este extensiv de cercetare - să examineze și să descrie tot ceea ce este posibil pentru a salva datele în baze de date computerizate, și apoi căutați modalități de a aplica cunoștințele de date - care este scopul biologiei moleculare moderne. În urmă cu doar cincisprezece ani, am inceput proiectul la nivel mondial „genomului uman“, si ne-am secvențat deja harta gene umane. Al doilea proiect, care are ca scop - de a determina structura spațială a tuturor „proteine-cheie“, - genomica structurale - este departe de peste. Structura spațială a fost determinată până acum pentru doar 60.000 de mai mult de cinci milioane de proteine ​​umane. Și să până la oamenii de știință au crescut o purcei glowing și roșii rezistente la frig, cu genomului somon, tehnologii genomica structurale rămân stadiul cunoștințelor științifice, aplicarea practică a ceea ce nu va păstra pentru o lungă perioadă de timp în vine.