Ang kinabukasan ng medisina ay mga personalized na paraan ng piling impluwensya sa mga indibidwal na cell system na responsable para sa pag-unlad at kurso ng isang partikular na sakit. Ang pangunahing klase ng mga therapeutic target sa kasong ito ay ang mga cell membrane protein bilang mga istrukturang responsable sa pagbibigay ng direktang paghahatid ng signal sa cell. Sa ngayon, halos kalahati ng mga gamot ay nakakaapekto sa mga lamad ng cell, at magkakaroon lamang ng higit pa sa kanila sa hinaharap. Ang artikulong ito ay nakatuon sa pagkilala sa biyolohikal na papel ng mga protina ng lamad.
Istruktura at paggana ng cell membrane
Mula sa kurso sa paaralan, marami ang naaalala ang istruktura ng istrukturang yunit ng katawan - ang selula. Ang isang espesyal na lugar sa istraktura ng isang buhay na cell ay nilalaro ng plasmalemma (membrane), na naghihiwalay sa intracellular space mula sa kapaligiran nito. Kaya, ang pangunahing pag-andar nito ay lumikha ng isang hadlang sa pagitan ng mga nilalaman ng cellular at ng extracellular space. Ngunit hindi lamang ito ang function ng plasmalemma. Sa iba pang mga function ng lamad na nauugnay sauna sa lahat na may mga protina ng lamad, itago:
- Proteksiyon (nagbubuklod ng mga antigen at pinipigilan ang pagtagos ng mga ito sa cell).
- Transportasyon (tinitiyak ang pagpapalitan ng mga substance sa pagitan ng cell at ng kapaligiran).
- Signal (built-in na receptor protein complex ay nagbibigay ng cell irritability at ang pagtugon nito sa iba't ibang panlabas na impluwensya).
- Enerhiya - pagbabago ng iba't ibang anyo ng enerhiya: mekanikal (flagella at cilia), elektrikal (nerve impulse) at kemikal (synthesis ng adenosine triphosphoric acid molecules).
- Contact (nagbibigay ng komunikasyon sa pagitan ng mga cell gamit ang desmosome at plasmodesmata, pati na rin ang mga fold at outgrowth ng plasmolemma).
Istruktura ng mga lamad
Ang cell membrane ay isang double layer ng lipids. Ang bilayer ay nabuo dahil sa pagkakaroon sa molekula ng lipid ng dalawang bahagi na may magkakaibang mga katangian - isang hydrophilic at isang hydrophobic na seksyon. Ang panlabas na layer ng mga lamad ay nabuo sa pamamagitan ng mga polar "ulo" na may hydrophilic properties, at ang hydrophobic "tails" ng mga lipid ay nakabukas sa loob ng bilayer. Bilang karagdagan sa mga lipid, ang istraktura ng mga lamad ay kinabibilangan ng mga protina. Noong 1972, ang mga Amerikanong microbiologist na S. D. Singer (S. Jonathan Singer) at G. L. Iminungkahi ni Nicholson (Garth L. Nicolson) ang isang fluid-mosaic na modelo ng istraktura ng lamad, ayon sa kung saan ang mga protina ng lamad ay "lumulutang" sa lipid bilayer. Ang modelong ito ay dinagdagan ng German biologist na si Kai Simons (1997) sa mga tuntunin ng pagbuo ng ilang partikular, mas siksik na rehiyon na may kaugnay na mga protina (lipid rafts) na malayang nag-drift sa membrane bilayer.
Spatial na istraktura ng mga protina ng lamad
Sa iba't ibang mga cell, ang ratio ng mga lipid at protina ay iba (mula 25 hanggang 75% ng mga protina sa mga tuntunin ng dry weight), at ang mga ito ay hindi pantay na matatagpuan. Ayon sa lokasyon, ang mga protina ay maaaring:
- Integral (transmembrane) - nakapaloob sa lamad. Kasabay nito, tumagos sila sa lamad, kung minsan ay paulit-ulit. Ang kanilang mga extracellular na rehiyon ay kadalasang nagdadala ng mga oligosaccharide chain, na bumubuo ng mga glycoprotein cluster.
- Peripheral - pangunahing matatagpuan sa loob ng mga lamad. Ang komunikasyon sa mga lipid ng lamad ay ibinibigay ng mga nababaligtad na hydrogen bond.
- Naka-angkla - pangunahing matatagpuan sa labas ng cell at ang "anchor" na humahawak sa kanila sa ibabaw ay isang molekulang lipid na nakalubog sa bilayer.
Pag-andar at mga responsibilidad
Ang biyolohikal na papel ng mga protina ng lamad ay magkakaiba at depende sa kanilang istraktura at lokasyon. Kabilang sa mga ito ang mga receptor protein, channel proteins (ionic at porins), transporter, motors, at structural protein clusters. Ang lahat ng mga uri ng mga receptor ng protina ng lamad, bilang tugon sa anumang epekto, ay nagbabago ng kanilang spatial na istraktura at bumubuo ng tugon ng cell. Halimbawa, kinokontrol ng receptor ng insulin ang pagpasok ng glucose sa cell, at ang rhodopsin sa mga sensitibong selula ng organ of vision ay nagpapalitaw ng isang kaskad ng mga reaksyon na humahantong sa paglitaw ng isang nerve impulse. Ang papel na ginagampanan ng mga channel ng protina ng lamad ay ang transportasyon ng mga ion at mapanatili ang pagkakaiba sa kanilang mga konsentrasyon (gradient) sa pagitan ng panloob at panlabas na kapaligiran. Halimbawa,Ang mga bomba ng sodium-potassium ay nagbibigay ng pagpapalitan ng kaukulang mga ion at ang aktibong transportasyon ng mga sangkap. Ang mga porin - sa pamamagitan ng mga protina - ay kasangkot sa paglipat ng mga molekula ng tubig, mga transporter - sa paglipat ng ilang mga sangkap laban sa isang gradient ng konsentrasyon. Sa bacteria at protozoa, ang paggalaw ng flagella ay ibinibigay ng molecular protein motors. Sinusuportahan ng mga istrukturang protina ng lamad ang mismong lamad at tinitiyak ang pakikipag-ugnayan ng iba pang mga protina ng lamad ng plasma.
Mga protina ng lamad, lamad ng protina
Ang lamad ay isang dynamic at napakaaktibong kapaligiran, at hindi isang inert matrix para sa mga protina na matatagpuan at gumagana dito. Ito ay makabuluhang nakakaapekto sa gawain ng mga protina ng lamad, at ang mga lipid raft, na gumagalaw, ay bumubuo ng mga bagong nag-uugnay na mga bono ng mga molekula ng protina. Maraming mga protina ang hindi gumagana nang walang mga kasosyo, at ang kanilang intermolecular na pakikipag-ugnayan ay ibinibigay ng likas na katangian ng lipid layer ng mga lamad, ang istrukturang organisasyon kung saan, sa turn, ay nakasalalay sa mga istrukturang protina. Ang mga kaguluhan sa maselang mekanismong ito ng pakikipag-ugnayan at pagtutulungan ay humahantong sa dysfunction ng mga protina ng lamad at ilang sakit, gaya ng diabetes at malignant na mga tumor.
Structural na organisasyon
Ang mga modernong ideya tungkol sa istraktura at istraktura ng mga protina ng lamad ay batay sa katotohanan na sa peripheral na bahagi ng lamad, karamihan sa mga ito ay bihirang binubuo ng isa, mas madalas ng ilang nauugnay na oligomerizing alpha-helices. Bukod dito, ang istrukturang ito ang susi sa pagganap ng pag-andar. Gayunpaman, ito ay ang pag-uuri ng mga protina ayon sa uriang mga istruktura ay maaaring magdala ng marami pang mga sorpresa. Sa higit sa isang daang inilarawang protina, ang pinaka-pinag-aralan na protina ng lamad sa mga tuntunin ng uri ng oligomerization ay glycophorin A (erythrocyte protein). Para sa mga protina ng transmembrane, mukhang mas kumplikado ang sitwasyon - isang protina lamang ang inilarawan (ang sentro ng reaksyon ng photosynthetic ng bakterya - bacteriorhodopsin). Dahil sa mataas na molekular na timbang ng mga protina ng lamad (10-240 libong d alton), ang mga molecular biologist ay may malawak na larangan para sa pagsasaliksik.
Cell signaling system
Sa lahat ng mga protina ng plasma membrane, isang espesyal na lugar ang nabibilang sa mga receptor na protina. Sila ang kumokontrol kung aling mga signal ang pumapasok sa cell at alin ang hindi. Sa lahat ng multicellular at ilang bakterya, ang impormasyon ay ipinapadala sa pamamagitan ng mga espesyal na molekula (signal). Kabilang sa mga ahenteng ito ng pagbibigay ng senyas ay ang mga hormone (mga protina na espesyal na itinago ng mga selula), mga non-protein formations, at mga indibidwal na ion. Ang huli ay maaaring ilabas kapag ang mga kalapit na selula ay nasira at nag-trigger ng kaskad ng mga reaksyon sa anyo ng pain syndrome, ang pangunahing mekanismo ng depensa ng katawan.
Mga target para sa pharmacology
Ito ay mga protina ng lamad ang pangunahing target ng pharmacology, dahil sila ang mga punto kung saan dumadaan ang karamihan sa mga signal. "Pag-target" ng isang gamot, tinitiyak ang mataas na selectivity nito - ito ang pangunahing gawain sa paglikha ng isang pharmacological agent. Ang isang piling epekto sa isang partikular na uri lamang o kahit isang subtype ng receptor ay isang epekto sa isang uri lamang ng mga selula ng katawan. Napaka pumipiliHalimbawa, ang pagkakalantad ay maaaring makilala ang mga selula ng tumor mula sa mga normal.
Mga gamot sa hinaharap
Ang mga katangian at tampok ng mga protina ng lamad ay ginagamit na sa paglikha ng mga bagong henerasyong gamot. Ang mga teknolohiyang ito ay batay sa paglikha ng mga modular na istruktura ng pharmacological mula sa ilang mga molekula o nanoparticle na "naka-crosslink" sa isa't isa. Kinikilala ng bahaging "pag-target" ang ilang mga receptor ng protina sa lamad ng cell (halimbawa, ang mga nauugnay sa pag-unlad ng mga sakit na oncological). Sa bahaging ito ay idinagdag ang isang ahente na sumisira ng lamad o isang blocker sa mga proseso ng paggawa ng protina sa cell. Ang pagbuo ng apoptosis (ang programa ng sariling kamatayan) o isa pang mekanismo ng kaskad ng intracellular transformations ay humahantong sa nais na resulta ng pagkakalantad sa isang pharmacological agent. Bilang resulta, mayroon kaming gamot na may pinakamababang epekto. Nasa mga klinikal na pagsubok na ang kauna-unahang gayong mga gamot na lumalaban sa kanser at malapit nang maging epektibong mga therapy.
Structural genomics
Ang modernong agham ng mga molekula ng protina ay lalong lumilipat sa teknolohiya ng impormasyon. Isang malawak na landas ng pananaliksik - upang pag-aralan at ilarawan ang lahat ng bagay na maaaring maimbak sa mga database ng computer at pagkatapos ay maghanap ng mga paraan upang mailapat ang kaalamang ito - ito ang layunin ng mga modernong molecular biologist. Labinlimang taon lamang ang nakalipas, nagsimula ang pandaigdigang proyekto ng genome ng tao, at mayroon na tayong sequenced na mapa ng mga gene ng tao. Ang pangalawang proyekto, na naglalayong tukuyinang spatial na istraktura ng lahat ng "mga pangunahing protina" - structural genomics - ay malayo pa sa kumpleto. Ang spatial na istraktura ay sa ngayon ay tinutukoy lamang para sa 60,000 ng higit sa limang milyong mga protina ng tao. At habang ang mga siyentipiko ay nagtanim lamang ng mga makinang na biik at mga kamatis na lumalaban sa malamig na may salmon gene, ang mga teknolohiyang structural genomics ay nananatiling isang yugto ng kaalamang siyentipiko, ang praktikal na aplikasyon nito ay hindi magtatagal.
