Tıbbın geleceği, belirli bir hastalığın gelişmesinden ve seyrinden sorumlu olan bireysel hücre sistemleri üzerinde kişiselleştirilmiş seçici etki yöntemleridir. Bu durumda terapötik hedeflerin ana sınıfı, hücreye doğrudan sinyal iletimi sağlamaktan sorumlu yapılar olarak hücre zarı proteinleridir. Zaten bugün ilaçların neredeyse yarısı hücre zarlarını etkiliyor ve gelecekte sadece daha fazlası olacak. Bu makale, zar proteinlerinin biyolojik rolü ile tanışmaya ayrılmıştır.
Hücre zarının yapısı ve işlevi
Okul kursundan birçok kişi vücudun yapısal birimi olan hücrenin yapısını hatırlar. Canlı bir hücrenin yapısında özel bir yer, hücre içi boşluğu çevresinden ayıran plazmalemma (zar) tarafından oynanır. Bu nedenle, ana işlevi, hücresel içerik ile hücre dışı boşluk arasında bir bariyer oluşturmaktır. Ancak plazmalemmanın tek işlevi bu değildir. ile ilgili diğer membran fonksiyonları arasındaher şeyden önce zar proteinleri ile salgılayın:
- Koruyucu (antijenleri bağlar ve hücreye girmesini engeller).
- Taşıma (hücre ile çevre arasındaki madde alışverişini sağlamak).
- Sinyal (yerleşik reseptör protein kompleksleri, hücre sinirliliğini ve çeşitli dış etkilere tepkisini sağlar).
- Enerji - farklı enerji biçimlerinin dönüşümü: mekanik (kamçı ve kirpikler), elektriksel (sinir dürtüsü) ve kimyasal (adenosin trifosforik asit moleküllerinin sentezi).
- Temas (dezmozomlar ve plazmodesmata kullanarak hücreler arasında iletişimin yanı sıra plazmolemmanın kıvrımları ve büyümelerini sağlar).
Zarların yapısı
Hücre zarı çift katlı bir lipiddir. Çift tabaka, farklı özelliklere sahip iki parçanın lipit molekülündeki varlığı nedeniyle oluşur - bir hidrofilik ve bir hidrofobik bölüm. Zarların dış tabakası, hidrofilik özelliklere sahip polar "başlar" tarafından oluşturulur ve lipitlerin hidrofobik "kuyrukları" çift tabakanın içinde çevrilir. Lipidlere ek olarak, zarların yapısı proteinleri içerir. 1972'de Amerikalı mikrobiyologlar S. D. Şarkıcı (S. Jonathan Singer) ve G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson), zar proteinlerinin lipid çift tabakasında "yüzdüğü" zar yapısının bir sıvı-mozaik modelini önerdi. Bu model Alman biyolog Kai Simons (1997) tarafından zar çift tabakasında serbestçe sürüklenen ilişkili proteinlerle (lipid salları) belirli, daha yoğun bölgelerin oluşumu açısından desteklenmiştir.
Zar proteinlerinin uzaysal yapısı
Farklı hücrelerde, lipitlerin ve proteinlerin oranı farklıdır (kuru ağırlık olarak proteinlerin %25 ila %75'i) ve bunlar eşit olmayan şekilde yerleştirilmiştir. Yere göre, proteinler şunlar olabilir:
- İntegral (zar ötesi) - zarın içine yerleştirilmiştir. Aynı zamanda, bazen tekrar tekrar zara nüfuz ederler. Hücre dışı bölgeleri sıklıkla oligosakkarit zincirleri taşır ve glikoprotein kümeleri oluşturur.
- Çevresel - esas olarak zarların iç kısmında bulunur. Membran lipidleri ile iletişim, tersinir hidrojen bağları ile sağlanır.
- Bağlantılı - esas olarak hücrenin dışında bulunur ve onları yüzeyde tutan "çapa", çift tabakaya daldırılmış bir lipit molekülüdür.
İşlevsellik ve sorumluluklar
Zar proteinlerinin biyolojik rolü çeşitlidir ve yapılarına ve konumlarına bağlıdır. Reseptör proteinlerini, kanal proteinlerini (iyonik ve porinler), taşıyıcıları, motorları ve yapısal protein kümelerini içerir. Her tür zar proteini reseptörü, herhangi bir darbeye tepki olarak uzamsal yapılarını değiştirir ve hücrenin tepkisini oluşturur. Örneğin, insülin reseptörü, glikozun hücreye girişini düzenler ve görme organının hassas hücrelerindeki rodopsin, bir sinir impulsunun ortaya çıkmasına neden olan bir dizi reaksiyonu tetikler. Membran protein kanallarının rolü, iyonları taşımak ve iç ve dış ortam arasındaki konsantrasyonlarındaki (gradyan) farkı korumaktır. Örneğin,sodyum-potasyum pompaları, karşılık gelen iyonların değişimini ve maddelerin aktif taşınmasını sağlar. Porinler - proteinler aracılığıyla - su moleküllerinin transferinde, taşıyıcılarda - belirli maddelerin bir konsantrasyon gradyanına karşı transferinde yer alır. Bakteri ve protozoalarda flagellanın hareketi moleküler protein motorları tarafından sağlanır. Yapısal zar proteinleri, zarın kendisini destekler ve diğer plazma zarı proteinlerinin etkileşimini sağlar.
Zar proteinleri, protein zarı
Zar, dinamik ve çok aktif bir ortamdır ve içinde bulunan ve çalışan proteinler için inert bir matris değildir. Membran proteinlerinin çalışmasını önemli ölçüde etkiler ve hareket eden lipid salları, protein moleküllerinin yeni birleştirici bağlarını oluşturur. Birçok protein basitçe ortaklar olmadan çalışmaz ve moleküller arası etkileşimleri, yapısal organizasyonu sırayla yapısal proteinlere bağlı olan lipit zar tabakasının doğası tarafından sağlanır. Bu hassas etkileşim ve karşılıklı bağımlılık mekanizmasındaki bozukluklar, zar proteinlerinin işlev bozukluğuna ve diyabet ve habis tümörler gibi bir dizi hastalığa yol açar.
Yapısal organizasyon
Zar proteinlerinin yapısı ve yapısı hakkındaki modern fikirler, zarın periferik kısmında bunların çoğunun nadiren bir, daha sıklıkla birkaç ilişkili oligomerize edici alfa sarmallarından oluştuğu gerçeğine dayanmaktadır. Ayrıca, işlevin performansının anahtarı bu yapıdır. Bununla birlikte, proteinlerin türlerine göre sınıflandırılmasıdır.yapılar çok daha fazla sürpriz getirebilir. Tanımlanan yüzden fazla protein arasında, oligomerizasyon türü açısından en çok çalışılan zar proteini, glikoforin A'dır (eritrosit proteini). Transmembran proteinler için durum daha karmaşık görünüyor - sadece bir protein tanımlanmıştır (bakterilerin fotosentetik reaksiyon merkezi - bakteriorhodopsin). Zar proteinlerinin yüksek moleküler ağırlığı (10-240 bin d alton) göz önüne alındığında, moleküler biyologların araştırma için geniş bir alanı vardır.
Hücre sinyal sistemleri
Plazma zarının tüm proteinleri arasında özel bir yer reseptör proteinlerine aittir. Hangi sinyallerin hücreye girip hangilerinin girmediğini belirleyen onlardır. Tüm çok hücrelilerde ve bazı bakterilerde bilgi, özel moleküller (sinyal) aracılığıyla iletilir. Bu sinyal ajanları arasında hormonlar (hücreler tarafından özel olarak salgılanan proteinler), protein olmayan oluşumlar ve bireysel iyonlar bulunur. İkincisi, komşu hücreler hasar gördüğünde salınabilir ve vücudun ana savunma mekanizması olan ağrı sendromu şeklinde bir dizi reaksiyonu tetikleyebilir.
Farmakoloji için hedefler
Sinyallerin çoğunun geçtiği noktalar oldukları için farmakolojinin ana hedefi olan zar proteinleridir. Bir ilacı "hedeflemek", yüksek seçiciliğini sağlamak - bu, farmakolojik bir ajan yaratmanın ana görevidir. Reseptörün yalnızca belirli bir türü veya hatta bir alt türü üzerindeki seçici bir etki, yalnızca bir tür vücut hücresi üzerindeki bir etkidir. Böyle seçicimaruz kalma, örneğin, tümör hücrelerini normal olanlardan ayırt edebilir.
Geleceğin uyuşturucuları
Zar proteinlerinin özellikleri ve özellikleri zaten yeni nesil ilaçların oluşturulmasında kullanılıyor. Bu teknolojiler, birbiriyle “çapraz bağlı” birkaç molekül veya nanoparçacıktan modüler farmakolojik yapıların oluşturulmasına dayanmaktadır. "Hedefleme" kısmı, hücre zarındaki belirli reseptör proteinlerini tanır (örneğin, onkolojik hastalıkların gelişimi ile ilişkili olanlar). Bu kısma, hücrede protein üretimi süreçlerinde bir zar yok edici madde veya bir engelleyici eklenir. Apoptoz (kişinin kendi ölüm programı) veya hücre içi dönüşümler dizisinin başka bir mekanizmasının geliştirilmesi, bir farmakolojik ajana maruz kalmanın istenen sonucuna yol açar. Sonuç olarak, minimum yan etkisi olan bir ilacımız var. Bu tür kanserle savaşan ilk ilaçlar halihazırda klinik deneylerde ve yakında oldukça etkili tedaviler haline gelecekler.
Yapısal genomik
Modern protein molekülleri bilimi giderek daha fazla bilgi teknolojisine geçiyor. Kapsamlı bir araştırma yolu - bilgisayar veritabanlarında saklanabilecek her şeyi incelemek ve tanımlamak ve ardından bu bilgiyi uygulamanın yollarını aramak - modern moleküler biyologların hedefi budur. Sadece on beş yıl önce, küresel insan genomu projesi başladı ve zaten insan genlerinin sıralı bir haritasına sahibiz. tanımlamayı amaçlayan ikinci proje,tüm "anahtar proteinlerin" uzamsal yapısı - yapısal genomik - hala tamamlanmış olmaktan uzaktır. Uzaysal yapı şimdiye kadar beş milyondan fazla insan proteininden sadece 60.000'i için belirlendi. Ve bilim adamları somon genine sahip sadece parlak domuz yavruları ve soğuğa dayanıklı domatesler yetiştirirken, yapısal genomik teknolojileri, pratik uygulaması çok uzun sürmeyecek olan bilimsel bilginin bir aşaması olmaya devam ediyor.
