Biologická role membránových proteinů

Budoucnost medicíny je personifikovanou metodou selektivního vlivu na jednotlivé buněčné systémy, které jsou zodpovědné za vývoj a průběh konkrétní nemoci. Hlavní skupinou terapeutických cílů jsou v tomto případě membránové proteiny buňky jako struktury zodpovědné za poskytnutí přímé signalizace buňce. Již téměř polovina léků ovlivňuje buněčné membrány a bude jich jen víc. Tento článek je věnován biologické roli membránových proteinů.

Struktura a funkce buněčné membrány

Z kurzu školy si mnozí pamatují strukturu strukturní jednotky těla - buňky. Zvláštní místo v zařízení živé buňky hraje plazmalemma (membrána), která odděluje intracelulární prostor od okolního média. Jeho hlavní funkcí je proto vytvořit bariéru mezi buněčným obsahem a extracelulárním prostorem. Ale to není jediná funkce plazmolemma. Mezi další funkce membrány, které jsou primárně spojeny s membránovými bílkovinami, patří:

• Ochranné (vazebné antigeny a zabraňující jejich pronikání do buňky).
• Doprava (zajištění výměny látek mezi buňkou a prostředím).
• Signál (zabudované komplexy receptorových proteinů poskytují podrážděnost buněk a jejich reakci na různé vnější vlivy).
• Energie - přeměna různých forem energie: mechanické (řasinky a bičíky), elektrické (nervový impuls) a chemické (molekulová syntéza adenosintrifosfátu).
• Kontakt (zajišťuje komunikaci mezi buňkami pomocí desmosomů a plasmodémů, stejně jako záhyby a výrůstky plasmolemmy).

Struktura membrán

Buněčná membrána je dvojitou vrstvou lipidů. Dvojitá látka je tvořena díky přítomnosti dvou částí s různými vlastnostmi v molekule lipidů - hydrofilní a hydrofobní oblasti. Vnější vrstva membrán je tvořena polárními "hlavami" s hydrofilními vlastnostmi a hydrofobní "ocasy" lipidů čelí dvojvrstvu. Kromě lipidů obsahuje struktura membrán také proteiny. V roce 1972 americkí mikrobiologové S.D. Singer (S. Jonathan Singer) a G.L. Nicholson (Garth L. Nicolson) navržené kapalinu mozaika model konstrukce membrány, podle kterého membránové proteiny „plovák“ v lipidové dvojvrstvy. Tento model byl doplněn německý biolog Zimonsom Kai (1997) k tvorbě určitých částí, hustších částech s asociovaný protein (lipidových raftů), které drift volně ve dvouvrstvé membráně.

Prostorová struktura membránových proteinů

V různých buňkách je poměr lipidů a bílkovin odlišný (od 25 do 75% bílkovin v sušině) a jsou nerovnoměrně rozděleny. Uspořádáním proteinů mohou být:

• Integrovaná (transmembránová) - vložená do membrány. Při tom dochází k průniku membrány, někdy opakovaně. Jejich extracelulární oblasti často nesou řetězce oligosacharidů, které tvoří glykoproteinové klastry.
• Periferní zařízení - umístěné hlavně na vnitřní straně membrán. Spojení s membránovými lipidy je zajištěno reverzibilními vazbami na vodíku.
• Moored - jsou umístěny hlavně na vnější straně buňky a "kotva", která je drží na povrchu, je molekula lipidů ponořená do dvouvrstvého materiálu.

Funkčnost a odpovědnost

Biologická role membránových proteinů je různorodá a závisí na jejich struktuře a poloze. Mezi nimi jsou izolovány receptorové proteiny, kanál (iontové a porinové), transportéry, motory a strukturní proteinové klastry. Všechny druhy receptorů membránových proteinů v reakci na jakýkoli účinek mění svou prostorovou strukturu a tvoří odpověď buňky. Například inzulin receptor reguluje příjem glukosy do buněk, a buňky rhodopsin v citlivých těle spouští kaskádu reakcí, které vedou ke vzniku nervového impulsu. Role membránových proteinových kanálů je transportovat ionty a udržovat jejich rozdíl koncentrace (gradient) mezi vnitřním a vnějším prostředím. Například čerpadla sodíku draselného poskytují výměnu odpovídajících iontů a aktivní přeprava látek. Poriny - přes proteiny - se podílejí na transportu molekul vody, transportérů - při přenosu některých látek proti gradientu koncentrace. U bakterií a prvoků je pohyb vlajky zajištěn motory molekulárních proteinů. Strukturní membránové proteiny podporují samotnou membránu a poskytují interakci jiných proteinů plasmolem.

Membránové proteiny, membrána pro proteiny

Membrána je dynamické a velmi aktivní médium a ne inertní matrice pro proteiny, které jsou v něm umístěny a pracují. Významně ovlivňuje fungování membránových proteinů a lipidové plovouky se pohybují a vytvářejí nové asociativní vazby proteinových molekul. Mnoho bílkovin prostě nefungují bez partnerů a jejich intermolekulární interakce poskytuje povahou lipidové vrstvy membrán, strukturální organizace, která zase závisí na strukturních proteinů. Poruchy tohoto jemného mechanismu interakce a vzájemné závislosti vedou k narušení funkcí membránových proteinů a k různým chorobám, jako je diabetes a maligní nádory.

Strukturální organizace

Moderní představy o struktuře a struktuře membránových proteinů na základě skutečnosti, že v okrajové části membrány většina z nich je zřídka jeden, často několik spojených oligomerizované alfa-šroubovice. A právě tato struktura je klíčem k výkonu funkce. Jedná se však o klasifikaci proteinů podle typů struktur, které mohou přinést mnohem více překvapení. Více než sto popsaných proteinů je nejvíce studovaným typem oligomerizačního membránového proteinu, který je glykoprin A (protein erytrocytů). Pro transmembránové proteiny vypadá situace komplikovanější - popisuje se pouze jeden protein (fotosyntetické reakční centrum bakterií - bacterohodopsin). Vzhledem k vysoké molekulové hmotnosti membránových proteinů (10-240 tisíc daltonů) mají molekulární biologové širokou oblast výzkumu.

Buněčné signalizační systémy

Ze všech bílkovin plazmolimu patří zvláštní místo receptorovým proteinům. Jsou to oni, kteří regulují, které signály půjdou do klece a které ne. Všechny mnohobuněčné a některé bakterie přenášejí informace prostřednictvím speciálních molekul (signalizace). Mezi těmito signalizačními činidly jsou vylučovány hormony (proteiny sekretované buňkami), neproteinové formace a jednotlivé ionty. Ty se mohou vyniknout, když jsou poškozené sousední buňky a vyvolávají kaskádu reakcí ve formě syndromu bolesti, hlavního obranného mechanismu těla.

Cíle pro farmakologii

Jedná se o membránové proteiny, které jsou hlavním cílem aplikace farmakologie, jelikož jsou přesně body, kterými většina signálů cestuje. "Cílení" léku, aby byla zajištěna jeho vysoká selektivita - to je hlavní úkol při vytváření farmakologického agens. Selektivní vliv pouze na určitý typ nebo dokonce podtyp receptoru je účinek pouze na jeden typ tělních buněk. Tento selektivní účinek může například rozlišovat nádorové buňky od normálních buněk.

Léky budoucnosti

Vlastnosti a vlastnosti membránových proteinů se již používají při vývoji léků nové generace. Tyto technologie jsou založeny na vytvoření modulárních farmakologických struktur z několika molekul nebo nanočástic "navzájem propojených". Část "cílení" rozpoznává na buněčné membráně určité receptorové proteiny (například spojené s vývojem rakoviny). Do této části se přidá látka, která ničí membránu nebo blokuje procesy výroby bílkovin v buňce. Rozvoj apoptózy (program vlastní smrti) nebo jiného mechanismu kaskády intracelulárních transformací vede k požadovanému výsledku působení farmakologického činidla. V důsledku toho máme léčivý přípravek s minimálními vedlejšími účinky. První takové protirakovinné léky již procházejí klinickými studiemi a brzy se stanou zárukou vysoce výkonné terapie.

Strukturní genomika

Moderní věda o molekulách bílkovin se stále více pohybuje na informační technologie. Rozsáhlý způsob výzkumu - studovat a popisovat vše, co je možné, ukládat data do počítačových databází a pak hledat způsoby využití těchto znalostí - to je cíl moderních molekulárních biologů. Pouze před patnácti lety byl globální projekt zahájen "lidským genomem" a již máme sekvenovanou mapu lidských genů. Druhý projekt, jehož cílem je určit prostorovou strukturu všech "klíčových proteinů" - strukturní genomiky - není zdaleka úplné. Dosavadní prostorová struktura byla určena pouze pro 60 000 více než pěti milionů lidských proteinů. A nechat dokud vědci pěstují zářící selat a rajčata mrazuvzdorné s lososem genomu, strukturální genomika technologií zůstává stupeň vědeckého poznání, praktická aplikace, která nebude držet po dlouhou dobu čekat.