آینده پزشکی روش های شخصی سازی شده برای تأثیر انتخابی بر روی سیستم های سلولی فردی است که مسئول توسعه و سیر یک بیماری خاص هستند. کلاس اصلی اهداف درمانی در این مورد پروتئین های غشای سلولی به عنوان ساختارهایی هستند که مسئول انتقال مستقیم سیگنال به سلول هستند. در حال حاضر، تقریباً نیمی از داروها بر غشاهای سلولی تأثیر می‌گذارند و در آینده تعداد بیشتری از آنها وجود خواهد داشت. این مقاله به آشنایی با نقش بیولوژیکی پروتئین های غشایی اختصاص دارد.
ساختار و عملکرد غشای سلولی
از دوره مدرسه، بسیاری ساختار واحد ساختاری بدن - سلول را به یاد می آورند. جایگاه ویژه ای در ساختار یک سلول زنده توسط پلاسمالما (غشاء) ایفا می کند که فضای داخل سلولی را از محیط خود جدا می کند. بنابراین، وظیفه اصلی آن ایجاد یک مانع بین محتویات سلولی و فضای خارج سلولی است. اما این تنها عملکرد پلاسمالما نیست. از جمله دیگر عملکردهای غشاء مربوط بهاول از همه با پروتئین های غشایی ترشح کنید:
- محافظ (پیوند آنتی ژن ها و جلوگیری از نفوذ آنها به سلول).
- حمل و نقل (تضمین تبادل مواد بین سلول و محیط).
- سیگنال (کمپلکس های پروتئین گیرنده داخلی تحریک پذیری سلول و پاسخ آن به تأثیرات خارجی مختلف را فراهم می کنند).
- انرژی - تبدیل اشکال مختلف انرژی: مکانیکی (تاژک و مژک)، الکتریکی (تکانه عصبی) و شیمیایی (سنتز مولکول‌های آدنوزین تری فسفریک اسید).
- تماس (ارائه ارتباط بین سلول ها با استفاده از دسموسوم ها و پلاسمودسماتا، و همچنین چین ها و برآمدگی های پلاسمولما).
سیگنال
ساختار غشاء
غشاء سلولی دو لایه از لیپیدها است. دولایه به دلیل حضور در مولکول لیپید از دو قسمت با خواص مختلف - یک بخش آب دوست و یک بخش آبگریز تشکیل می شود. لایه بیرونی غشاها توسط "سر"های قطبی با خواص آبدوست تشکیل شده است و "دم"های آبگریز لیپیدها به داخل لایه دوتایی تبدیل می شوند. علاوه بر لیپیدها، ساختار غشاها شامل پروتئین ها نیز می شود. در سال 1972، میکروبیولوژیست های آمریکایی S. D. سینگر (S. Jonathan Singer) و G. L. نیکلسون (Garth L. Nicolson) یک مدل موزاییکی سیال از ساختار غشاء ارائه کرد که بر اساس آن پروتئین های غشایی در دولایه لیپیدی "شناور" هستند. این مدل توسط زیست‌شناس آلمانی کای سیمونز (1997) از نظر تشکیل مناطق خاص و متراکم‌تر با پروتئین‌های مرتبط (قایق‌های لیپیدی) که آزادانه در دو لایه غشایی حرکت می‌کنند تکمیل شد.
ساختار فضایی پروتئین های غشایی
در سلول های مختلف نسبت لیپیدها و پروتئین ها متفاوت است (از 25 تا 75 درصد پروتئین ها از نظر وزن خشک) و به طور نامساوی قرار دارند. براساس مکان، پروتئین ها می توانند:
- انتگرال (گذرنده) - داخل غشاء تعبیه شده است. در همان زمان، آنها به غشاء نفوذ می کنند، گاهی اوقات مکرر. نواحی خارج سلولی آنها اغلب دارای زنجیره های الیگوساکاریدی هستند و خوشه های گلیکوپروتئینی را تشکیل می دهند.
- محیطی - عمدتاً در داخل غشاها قرار دارد. ارتباط با لیپیدهای غشایی از طریق پیوندهای هیدروژنی برگشت پذیر فراهم می شود.
- لنگر - عمدتاً در قسمت بیرونی سلول قرار دارد و "لنگر" که آنها را روی سطح نگه می دارد یک مولکول چربی است که در لایه دوگانه غوطه ور شده است.
کارکرد و مسئولیت
نقش بیولوژیکی پروتئین های غشایی متنوع است و به ساختار و مکان آنها بستگی دارد. آنها شامل پروتئین های گیرنده، پروتئین های کانال (یونی و پورین ها)، ناقل ها، موتورها و خوشه های پروتئین ساختاری هستند. انواع گیرنده های پروتئین غشایی در پاسخ به هر ضربه ای ساختار فضایی خود را تغییر داده و پاسخ سلول را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، گیرنده انسولین ورود گلوکز به سلول را تنظیم می کند و رودوپسین در سلول های حساس اندام بینایی باعث ایجاد یک آبشار از واکنش ها می شود که منجر به ظهور یک تکانه عصبی می شود. نقش کانال های پروتئینی غشایی انتقال یون ها و حفظ اختلاف غلظت آنها (گرادیان) بین محیط داخلی و خارجی است. مثلا،پمپ های سدیم پتاسیم تبادل یون های مربوطه و انتقال فعال مواد را فراهم می کنند. پورین ها - از طریق پروتئین ها - در انتقال مولکول های آب، انتقال دهنده ها - در انتقال مواد خاص در برابر گرادیان غلظت نقش دارند. در باکتری ها و تک یاخته ها، حرکت تاژک ها توسط موتورهای پروتئین مولکولی انجام می شود. پروتئین‌های ساختاری غشاء از خود غشاء حمایت می‌کنند و از تعامل سایر پروتئین‌های غشای پلاسما اطمینان می‌دهند.
پروتئین های غشایی، غشای پروتئین
غشاء یک محیط پویا و بسیار فعال است و یک ماتریس بی اثر برای پروتئین هایی که در آن قرار دارند و در آن کار می کنند نیست. این به طور قابل توجهی بر کار پروتئین های غشایی تأثیر می گذارد و قایق های لیپیدی که در حال حرکت هستند پیوندهای انجمنی جدیدی از مولکول های پروتئین را تشکیل می دهند. بسیاری از پروتئین ها به سادگی بدون شریک کار نمی کنند و تعامل بین مولکولی آنها توسط ماهیت لایه لیپیدی غشاها فراهم می شود که سازماندهی ساختاری آن به نوبه خود به پروتئین های ساختاری بستگی دارد. اختلال در این مکانیسم ظریف تعامل و وابستگی متقابل منجر به اختلال در عملکرد پروتئین های غشایی و تعدادی از بیماری ها مانند دیابت و تومورهای بدخیم می شود.
سازمان ساختاری
ایده های مدرن در مورد ساختار و ساختار پروتئین های غشایی بر این واقعیت استوار است که در بخش محیطی غشاء، اکثر آنها به ندرت از یک و اغلب از چندین الیگومریزه آلفا مارپیچ مرتبط تشکیل شده اند. علاوه بر این، این ساختار است که کلید عملکرد عملکرد است. با این حال، این طبقه بندی پروتئین ها بر اساس نوع استسازه ها می توانند شگفتی های بیشتری را به همراه داشته باشند. از بین بیش از صد پروتئین توصیف شده، پروتئین غشایی مورد مطالعه از نظر نوع الیگومریزاسیون، گلیکوفورین A (پروتئین گلبول قرمز) است. برای پروتئین های گذرنده، وضعیت پیچیده تر به نظر می رسد - فقط یک پروتئین توصیف شده است (مرکز واکنش فتوسنتزی باکتری ها - باکتریورودوپسین). با توجه به وزن مولکولی بالای پروتئین های غشایی (10-240 هزار دالتون)، زیست شناسان مولکولی زمینه وسیعی برای تحقیق دارند.
سیستم های سیگنال دهی سلولی
در بین تمامی پروتئین های غشای پلاسمایی، جایگاه ویژه ای به پروتئین های گیرنده تعلق دارد. آنها هستند که تنظیم می کنند کدام سیگنال وارد سلول می شود و کدام نه. در همه باکتری های چند سلولی و برخی باکتری ها، اطلاعات از طریق مولکول های خاص (سیگنال) منتقل می شود. از جمله این عوامل سیگنال دهی می توان به هورمون ها (پروتئین هایی که مخصوصاً توسط سلول ها ترشح می شود)، تشکیلات غیر پروتئینی و یون های منفرد اشاره کرد. زمانی که سلول‌های همسایه آسیب ببینند، می‌توانند آزاد شوند و مجموعه‌ای از واکنش‌ها را به شکل سندرم درد، مکانیسم اصلی دفاعی بدن، آغاز کنند.
هدف برای فارماکولوژی
این پروتئین های غشایی هستند که اهداف اصلی فارماکولوژی هستند، زیرا آنها نقاطی هستند که بیشتر سیگنال ها از آنها عبور می کنند. "هدف قرار دادن" یک دارو، اطمینان از انتخاب بالای آن - این وظیفه اصلی در ایجاد یک عامل دارویی است. یک اثر انتخابی تنها بر یک نوع خاص یا حتی یک نوع فرعی از گیرنده، تأثیر تنها بر یک نوع سلول بدن است. چنین انتخابیبرای مثال، قرار گرفتن در معرض می تواند سلول های تومور را از سلول های طبیعی متمایز کند.
داروهای آینده
خواص و ویژگی های پروتئین های غشایی در حال حاضر در ساخت داروهای نسل جدید استفاده می شود. این فناوری‌ها مبتنی بر ایجاد ساختارهای دارویی مدولار از چندین مولکول یا نانوذره «متقاطع» با یکدیگر هستند. بخش "هدف گیری" پروتئین های گیرنده خاصی را بر روی غشای سلولی تشخیص می دهد (به عنوان مثال، آنهایی که با توسعه بیماری های سرطانی مرتبط هستند). به این قسمت یک عامل تخریب کننده غشاء یا یک مسدود کننده در فرآیندهای تولید پروتئین در سلول اضافه می شود. توسعه آپوپتوز (برنامه مرگ خود) یا مکانیسم دیگری از آبشار تحولات درون سلولی منجر به نتیجه مطلوب از قرار گرفتن در معرض یک عامل دارویی می شود. در نتیجه دارویی با حداقل عوارض جانبی داریم. اولین داروهای ضد سرطان از این دست در حال حاضر در آزمایشات بالینی قرار دارند و به زودی به درمان های بسیار موثر تبدیل خواهند شد.
ژنومیکس ساختاری
علم مدرن مولکول های پروتئین به طور فزاینده ای به سمت فناوری اطلاعات حرکت می کند. یک مسیر گسترده تحقیقاتی - مطالعه و توصیف همه چیزهایی که می توان در پایگاه های داده رایانه ای ذخیره کرد و سپس به دنبال راه هایی برای به کارگیری این دانش بود - این هدف زیست شناسان مولکولی مدرن است. فقط پانزده سال پیش، پروژه جهانی ژنوم انسان آغاز شد و ما در حال حاضر نقشه توالی ژن های انسانی را داریم. پروژه دوم که با هدف تعریفساختار فضایی همه "پروتئین های کلیدی" - ژنومیک ساختاری - هنوز کامل نشده است. ساختار فضایی تا کنون تنها برای 60000 از بیش از پنج میلیون پروتئین انسانی تعیین شده است. و در حالی که دانشمندان تنها خوک‌های درخشان و گوجه‌فرنگی‌های مقاوم به سرما را با ژن ماهی قزل آلا پرورش داده‌اند، فناوری‌های ژنومیک ساختاری همچنان مرحله‌ای از دانش علمی هستند که کاربرد عملی آن دیری نخواهد بود.
