Tương lai của y học là các phương pháp cá nhân hóa tác động có chọn lọc lên các hệ thống tế bào riêng lẻ chịu trách nhiệm cho sự phát triển và tiến trình của một căn bệnh cụ thể. Loại mục tiêu điều trị chính trong trường hợp này là các protein màng tế bào như là cấu trúc chịu trách nhiệm cung cấp truyền tín hiệu trực tiếp đến tế bào. Hiện tại, gần một nửa số loại thuốc ảnh hưởng đến màng tế bào và sẽ chỉ có nhiều loại thuốc trong số đó trong tương lai. Bài viết này dành cho việc làm quen với vai trò sinh học của các protein màng.
Cấu trúc và chức năng của màng tế bào
Từ khóa học ở trường, nhiều người còn nhớ cấu trúc của đơn vị cấu trúc của cơ thể - tế bào. Một vị trí đặc biệt trong cấu trúc của tế bào sống được đóng bởi plasmalemma (màng), ngăn cách không gian nội bào với môi trường của nó. Vì vậy, chức năng chính của nó là tạo ra một rào cản giữa nội dung tế bào và không gian ngoại bào. Nhưng đây không phải là chức năng duy nhất của plasmalemma. Trong số các chức năng màng khác liên quan đếntrước hết với protein màng, tiết ra:
- Bảo vệ (liên kết các kháng nguyên và ngăn chặn sự xâm nhập của chúng vào tế bào).
- Vậnchuyển (đảm bảo trao đổi chất giữa tế bào và môi trường).
- Tín hiệu (phức hợp protein thụ thể tích hợp cung cấp khả năng kích ứng của tế bào và phản ứng của nó với các tác động bên ngoài khác nhau).
- Năng lượng - chuyển hóa các dạng năng lượng khác nhau: cơ học (lông roi và lông mao), điện (xung thần kinh) và hóa học (tổng hợp các phân tử axit adenosine triphosphoric).
- Tiếp xúc (cung cấp thông tin liên lạc giữa các tế bào bằng cách sử dụng desmosomes và plasmodesmata, cũng như các nếp gấp và sự phát triển của plasmolemma).
Cấu trúc của màng
Màng tế bào là một lớp lipid kép. Lớp kép được hình thành do sự hiện diện trong phân tử lipid của hai phần có các đặc tính khác nhau - một phần ưa nước và một phần kỵ nước. Lớp bên ngoài của màng được hình thành bởi các "đầu" phân cực có đặc tính ưa nước, và các "đuôi" kỵ nước của lipid được quay vào bên trong lớp kép. Ngoài lipid, cấu trúc của màng bao gồm protein. Năm 1972, các nhà vi sinh vật học người Mỹ S. D. Ca sĩ (S. Jonathan Singer) và G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson) đề xuất một mô hình khảm chất lỏng về cấu trúc của màng, theo đó các protein màng "trôi nổi" trong lớp lipid kép. Mô hình này đã được bổ sung bởi nhà sinh vật học người Đức Kai Simons (1997) về sự hình thành các vùng nhất định, dày đặc hơn với các protein liên kết (bè lipid) trôi tự do trong lớp hai lớp màng.
Cấu trúc không gian của protein màng
Trong các tế bào khác nhau, tỷ lệ lipid và protein khác nhau (từ 25 đến 75% protein về trọng lượng khô), và chúng nằm không đồng đều. Theo vị trí, protein có thể là:
- Tích phân (xuyên màng) - được xây dựng trong màng. Đồng thời, chúng xuyên qua màng, đôi khi nhiều lần. Các vùng ngoại bào của chúng thường mang các chuỗi oligosaccharide, tạo thành các cụm glycoprotein.
- Ngoại vi - nằm chủ yếu ở bên trong màng. Giao tiếp với lipid màng được cung cấp bởi các liên kết hydro thuận nghịch.
- Neo - chủ yếu nằm ở bên ngoài tế bào và "mỏ neo" giữ chúng trên bề mặt là một phân tử lipid được ngâm trong lớp kép.
Chức năng và trách nhiệm
Vai trò sinh học của protein màng rất đa dạng và phụ thuộc vào cấu trúc và vị trí của chúng. Chúng bao gồm protein thụ thể, protein kênh (ion và porins), chất vận chuyển, động cơ và cụm protein cấu trúc. Tất cả các loại thụ thể protein màng, trước bất kỳ tác động nào, đều thay đổi cấu trúc không gian và hình thành phản ứng của tế bào. Ví dụ, thụ thể insulin điều chỉnh sự xâm nhập của glucose vào tế bào và rhodopsin trong các tế bào nhạy cảm của cơ quan thị giác gây ra một loạt các phản ứng dẫn đến sự xuất hiện của một xung thần kinh. Vai trò của các kênh protein màng là vận chuyển các ion và duy trì sự khác biệt về nồng độ của chúng (gradient) giữa môi trường bên trong và bên ngoài. Ví dụ,bơm natri-kali cung cấp sự trao đổi các ion tương ứng và vận chuyển tích cực các chất. Porins - thông qua protein - tham gia vào việc chuyển các phân tử nước, chất vận chuyển - trong việc chuyển các chất nhất định theo một gradient nồng độ. Ở vi khuẩn và động vật nguyên sinh, sự di chuyển của trùng roi được cung cấp bởi các động cơ protein phân tử. Các protein màng cấu trúc hỗ trợ chính màng và đảm bảo sự tương tác của các protein màng sinh chất khác.
Protein màng, màng protein
Màng là một môi trường năng động và rất hoạt động, và không phải là một chất nền trơ cho các protein nằm và hoạt động trong đó. Nó ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của các protein màng, và các bè lipid di chuyển, hình thành các liên kết liên kết mới của các phân tử protein. Nhiều protein chỉ đơn giản là không hoạt động nếu không có đối tác, và sự tương tác giữa các phân tử của chúng được cung cấp bởi bản chất của lớp lipid của màng, tổ chức cấu trúc của nó, đến lượt nó, phụ thuộc vào các protein cấu trúc. Những xáo trộn trong cơ chế tương tác và phụ thuộc lẫn nhau tinh vi này dẫn đến rối loạn chức năng của các protein màng và một số bệnh, chẳng hạn như bệnh tiểu đường và các khối u ác tính.
Tổ chức cấu trúc
Những ý tưởng hiện đại về cấu trúc và cấu trúc của protein màng dựa trên thực tế là ở phần ngoại vi của màng, hầu hết chúng hiếm khi bao gồm một, thường là một số xoắn alpha sắp xếp liên kết. Hơn nữa, chính cấu trúc này là chìa khóa để thực hiện chức năng. Tuy nhiên, đó là sự phân loại protein theo loạicấu trúc có thể mang lại nhiều điều bất ngờ hơn nữa. Trong số hơn một trăm protein được mô tả, protein màng được nghiên cứu nhiều nhất về kiểu oligomerization là glycophorin A (protein hồng cầu). Đối với protein xuyên màng, tình hình có vẻ phức tạp hơn - chỉ có một protein được mô tả (trung tâm phản ứng quang hợp của vi khuẩn - bacteriorhodopsin). Với trọng lượng phân tử cao của protein màng (10-240 nghìn d alton), các nhà sinh học phân tử có nhiều lĩnh vực để nghiên cứu.
Hệ thống tín hiệu tế bào
Trong số tất cả các protein của màng sinh chất, một vị trí đặc biệt thuộc về các protein thụ thể. Chính họ là người điều chỉnh tín hiệu nào đi vào tế bào và tín hiệu nào không. Ở tất cả các loài đa bào và một số vi khuẩn, thông tin được truyền qua các phân tử đặc biệt (tín hiệu). Trong số các tác nhân truyền tín hiệu này có các kích thích tố (protein được tế bào tiết ra đặc biệt), các thành phần phi protein và các ion riêng lẻ. Chất sau có thể được giải phóng khi các tế bào lân cận bị tổn thương và gây ra một loạt các phản ứng dưới dạng hội chứng đau, cơ chế bảo vệ chính của cơ thể.
Mục tiêu cho dược học
Đó là các protein màng là mục tiêu chính của dược lý học, vì chúng là các điểm mà hầu hết các tín hiệu đi qua. "Nhắm mục tiêu" một loại thuốc, đảm bảo tính chọn lọc cao của nó - đây là nhiệm vụ chính trong việc tạo ra một tác nhân dược lý. Tác động chọn lọc chỉ trên một loại cụ thể hoặc thậm chí một loại phụ của thụ thể là tác động chỉ trên một loại tế bào cơ thể. Như một chọn lọcVí dụ, tiếp xúc có thể phân biệt các tế bào khối u với các tế bào bình thường.
Thuốc của tương lai
Các đặc tính và tính năng của protein màng đã được sử dụng để tạo ra các loại thuốc thế hệ mới. Những công nghệ này dựa trên việc tạo ra các cấu trúc dược lý mô-đun từ một số phân tử hoặc hạt nano “liên kết chéo” với nhau. Phần "nhắm mục tiêu" nhận ra một số protein thụ thể trên màng tế bào (ví dụ, những protein liên quan đến sự phát triển của các bệnh ung thư). Phần này được thêm vào một chất phá hủy màng hoặc một chất ngăn chặn trong quá trình sản xuất protein trong tế bào. Phát triển apoptosis (chương trình tự chết của chính mình) hoặc một cơ chế khác của chuỗi biến đổi nội bào dẫn đến kết quả mong muốn của việc tiếp xúc với một tác nhân dược lý. Kết quả là chúng tôi có một loại thuốc với ít tác dụng phụ nhất. Những loại thuốc chống ung thư đầu tiên như vậy đã được thử nghiệm lâm sàng và sẽ sớm trở thành liệu pháp điều trị hiệu quả cao.
Cấu trúc gen
Khoa học hiện đại phân tử protein ngày càng chuyển sang công nghệ thông tin. Một con đường nghiên cứu sâu rộng - nghiên cứu và mô tả mọi thứ có thể được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu máy tính và sau đó tìm cách áp dụng kiến thức này - đây là mục tiêu của các nhà sinh học phân tử hiện đại. Chỉ mười lăm năm trước, dự án bộ gen người toàn cầu bắt đầu và chúng ta đã có một bản đồ trình tự gen người. Dự án thứ hai, nhằm mục đích xác địnhcấu trúc không gian của tất cả các "protein quan trọng" - bộ gen cấu trúc - vẫn chưa hoàn thiện. Cấu trúc không gian cho đến nay chỉ được xác định đối với 60.000 trong số hơn năm triệu protein của con người. Và trong khi các nhà khoa học chỉ trồng được những con lợn con phát sáng và cà chua chịu lạnh với gen cá hồi, thì công nghệ gen cấu trúc vẫn là một giai đoạn của kiến thức khoa học, việc ứng dụng thực tế của chúng sẽ không còn lâu nữa.
