مستقبل الطب هو الأساليب الشخصية للتأثير الانتقائي على أنظمة الخلايا الفردية المسؤولة عن تطور ومسار مرض معين. الفئة الرئيسية للأهداف العلاجية في هذه الحالة هي بروتينات غشاء الخلية كتركيبات مسؤولة عن توفير نقل إشارة مباشر إلى الخلية. في الوقت الحالي ، يؤثر ما يقرب من نصف الأدوية على أغشية الخلايا ، ولن يكون هناك سوى المزيد منها في المستقبل. هذه المقالة مخصصة للتعرف على الدور البيولوجي لبروتينات الغشاء.
هيكل ووظيفة غشاء الخلية
من الدورة المدرسية ، يتذكر الكثيرون بنية الوحدة الهيكلية للجسم - الخلية. تلعب البلازما (الغشاء) مكانة خاصة في بنية الخلية الحية ، والتي تفصل الفضاء داخل الخلايا عن بيئتها. وبالتالي ، فإن وظيفتها الرئيسية هي إنشاء حاجز بين المحتويات الخلوية والفضاء خارج الخلية. لكن هذه ليست الوظيفة الوحيدة للبلازما. من بين وظائف الغشاء الأخرى المتعلقةأولاً وقبل كل شيء مع بروتينات الغشاء ، تفرز:
- واقي (مستضدات ملزمة ومنع تغلغلها في الخلية).
- النقل (ضمان تبادل المواد بين الخلية والبيئة).
- إشارة (توفر مجمعات بروتين المستقبلات المضمنة تهيج الخلية واستجابتها للتأثيرات الخارجية المختلفة).
- الطاقة - تحويل أشكال مختلفة من الطاقة: الميكانيكية (السوط والأهداب) والكهربائية (النبضات العصبية) والكيميائية (تخليق جزيئات حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك).
- جهة اتصال (توفير الاتصال بين الخلايا باستخدام desmosomes و plasmodesmata ، بالإضافة إلى طيات ونمو البلازما).
هيكل الأغشية
غشاء الخلية عبارة عن طبقة مزدوجة من الدهون. تتكون الطبقة الثنائية بسبب وجود جزئين في جزيء الدهون بخصائص مختلفة - محبة للماء وقسم كاره للماء. تتكون الطبقة الخارجية للأغشية من "رؤوس" قطبية بخصائص محبة للماء ، ويتم تدوير "ذيول" الليبيدات الكارهة للماء داخل الطبقة الثنائية. بالإضافة إلى الدهون ، تشتمل بنية الأغشية على بروتينات. في عام 1972 ، قام علماء الأحياء الدقيقة الأمريكيون S. D. سينجر (إس. جوناثان سينجر) و ج. اقترح نيكلسون (جارث ل.نيكلسون) نموذج فسيفساء سائل لهيكل الغشاء ، والذي وفقًا لبروتينات الغشاء "تطفو" في طبقة الدهون الثنائية. تم استكمال هذا النموذج من قبل عالم الأحياء الألماني Kai Simons (1997) من حيث تكوين مناطق معينة أكثر كثافة مع البروتينات المرتبطة (أطواف الدهون) التي تنجرف بحرية في طبقة الغشاء الثنائية.
التركيب المكاني لبروتينات الغشاء
في الخلايا المختلفة ، تختلف نسبة الدهون والبروتينات (من 25 إلى 75٪ من البروتينات من حيث الوزن الجاف) ، وهي غير متوازنة. حسب الموقع ، يمكن أن تكون البروتينات:
- متكامل (عبر الغشاء) - مدمج في الغشاء. في الوقت نفسه ، يخترقون الغشاء ، أحيانًا بشكل متكرر. غالبًا ما تحمل مناطقها خارج الخلية سلاسل قليلة السكاريد ، وتشكل مجموعات بروتين سكري.
- طرفي - يقع بشكل أساسي في داخل الأغشية. يتم توفير التواصل مع الدهون الغشائية بواسطة روابط هيدروجينية عكسية.
- مثبت - يقع بشكل أساسي على السطح الخارجي للخلية و "المرساة" التي تمسكها على السطح عبارة عن جزيء دهني مغمور في الطبقة الثنائية.
الوظائف والمسؤوليات
الدور البيولوجي لبروتينات الغشاء متنوع ويعتمد على هيكلها وموقعها. وهي تشمل بروتينات المستقبلات ، وبروتينات القناة (الأيونية والبورنز) ، والناقلات ، والمحركات ، ومجموعات البروتين البنيوية. جميع أنواع مستقبلات البروتين الغشائي ، استجابة لأي تأثير ، تغير تركيبها المكاني وتشكل استجابة الخلية. على سبيل المثال ، ينظم مستقبل الأنسولين دخول الجلوكوز إلى الخلية ، ويؤدي رودوبسين في الخلايا الحساسة لجهاز الرؤية إلى سلسلة من التفاعلات التي تؤدي إلى ظهور نبضة عصبية. يتمثل دور قنوات البروتين الغشائي في نقل الأيونات والحفاظ على الاختلاف في تراكيزها (التدرج) بين البيئة الداخلية والخارجية. علي سبيل المثال،توفر مضخات الصوديوم والبوتاسيوم تبادل الأيونات المقابلة والنقل النشط للمواد. تشارك البورينات - من خلال البروتينات - في نقل جزيئات الماء ، والناقلات - في نقل بعض المواد مقابل تدرج التركيز. في البكتيريا والأوليات ، يتم توفير حركة الأسواط بواسطة محركات البروتين الجزيئي. تدعم بروتينات الغشاء الإنشائي الغشاء نفسه وتضمن تفاعل بروتينات غشاء البلازما الأخرى.
بروتينات غشاء ، غشاء بروتين
الغشاء عبارة عن بيئة ديناميكية ونشطة للغاية ، وليس مصفوفة خاملة للبروتينات الموجودة والعمل فيها. إنه يؤثر بشكل كبير على عمل بروتينات الغشاء ، وتتحرك أطواف الدهون ، وتشكل روابط ارتباطية جديدة لجزيئات البروتين. لا تعمل العديد من البروتينات ببساطة بدون شركاء ، ويتم توفير تفاعلها بين الجزيئات من خلال طبيعة طبقة الأغشية الدهنية ، والتي يعتمد تنظيمها الهيكلي بدوره على البروتينات الهيكلية. الاضطرابات في هذه الآلية الدقيقة للتفاعل والاعتماد المتبادل تؤدي إلى خلل في بروتينات الغشاء وعدد من الأمراض ، مثل مرض السكري والأورام الخبيثة.
تنظيم إنشائي
تعتمد الأفكار الحديثة حول بنية وبنية بروتينات الغشاء على حقيقة أنه في الجزء المحيطي من الغشاء ، نادرًا ما يتكون معظمها من واحد ، وغالبًا ما يكون من عدة حلزونات ألفا قليلة القلة. علاوة على ذلك ، فإن هذا الهيكل هو مفتاح أداء الوظيفة. ومع ذلك ، فهو تصنيف البروتينات حسب النوعيمكن أن تجلب الهياكل العديد من المفاجآت. من بين أكثر من مائة بروتين موصوف ، فإن بروتين الغشاء الأكثر دراسة من حيث نوع قليل الدم هو glycophorin A (بروتين كرات الدم الحمراء). بالنسبة لبروتينات الغشاء ، يبدو الوضع أكثر تعقيدًا - تم وصف بروتين واحد فقط (مركز تفاعل التمثيل الضوئي للبكتيريا - جرثومي هودوبسين). نظرًا للوزن الجزيئي العالي لبروتينات الغشاء (10-240 ألف دالتون) ، فإن علماء الأحياء الجزيئية لديهم مجال واسع للبحث.
أنظمة الإشارات الخلوية
من بين جميع بروتينات غشاء البلازما ، ينتمي مكان خاص لبروتينات المستقبل. هم الذين ينظمون الإشارات التي تدخل الخلية وأيها لا تدخل. في جميع البكتيريا متعددة الخلايا وبعض البكتيريا ، تنتقل المعلومات من خلال جزيئات خاصة (إشارة). من بين عوامل الإشارة هذه الهرمونات (بروتينات تفرزها الخلايا بشكل خاص) ، والتكوينات غير البروتينية ، والأيونات الفردية. يمكن إطلاق هذا الأخير عندما تتلف الخلايا المجاورة وتؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل على شكل متلازمة الألم ، وهي آلية الدفاع الرئيسية للجسم.
أهداف الصيدلة
البروتينات الغشائية هي الأهداف الرئيسية لعلم الأدوية ، لأنها النقاط التي تمر من خلالها معظم الإشارات. "استهداف" دواء ، وضمان انتقائه العالي - هذه هي المهمة الرئيسية في إنشاء عامل دوائي. التأثير الانتقائي على نوع معين فقط أو حتى نوع فرعي من المستقبلات هو تأثير على نوع واحد فقط من خلايا الجسم. هذا انتقائييمكن أن يميز التعرض ، على سبيل المثال ، الخلايا السرطانية عن الخلايا الطبيعية.
أدوية المستقبل
تُستخدم بالفعل خصائص وخصائص بروتينات الغشاء في ابتكار أدوية من الجيل الجديد. تعتمد هذه التقنيات على إنشاء هياكل دوائية معيارية من عدة جزيئات أو جزيئات نانوية "متشابكة" مع بعضها البعض. يتعرف جزء "الاستهداف" على بروتينات مستقبلات معينة على غشاء الخلية (على سبيل المثال ، تلك المرتبطة بتطور أمراض الأورام). يضاف إلى هذا الجزء عامل تدمير الغشاء أو مانع في عمليات إنتاج البروتين في الخلية. يؤدي تطوير موت الخلايا المبرمج (برنامج موت الفرد) أو آلية أخرى من سلسلة التحولات داخل الخلايا إلى النتيجة المرجوة للتعرض لعامل دوائي. نتيجة لذلك ، لدينا دواء بأقل حد من الآثار الجانبية. أول عقاقير مكافحة السرطان قيد التجارب السريرية وستصبح قريبًا علاجات فعالة للغاية.
الجينوم الإنشائي
يتجه العلم الحديث لجزيئات البروتين بشكل متزايد إلى تكنولوجيا المعلومات. مسار بحث شامل - لدراسة ووصف كل شيء يمكن تخزينه في قواعد بيانات الكمبيوتر ثم البحث عن طرق لتطبيق هذه المعرفة - هذا هو هدف علماء الأحياء الجزيئية المعاصرين. قبل خمسة عشر عامًا فقط ، بدأ مشروع الجينوم البشري العالمي ، ولدينا بالفعل خريطة متسلسلة للجينات البشرية. المشروع الثاني الذي يهدف إلى تعريفلا يزال التركيب المكاني لجميع "البروتينات الرئيسية" - الجينوميات البنيوية - بعيدًا عن الاكتمال. تم تحديد التركيب المكاني حتى الآن لـ 60.000 من أكثر من خمسة ملايين بروتين بشري. وبينما قام العلماء بتربية الخنازير المضيئة والطماطم المقاومة للبرودة باستخدام جين السلمون ، تظل تقنيات الجينوميات الهيكلية مرحلة من المعرفة العلمية ، ولن يكون التطبيق العملي لها طويلاً في المستقبل.
