Muda ujao wa dawa ni mbinu mahususi za ushawishi teule kwenye mifumo ya seli mahususi ambayo inawajibika kwa ukuzaji na mwendo wa ugonjwa fulani. Darasa kuu la malengo ya matibabu katika kesi hii ni protini za membrane ya seli kama miundo inayowajibika kwa kutoa upitishaji wa ishara moja kwa moja kwa seli. Tayari leo, karibu nusu ya madawa ya kulevya huathiri utando wa seli, na kutakuwa na zaidi yao katika siku zijazo. Makala haya yanalenga kufahamiana na jukumu la kibiolojia la protini za utando.
Muundo na utendakazi wa utando wa seli
Kutoka kwa kozi ya shule, wengi wanakumbuka muundo wa kitengo cha muundo wa mwili - seli. Mahali maalum katika muundo wa seli hai huchezwa na plasmalemma (membrane), ambayo hutenganisha nafasi ya intracellular kutoka kwa mazingira yake. Kwa hivyo, kazi yake kuu ni kuunda kizuizi kati ya yaliyomo ya seli na nafasi ya nje ya seli. Lakini hii sio kazi pekee ya plasmalemma. Miongoni mwa kazi nyingine za utando zinazohusiana nakwanza kabisa na protini za utando, secrete:
- Kinga (kufunga antijeni na kuzuia kupenya kwao kwenye seli).
- Usafirishaji (kuhakikisha ubadilishanaji wa dutu kati ya seli na mazingira).
- Ishara (unga wa protini za vipokezi vilivyojengewa ndani hutoa kuwashwa kwa seli na mwitikio wake kwa athari mbalimbali za nje).
- Nishati - mabadiliko ya aina tofauti za nishati: mitambo (flagella na cilia), umeme (msukumo wa neva) na kemikali (muundo wa molekuli za adenosine triphosphoric acid).
- Mgusano (hutoa mawasiliano kati ya seli zinazotumia desmosomes na plasmodesmata, pamoja na mikunjo na vichipukizi vya plasmolemma).
Muundo wa utando
Utando wa seli ni safu mbili ya lipids. Bilayer huundwa kutokana na kuwepo kwa molekuli ya lipid ya sehemu mbili na mali tofauti - sehemu ya hydrophilic na hydrophobic. Safu ya nje ya utando huundwa na "vichwa" vya polar na mali ya hydrophilic, na "mikia" ya hydrophobic ya lipids hugeuka ndani ya bilayer. Mbali na lipids, muundo wa utando ni pamoja na protini. Mnamo 1972, wanabiolojia wa Amerika S. D. Mwimbaji (S. Jonathan Singer) na G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson) alipendekeza mfano wa kioevu-mosaic wa muundo wa utando, kulingana na ambayo protini za membrane "huelea" katika bilayer ya lipid. Mtindo huu uliongezewa na mwanabiolojia wa Kijerumani Kai Simons (1997) katika suala la uundaji wa maeneo fulani yenye minene yenye protini zinazohusiana (lipid rafts) ambazo huteleza kwa uhuru kwenye utando bilayer.
Muundo wa anga wa protini za utando
Katika seli tofauti, uwiano wa lipids na protini ni tofauti (kutoka 25 hadi 75% ya protini kulingana na uzani kavu), na ziko katika hali tofauti. Kulingana na eneo, protini zinaweza kuwa:
- Muhimu (transmembrane) - iliyojengwa ndani ya utando. Wakati huo huo, hupenya membrane, wakati mwingine mara kwa mara. Maeneo yao ya nje ya seli mara nyingi hubeba minyororo ya oligosaccharide, na kutengeneza makundi ya glycoprotein.
- Pembeni - iliyoko hasa ndani ya utando. Mawasiliano na lipids ya utando hutolewa na vifungo vya hidrojeni vinavyoweza kutenduliwa.
- Imetia nanga - hasa inayopatikana nje ya seli na "nanga" inayozishikilia juu ya uso ni molekuli ya lipid iliyotumbukizwa kwenye bilayer.
Utendaji na majukumu
Jukumu la kibayolojia la protini za utando ni tofauti na hutegemea muundo na eneo lao. Zinajumuisha protini za vipokezi, protini za chaneli (ionic na porini), wasafirishaji, injini, na vikundi vya protini vya miundo. Aina zote za receptors za protini za membrane, kwa kukabiliana na athari yoyote, hubadilisha muundo wao wa anga na kuunda majibu ya seli. Kwa mfano, kipokezi cha insulini hudhibiti uingiaji wa glukosi ndani ya seli, na rhodopsin katika seli nyeti za chombo cha maono huchochea msururu wa athari zinazosababisha kutokea kwa msukumo wa neva. Jukumu la njia za protini za membrane ni kusafirisha ioni na kudumisha tofauti katika viwango vyake (gradient) kati ya mazingira ya ndani na nje. Kwa mfano,pampu za sodiamu-potasiamu hutoa kubadilishana kwa ions zinazofanana na usafiri wa kazi wa vitu. Porins - kupitia protini - zinahusika katika uhamisho wa molekuli za maji, wasafirishaji - katika uhamisho wa vitu fulani dhidi ya gradient ya mkusanyiko. Katika bakteria na protozoa, harakati ya flagella hutolewa na motors za protini za molekuli. Protini za utando wa muundo hutegemeza utando wenyewe na kuhakikisha mwingiliano wa protini za utando wa plasma.
Protini za utando, utando wa protini
Membrane ni mazingira yanayobadilika na amilifu sana, na si matrix ajizi kwa protini ambazo ziko na kufanya kazi ndani yake. Inathiri sana kazi ya protini za membrane, na rafu za lipid, kusonga, huunda vifungo vipya vya ushirika vya molekuli za protini. Protini nyingi hazifanyi kazi bila washirika, na mwingiliano wao wa intermolecular hutolewa na asili ya safu ya lipid ya membrane, shirika la kimuundo ambalo, kwa upande wake, inategemea protini za miundo. Usumbufu katika utaratibu huu dhaifu wa mwingiliano na kutegemeana husababisha kutofanya kazi kwa protini za utando na magonjwa kadhaa, kama vile kisukari na uvimbe mbaya.
Shirika la miundo
Mawazo ya kisasa kuhusu muundo na muundo wa protini za utando yanatokana na ukweli kwamba katika sehemu ya pembeni ya utando, mengi yao huwa na moja, mara nyingi zaidi ya alpha-heli kadhaa zinazohusiana oligomerizing. Aidha, ni muundo huu ambao ni ufunguo wa utendaji wa kazi. Hata hivyo, ni uainishaji wa protini kwa ainamiundo inaweza kuleta mshangao mwingi zaidi. Ya protini zaidi ya mia iliyoelezwa, protini ya utando iliyosomwa zaidi kwa suala la aina ya oligomerization ni glycophorin A (protini ya erythrocyte). Kwa protini za transmembrane, hali inaonekana kuwa ngumu zaidi - protini moja tu imeelezwa (kituo cha mmenyuko wa photosynthetic ya bakteria - bacteriorhodopsin). Kwa kuzingatia uzito wa juu wa molekuli ya protini za utando (d altons elfu 10-240), wanabiolojia wa molekuli wana nyanja pana ya utafiti.
Mifumo ya kuashiria seli
Kati ya protini zote za utando wa plasma, sehemu maalum ni ya protini za vipokezi. Ni wao ambao hudhibiti ni ishara zipi zinazoingia kwenye seli na ambazo haziingii. Katika multicellular na baadhi ya bakteria, habari hupitishwa kupitia molekuli maalum (ishara). Miongoni mwa mawakala hawa wa kuashiria ni homoni (protini hasa zinazotolewa na seli), miundo isiyo ya protini, na ioni za kibinafsi. Mwisho unaweza kutolewa wakati seli za jirani zimeharibiwa na kusababisha msururu wa athari kwa njia ya ugonjwa wa maumivu, utaratibu mkuu wa ulinzi wa mwili.
Malengo ya famasia
Ni protini za utando ambazo ndizo shabaha kuu za pharmacology, kwa kuwa ndizo sehemu ambazo mawimbi mengi hupita. "Kulenga" madawa ya kulevya, kuhakikisha uchaguzi wake wa juu - hii ndiyo kazi kuu katika kuunda wakala wa pharmacological. Athari ya kuchagua tu kwa aina maalum au hata aina ndogo ya kipokezi ni athari kwa aina moja tu ya seli za mwili. Mteule kama huyomfiduo unaweza, kwa mfano, kutofautisha seli za uvimbe na zile za kawaida.
Dawa za baadaye
Sifa na vipengele vya protini za utando tayari vinatumika katika uundaji wa dawa za kizazi kipya. Teknolojia hizi zinatokana na uundaji wa miundo ya dawa ya kawaida kutoka kwa molekuli kadhaa au nanoparticles "zilizounganishwa" na kila mmoja. Sehemu ya "kulenga" inatambua protini fulani za receptor kwenye membrane ya seli (kwa mfano, wale wanaohusishwa na maendeleo ya magonjwa ya oncological). Kwa sehemu hii huongezwa wakala wa kuharibu utando au kizuizi katika michakato ya uzalishaji wa protini katika seli. Kuendeleza apoptosis (mpango wa kifo cha mtu mwenyewe) au utaratibu mwingine wa mabadiliko ya ndani ya seli husababisha matokeo yanayotarajiwa ya kufichuliwa na wakala wa dawa. Matokeo yake, tuna dawa yenye kiwango cha chini cha madhara. Dawa za kwanza kama hizo za kutibu saratani tayari ziko katika majaribio ya kimatibabu na hivi karibuni zitakuwa tiba bora sana.
Genomics ya miundo
Sayansi ya kisasa ya molekuli za protini inazidi kuhamia kwenye teknolojia ya habari. Njia ya kina ya utafiti - kusoma na kuelezea kila kitu ambacho kinaweza kuhifadhiwa kwenye hifadhidata za kompyuta na kisha kutafuta njia za kutumia maarifa haya - hii ndio lengo la wanabiolojia wa kisasa wa Masi. Miaka kumi na tano tu iliyopita, mradi wa kimataifa wa jenomu ya binadamu ulianza, na tayari tunayo ramani iliyofuatana ya jeni za binadamu. Mradi wa pili, ambao unalenga kufafanuamuundo wa anga wa "protini zote muhimu" - genomics ya miundo - bado ni mbali na kukamilika. Muundo wa anga hadi sasa umeamuliwa kwa 60,000 tu ya protini zaidi ya milioni tano za binadamu. Na ingawa wanasayansi wamekuza tu nguruwe wanaong'aa na nyanya zinazostahimili baridi kwa kutumia jeni la salmoni, teknolojia ya muundo wa jenomiki inasalia kuwa hatua ya maarifa ya kisayansi, ambayo matumizi yake ya vitendo hayatachukua muda mrefu kuja.
