Медицинаның болашағы - бұл белгілі бір аурудың дамуы мен ағымына жауап беретін жеке жасушалық жүйелерге селективті әсер етудің дербестендірілген әдістері. Бұл жағдайда терапиялық нысаналардың негізгі класы жасушаға тікелей сигнал беруді қамтамасыз етуге жауапты құрылымдар ретінде жасуша мембранасының ақуыздары болып табылады. Қазірдің өзінде препараттардың жартысы дерлік жасуша мембраналарына әсер етеді және болашақта олардың саны тек көбірек болады. Бұл мақала мембраналық ақуыздардың биологиялық рөлімен танысуға арналған.
Жасуша мембранасының құрылымы мен қызметі
Мектеп курсынан көп адам ағзаның құрылымдық бірлігі – жасушаның құрылымын еске түсіреді. Тірі жасушаның құрылымында жасушаішілік кеңістікті қоршаған ортадан бөліп тұратын плазмалемма (мембрананың) алатын орны ерекше. Осылайша, оның негізгі қызметі жасушалық мазмұн мен жасушадан тыс кеңістік арасында кедергі жасау болып табылады. Бірақ бұл плазмалемманың жалғыз қызметі емес. байланысты басқа мембрана функциялары арасындаең алдымен мембраналық ақуыздармен секреция:
- Қорғаныш (антигендерді байланыстырады және олардың жасушаға енуіне жол бермейді).
- Тасымалдау (жасуша мен қоршаған орта арасындағы заттардың алмасуын қамтамасыз ету).
- Сигнал (кіріктірілген рецепторлық ақуыз кешендері жасушаның тітіркенуін және оның әртүрлі сыртқы әсерлерге жауабын қамтамасыз етеді).
- Энергия - энергияның әртүрлі формаларының түрленуі: механикалық (жұқа және кірпікшелер), электрлік (жүйке импульсі) және химиялық (аденозин үшфосфор қышқылының молекулаларының синтезі).
- Байланыс (десмосомалар мен плазмодесматалар, сондай-ақ плазмолемманың қатпарлары мен өсінділері арқылы жасушалар арасындағы байланысты қамтамасыз етеді).
Мембраналардың құрылымы
Жасуша қабықшасы липидтердің қос қабаты. Екі қабатты липидтердің молекуласында әртүрлі қасиеттері бар екі бөліктің - гидрофильді және гидрофобты бөлімнің болуына байланысты түзіледі. Мембраналардың сыртқы қабатын гидрофильдік қасиеті бар полярлық «бастар» құрайды, ал липидтердің гидрофобты «құйрықтары» қос қабаттың ішіне бұрылады. Липидтерден басқа мембраналардың құрылымына белоктар кіреді. 1972 жылы американдық микробиологтар С. Д. Әнші (С. Джонатан Сингер) және Г. Л. Николсон (Гарт Л. Никольсон) мембрана құрылымының сұйық-мозаикалық моделін ұсынды, оған сәйкес мембраналық ақуыздар липидті қос қабатта «қалқыйды». Бұл модельді неміс биологы Кай Симонс (1997) мембрананың қос қабатында еркін қозғалатын байланысқан белоктары (липидті салдар) бар белгілі, тығызырақ аймақтардың пайда болуы тұрғысынан толықтырды.
Мембраналық ақуыздардың кеңістіктік құрылымы
Әртүрлі жасушаларда липидтер мен белоктардың қатынасы әртүрлі (құрғақ салмағы бойынша белоктардың 25-тен 75%-ға дейін) және олар біркелкі орналаспаған. Орналасқан жері бойынша белоктар болуы мүмкін:
- Интеграл (трансмембраналық) - мембранаға салынған. Сонымен бірге олар мембранадан өтеді, кейде бірнеше рет. Олардың жасушадан тыс аймақтары көбінесе гликопротеин шоғырларын құрайтын олигосахаридтік тізбектерді алып жүреді.
- Перифериялық - негізінен мембраналардың ішкі жағында орналасқан. Мембраналық липидтермен байланыс қайтымды сутегі байланыстары арқылы қамтамасыз етіледі.
- Бекітілген - негізінен жасушаның сыртқы жағында орналасқан және оларды бетінде ұстап тұратын «зәкір» қос қабатқа батырылған липидті молекула болып табылады.
Функционалдық және жауапкершілік
Мембраналық ақуыздардың биологиялық рөлі әртүрлі және олардың құрылымы мен орналасуына байланысты. Оларға рецепторлық белоктар, арна белоктары (иондық және пориндер), тасымалдаушылар, қозғалтқыштар және құрылымдық ақуыз кластерлері жатады. Мембраналық ақуыз рецепторларының барлық түрлері кез келген әсерге жауап ретінде өздерінің кеңістіктік құрылымын өзгертіп, жасушаның реакциясын құрайды. Мысалы, инсулин рецепторы глюкозаның жасушаға түсуін реттейді, ал көру органының сезімтал жасушаларындағы родопсин жүйке импульсінің пайда болуына әкелетін реакциялар каскадын тудырады. Мембраналық ақуыз арналарының рөлі иондарды тасымалдау және олардың ішкі және сыртқы орта арасындағы концентрацияларындағы айырмашылықты (градиент) сақтау болып табылады. Мысалға,натрий-калий сорғылары сәйкес иондардың алмасуын және заттардың белсенді тасымалдануын қамтамасыз етеді. Пориндер – белоктар арқылы – су молекулаларын тасымалдауға, тасымалдаушылар – концентрация градиентіне қарсы белгілі бір заттарды тасымалдауға қатысады. Бактериялар мен қарапайымдыларда жіліктердің қозғалысы молекулалық ақуыз қозғалтқыштарымен қамтамасыз етіледі. Құрылымдық мембрана ақуыздары мембрананың өзін қолдайды және басқа плазмалық мембрана ақуыздарының өзара әрекеттесуін қамтамасыз етеді.
Мембраналық ақуыздар, ақуыз мембранасы
Мембрана онда орналасқан және жұмыс істейтін белоктар үшін инертті матрица емес, динамикалық және өте белсенді орта болып табылады. Ол мембраналық ақуыздардың жұмысына айтарлықтай әсер етеді, ал қозғалатын липидті салдар ақуыз молекулаларының жаңа ассоциативті байланыстарын құрайды. Көптеген белоктар серіктестерсіз жай ғана жұмыс істемейді, ал олардың молекулааралық әрекеттесуі мембраналардың липидті қабатының табиғатымен қамтамасыз етіледі, оның құрылымдық ұйымдастырылуы, өз кезегінде, құрылымдық ақуыздарға байланысты. Өзара әрекеттесу мен өзара тәуелділіктің осы нәзік механизміндегі бұзылулар мембраналық ақуыздардың дисфункциясына және қант диабеті және қатерлі ісіктер сияқты бірқатар ауруларға әкеледі.
Құрылымдық ұйым
Мембраналық ақуыздардың құрылымы мен құрылымы туралы заманауи идеялар мембрананың перифериялық бөлігінде олардың көпшілігі сирек бір, көбінесе бірнеше байланысты олигомеризацияланатын альфа-спиральдардан тұратындығына негізделген. Оның үстіне дәл осы құрылым функцияның орындалуының кілті болып табылады. Дегенмен, бұл белоктардың түрі бойынша жіктелуіқұрылымдар тағы да көптеген тосын сыйлар әкелуі мүмкін. Жүзден астам сипатталған ақуыздардың ішінде олигомеризация түрі бойынша ең көп зерттелген мембраналық ақуыз - гликофорин А (эритроцит ақуызы). Трансмембраналық ақуыздар үшін жағдай күрделірек көрінеді - тек бір ақуыз сипатталған (бактериялардың фотосинтетикалық реакция орталығы - бактериорходопсин). Мембраналық ақуыздардың жоғары молекулалық салмағын (10-240 мың дальтон) ескере отырып, молекулалық биологтардың зерттеу өрісі кең.
Ұялы сигнал беру жүйелері
Плазмалық мембрананың барлық ақуыздарының ішінде рецепторлық белоктар ерекше орын алады. Дәл осылар ұяшыққа қандай сигналдар еніп, қайсысы кірмейтінін реттейді. Барлық көп жасушалы және кейбір бактерияларда ақпарат арнайы молекулалар (сигнал) арқылы беріледі. Бұл сигнал агенттерінің арасында гормондар (жасушалардан арнайы бөлінетін белоктар), белокты емес түзілімдер және жеке иондар бар. Соңғысы көрші жасушалар зақымдалғанда және дененің негізгі қорғаныс механизмі болып табылатын ауырсыну синдромы түріндегі реакциялар каскадын тудырған кезде шығарылуы мүмкін.
Фармакологияға арналған мақсаттар
Бұл мембраналық ақуыздар фармакологияның негізгі нысанасы болып табылады, өйткені олар сигналдардың көпшілігі өтетін нүктелер болып табылады. Дәрілік затты «таргетациялау», оның жоғары селективтілігін қамтамасыз ету – бұл фармакологиялық агентті құрудағы басты міндет. Селективті әсер рецептордың тек белгілі бір түріне немесе тіпті қосалқы түріне дене жасушаларының бір түріне ғана әсер етеді. Мұндай таңдаулыәсер ету, мысалы, ісік жасушаларын қалыпты жасушалардан ажырата алады.
Болашақтың дәрілері
Мембраналық ақуыздардың қасиеттері мен ерекшеліктері жаңа буын препараттарын жасауда қазірдің өзінде қолданылуда. Бұл технологиялар бір-бірімен «айқастырылған» бірнеше молекулалардан немесе нанобөлшектерден модульдік фармакологиялық құрылымдарды құруға негізделген. «Нысаналы» бөлік жасуша мембранасындағы белгілі бір рецепторлық ақуыздарды таниды (мысалы, онкологиялық аурулардың дамуымен байланысты). Бұл бөлікке мембрананы бұзатын агент немесе жасушадағы ақуызды өндіру процестерінде блокатор қосылады. Апоптоздың (өзінің өлімінің бағдарламасы) немесе жасушаішілік трансформациялар каскадының басқа механизмінің дамуы фармакологиялық агент әсерінің қажетті нәтижесіне әкеледі. Нәтижесінде бізде ең аз жанама әсерлері бар препарат бар. Қатерлі ісікке қарсы осындай алғашқы дәрілер қазірдің өзінде клиникалық сынақтан өтіп жатыр және жақын арада өте тиімді емге айналады.
Құрылымдық геномика
Ақуыз молекулалары туралы заманауи ғылым барған сайын ақпараттық технологияға көшуде. Зерттеудің кең жолы – компьютерлік деректер қорында сақтауға болатын барлық нәрсені зерттеу және сипаттау, содан кейін осы білімді қолдану жолдарын іздеу – қазіргі молекулярлық биологтардың мақсаты. Небәрі он бес жыл бұрын адам геномының жаһандық жобасы басталды және бізде адам гендерінің реттелген картасы бар. анықтауға бағытталған екінші жобабарлық «негізгі белоктардың» кеңістіктік құрылымы - құрылымдық геномика - әлі де толық емес. Кеңістіктік құрылым осы уақытқа дейін бес миллионнан астам адам белоктарының 60 000-ы үшін ғана анықталған. Ғалымдар лосось гені бар жарқыраған торайлар мен суыққа төзімді қызанақтарды ғана өсіргенімен, құрылымдық геномика технологиялары ғылыми білімнің кезеңі болып қала береді, олардың практикалық қолданылуы көп күттірмейді.
