El futur de la medicina són mètodes personalitzats d'influència selectiva sobre sistemes cel·lulars individuals que són responsables del desenvolupament i curs d'una determinada mal altia. La classe principal d'objectius terapèutics en aquest cas són les proteïnes de la membrana cel·lular com a estructures encarregades de proporcionar la transmissió directa del senyal a la cèl·lula. Actualment, gairebé la meitat dels fàrmacs afecten les membranes cel·lulars, i només n'hi haurà més en el futur. Aquest article està dedicat a conèixer el paper biològic de les proteïnes de membrana.
Estructura i funció de la membrana cel·lular
Des del curs escolar, molts recorden l'estructura de la unitat estructural del cos: la cèl·lula. Un lloc especial en l'estructura d'una cèl·lula viva el té el plasmalema (membrana), que separa l'espai intracel·lular del seu entorn. Així, la seva funció principal és crear una barrera entre el contingut cel·lular i l'espai extracel·lular. Però aquesta no és l'única funció del plasmalema. Entre altres funcions de membrana relacionades amben primer lloc amb proteïnes de membrana, segreguen:
- Protector (uneix antígens i evita la seva penetració a la cèl·lula).
- Transport (assegurant l'intercanvi de substàncies entre la cèl·lula i el medi ambient).
- Señal (els complexos proteics de receptors integrats proporcionen irritabilitat cel·lular i la seva resposta a diverses influències externes).
- Energia - transformació de diferents formes d'energia: mecànica (flagel·los i cilis), elèctrica (impuls nerviós) i química (síntesi de molècules d'àcid trifosfòric d'adenosina).
- Contacte (proporciona comunicació entre cèl·lules mitjançant desmosomes i plasmodesmes, així com plecs i excreixes del plasmolema).
Estructura de les membranes
La membrana cel·lular és una doble capa de lípids. La bicapa es forma a causa de la presència a la molècula de lípids de dues parts amb propietats diferents: una secció hidròfila i una secció hidròfoba. La capa externa de les membranes està formada per "caps" polars amb propietats hidròfiles, i les "cues" hidrofòbiques dels lípids es tornen a l'interior de la bicapa. A més dels lípids, l'estructura de les membranes inclou proteïnes. El 1972, els microbiòlegs nord-americans S. D. Singer (S. Jonathan Singer) i G. L. Nicholson (Garth L. Nicolson) va proposar un model de mosaic fluid de l'estructura de la membrana, segons el qual les proteïnes de la membrana "floten" a la bicapa lipídica. Aquest model va ser complementat pel biòleg alemany Kai Simons (1997) pel que fa a la formació de certes regions més denses amb proteïnes associades (basses lipídiques) que es desplacen lliurement a la bicapa de la membrana.
Estructura espacial de les proteïnes de membrana
En diferents cèl·lules, la proporció de lípids i proteïnes és diferent (del 25 al 75% de les proteïnes en termes de pes sec) i estan localitzades de manera desigual. Per ubicació, les proteïnes poden ser:
- Integral (transmembrana): integrat a la membrana. Al mateix temps, penetren a la membrana, de vegades repetidament. Les seves regions extracel·lulars sovint porten cadenes d'oligosacàrids, formant grups de glicoproteïnes.
- Perifèric - situat principalment a l'interior de les membranes. La comunicació amb els lípids de la membrana es proporciona mitjançant ponts d'hidrogen reversibles.
- Ancorat: es troba principalment a l'exterior de la cèl·lula i l'"àncora" que les subjecta a la superfície és una molècula de lípids immersa a la bicapa.
Funcionalitat i responsabilitats
El paper biològic de les proteïnes de membrana és divers i depèn de la seva estructura i ubicació. Inclou proteïnes receptores, proteïnes de canal (iònics i porines), transportadors, motors i grups de proteïnes estructurals. Tots els tipus de receptors de proteïnes de membrana, en resposta a qualsevol impacte, canvien la seva estructura espacial i formen la resposta de la cèl·lula. Per exemple, el receptor d'insulina regula l'entrada de glucosa a la cèl·lula, i la rodopsina a les cèl·lules sensibles de l'òrgan de la visió desencadena una cascada de reaccions que condueixen a l'aparició d'un impuls nerviós. El paper dels canals de proteïnes de membrana és transportar ions i mantenir la diferència en les seves concentracions (gradient) entre el medi intern i extern. Per exemple,Les bombes de sodi i potassi proporcionen l'intercanvi dels ions corresponents i el transport actiu de substàncies. Les porines -a través de les proteïnes- intervenen en la transferència de molècules d'aigua, transportadors- en la transferència de determinades substàncies contra un gradient de concentració. En bacteris i protozous, el moviment dels flagels és proporcionat per motors de proteïnes moleculars. Les proteïnes estructurals de la membrana donen suport a la pròpia membrana i asseguren la interacció d' altres proteïnes de la membrana plasmàtica.
Proteïnes de membrana, membrana proteica
La membrana és un entorn dinàmic i molt actiu, i no una matriu inert per a les proteïnes que s'hi localitzen i hi treballen. Afecta significativament el treball de les proteïnes de membrana, i les basses lipídiques, en moviment, formen nous enllaços associatius de molècules de proteïnes. Moltes proteïnes simplement no funcionen sense socis, i la seva interacció intermolecular ve proporcionada per la naturalesa de la capa lipídica de les membranes, l'organització estructural de la qual, al seu torn, depèn de les proteïnes estructurals. Les alteracions d'aquest delicat mecanisme d'interacció i interdependència provoquen una disfunció de les proteïnes de membrana i una sèrie de mal alties, com ara diabetis i tumors malignes.
Organització estructural
Les idees modernes sobre l'estructura i l'estructura de les proteïnes de membrana es basen en el fet que a la part perifèrica de la membrana, la majoria d'elles rarament consisteixen en una, més sovint en diverses alfa-hèlixs oligomeritzants associades. A més, aquesta estructura és la clau per al desenvolupament de la funció. Tanmateix, és la classificació de proteïnes per tipusles estructures poden portar moltes més sorpreses. De més d'un centenar de proteïnes descrites, la proteïna de membrana més estudiada pel que fa al tipus d'oligomerització és la glicoforina A (proteïna d'eritròcits). Per a les proteïnes transmembrana, la situació sembla més complicada: només s'ha descrit una proteïna (el centre de reacció fotosintètic dels bacteris: bacteriorrodopsina). Donat l' alt pes molecular de les proteïnes de membrana (10-240 mil d altons), els biòlegs moleculars tenen un ampli camp d'investigació.
Sistemes de senyalització cel·lular
Entre totes les proteïnes de la membrana plasmàtica, un lloc especial pertany a les proteïnes receptores. Són ells qui regulen quins senyals entren a la cèl·lula i quins no. En tots els pluricel·lulars i alguns bacteris, la informació es transmet a través de molècules especials (senyal). Entre aquests agents de senyalització hi ha hormones (proteïnes secretades especialment per les cèl·lules), formacions no proteiques i ions individuals. Aquest últim es pot alliberar quan les cèl·lules veïnes estan danyades i desencadenen una cascada de reaccions en forma de síndrome del dolor, el principal mecanisme de defensa del cos.
Objectius de farmacologia
Són les proteïnes de membrana les principals dianes de la farmacologia, ja que són els punts per on passen la majoria de senyals. "Orientar" un fàrmac, assegurant la seva alta selectivitat: aquesta és la tasca principal per crear un agent farmacològic. Un efecte selectiu només sobre un tipus específic o fins i tot un subtipus del receptor és un efecte sobre només un tipus de cèl·lules corporals. Tan selectiuL'exposició pot, per exemple, distingir les cèl·lules tumorals de les normals.
Les drogues del futur
Les propietats i característiques de les proteïnes de membrana ja s'estan utilitzant en la creació de fàrmacs de nova generació. Aquestes tecnologies es basen en la creació d'estructures farmacològiques modulars a partir de diverses molècules o nanopartícules "reticulats" entre si. La part "targeting" reconeix determinades proteïnes receptores a la membrana cel·lular (per exemple, les associades al desenvolupament de mal alties oncològiques). A aquesta part s'afegeix un agent destructor de membranes o un bloquejador en els processos de producció de proteïnes a la cèl·lula. El desenvolupament de l'apoptosi (el programa de la pròpia mort) o un altre mecanisme de la cascada de transformacions intracel·lulars condueix al resultat desitjat de l'exposició a un agent farmacològic. Com a resultat, tenim un fàrmac amb un mínim d'efectes secundaris. Els primers medicaments contra el càncer d'aquest tipus ja es troben en assaigs clínics i aviat es convertiran en teràpies molt efectives.
Genòmica estructural
La ciència moderna de les molècules de proteïnes s'està movent cada cop més a la tecnologia de la informació. Un ampli camí d'investigació -estudiar i descriure tot el que es pot emmagatzemar en bases de dades informàtiques i després buscar maneres d'aplicar aquest coneixement- aquest és l'objectiu dels biòlegs moleculars moderns. Fa només quinze anys que va començar el projecte global del genoma humà, i ja tenim un mapa seqüenciat de gens humans. El segon projecte, que pretén definirl'estructura espacial de totes les "proteïnes clau" -genòmica estructural- encara està lluny d'estar completa. L'estructura espacial només s'ha determinat fins ara per a 60.000 de més de cinc milions de proteïnes humanes. I mentre que els científics només han cultivat garrins lluminosos i tomàquets resistents al fred amb el gen del salmó, les tecnologies de la genòmica estructural segueixen sent una etapa del coneixement científic, l'aplicació pràctica del qual no tardarà a arribar.
