Բժշկության ապագան առանձին բջիջների համակարգերի վրա ընտրովի ազդեցության անհատականացված մեթոդներն են, որոնք պատասխանատու են որոշակի հիվանդության զարգացման և ընթացքի համար: Այս դեպքում թերապևտիկ թիրախների հիմնական դասը բջջային թաղանթային սպիտակուցներն են՝ որպես բջջին ազդանշանի անմիջական փոխանցում ապահովելու համար պատասխանատու կառույցներ: Արդեն այսօր դեղերի գրեթե կեսն ազդում է բջջային թաղանթների վրա, և ապագայում դրանք միայն կլինեն: Այս հոդվածը նվիրված է թաղանթային սպիտակուցների կենսաբանական դերին ծանոթանալուն։
Բջջային թաղանթի կառուցվածքը և գործառույթը
Դպրոցական դասընթացից շատերը հիշում են մարմնի կառուցվածքային միավորի՝ բջջի կառուցվածքը։ Կենդանի բջջի կառուցվածքում առանձնահատուկ տեղ է զբաղեցնում պլազմալեման (թաղանթը), որը բաժանում է ներբջջային տարածությունն իր միջավայրից։ Այսպիսով, նրա հիմնական գործառույթը բջջային բովանդակության և արտաբջջային տարածության միջև պատնեշ ստեղծելն է: Բայց սա պլազմալեմայի միակ գործառույթը չէ: Ի թիվս այլ մեմբրանի գործառույթների, որոնք կապված ենառաջին հերթին թաղանթային սպիտակուցներով արտազատել՝
- Պաշտպանիչ (կապում է անտիգենները և կանխում դրանց ներթափանցումը բջիջ):
- Տրանսպորտ (ապահովում է նյութերի փոխանակումը բջջի և շրջակա միջավայրի միջև):
- Ազդանշան (ներկառուցված ընկալիչների սպիտակուցային համալիրները ապահովում են բջիջների դյուրագրգռությունը և դրա արձագանքը տարբեր արտաքին ազդեցություններին):
- Էներգիա - էներգիայի տարբեր ձևերի փոխակերպում՝ մեխանիկական (դրոշակներ և թարթիչներ), էլեկտրական (նյարդային ազդակներ) և քիմիական (ադենոզին տրիֆոսֆորաթթվի մոլեկուլների սինթեզ):
- Կոնտակտ (ապահովում է հաղորդակցություն բջիջների միջև՝ օգտագործելով դեզմոսոմներ և պլազմոդեզմատաներ, ինչպես նաև պլազմոլեմայի ծալքերն ու աճերը):
Թաղանթների կառուցվածք
Բջջային թաղանթը լիպիդների կրկնակի շերտ է: Երկշերտը ձևավորվում է լիպիդային մոլեկուլում տարբեր հատկություններով երկու մասի առկայության պատճառով՝ հիդրոֆիլ և հիդրոֆոբ հատված։ Թաղանթների արտաքին շերտը ձևավորվում է հիդրոֆիլ հատկություններով բևեռային «գլուխներով», իսկ լիպիդների հիդրոֆոբ «պոչերը» պտտվում են երկշերտի ներսում։ Բացի լիպիդներից, թաղանթների կառուցվածքը ներառում է սպիտակուցներ: 1972 թվականին ամերիկացի մանրէաբաններ Ս. Դ. Սինգերը (Ս. Ջոնաթան Սինգեր) և Գ. Լ. Նիկոլսոնը (Garth L. Nicolson) առաջարկել է մեմբրանի կառուցվածքի հեղուկ-մոզաիկ մոդելը, ըստ որի մեմբրանի սպիտակուցները «լողում են» լիպիդային երկշերտում։ Այս մոդելը լրացվել է գերմանացի կենսաբան Կայ Սիմոնսի կողմից (1997)՝ կապված սպիտակուցներով (լիպիդային լաստանավներ) որոշակի, ավելի խիտ տարածքների ձևավորման առումով, որոնք ազատորեն շարժվում են թաղանթային երկշերտում:
:
Թաղանթային սպիտակուցների տարածական կառուցվածքը
Տարբեր բջիջներում լիպիդների և սպիտակուցների հարաբերակցությունը տարբեր է (չոր քաշով սպիտակուցների 25-ից մինչև 75%) և դրանք գտնվում են անհավասարաչափ։ Ըստ գտնվելու վայրի՝ սպիտակուցները կարող են լինել՝
- Ինտեգրալ (տրանսմեմբրանային) - ներկառուցված մեմբրանի մեջ: Միևնույն ժամանակ, նրանք ներթափանցում են թաղանթ, երբեմն բազմիցս: Նրանց արտաբջջային շրջանները հաճախ կրում են օլիգոսաքարիդային շղթաներ՝ ձևավորելով գլիկոպրոտեինների կլաստերներ։
- Ծայրամասային - տեղակայված է հիմնականում թաղանթների ներքին մասում: Մեմբրանի լիպիդների հետ հաղորդակցությունն ապահովվում է շրջելի ջրածնային կապերով։
- խարսխված - հիմնականում տեղակայված է բջջի արտաքին մասում, և դրանք մակերեսին պահող «խարիսխը» լիպիդային մոլեկուլ է, որը ընկղմված է երկշերտում:
Ֆունկցիոնալություն և պարտականություններ
Մեմբրանի սպիտակուցների կենսաբանական դերը բազմազան է և կախված է դրանց կառուցվածքից և տեղակայությունից: Դրանք ներառում են ընկալիչների սպիտակուցներ, ալիքային սպիտակուցներ (իոնային և պորիններ), փոխադրողներ, շարժիչներ և կառուցվածքային սպիտակուցային կլաստերներ։ Բոլոր տեսակի թաղանթային սպիտակուցային ընկալիչները, ի պատասխան ցանկացած ազդեցության, փոխում են իրենց տարածական կառուցվածքը և կազմում բջջի արձագանքը։ Օրինակ, ինսուլինի ընկալիչը կարգավորում է գլյուկոզայի մուտքը բջիջ, իսկ ռոդոպսինը տեսողության օրգանի զգայուն բջիջներում առաջացնում է ռեակցիաների կասկադ, որոնք հանգեցնում են նյարդային ազդակի առաջացման: Թաղանթային սպիտակուցային ուղիների դերը իոնների տեղափոխումն է և դրանց կոնցենտրացիաների (գրադիենտի) տարբերությունը ներքին և արտաքին միջավայրի միջև պահպանելը: Օրինակ,նատրիում-կալիումական պոմպերն ապահովում են համապատասխան իոնների փոխանակումը և նյութերի ակտիվ տեղափոխումը։ Պորինները՝ սպիտակուցների միջոցով, մասնակցում են ջրի մոլեկուլների տեղափոխմանը, փոխադրողները՝ որոշակի նյութերի փոխանցմանը կոնցենտրացիայի գրադիենտի դեմ: Բակտերիաների և նախակենդանիների մոտ դրոշակների շարժումն ապահովվում է մոլեկուլային սպիտակուցային շարժիչներով: Կառուցվածքային թաղանթային սպիտակուցներն ապահովում են թաղանթն ինքնին և ապահովում պլազմային մեմբրանի այլ սպիտակուցների փոխազդեցությունը։
Մեմբրանի սպիտակուցներ, սպիտակուցային թաղանթ
Մեմբրանը դինամիկ և շատ ակտիվ միջավայր է, և ոչ թե իներտ մատրիցա այն սպիտակուցների համար, որոնք գտնվում և աշխատում են դրանում: Այն զգալիորեն ազդում է թաղանթային սպիտակուցների աշխատանքի վրա, իսկ լիպիդային լաստանավները, շարժվելով, ձևավորում են սպիտակուցի մոլեկուլների նոր ասոցիատիվ կապեր։ Շատ սպիտակուցներ պարզապես չեն աշխատում առանց գործընկերների, և դրանց միջմոլեկուլային փոխազդեցությունն ապահովվում է թաղանթների լիպիդային շերտի բնույթով, որի կառուցվածքային կազմակերպումն իր հերթին կախված է կառուցվածքային սպիտակուցներից։ Փոխազդեցության և փոխկախվածության այս նուրբ մեխանիզմի խախտումները հանգեցնում են թաղանթային սպիտակուցների դիսֆունկցիայի և մի շարք հիվանդությունների, ինչպիսիք են շաքարախտը և չարորակ ուռուցքները:
Կառուցվածքային կազմակերպություն
Թաղանթային սպիտակուցների կառուցվածքի և կառուցվածքի մասին ժամանակակից պատկերացումները հիմնված են այն փաստի վրա, որ թաղանթային ծայրամասային մասում դրանց մեծ մասը հազվադեպ է բաղկացած մեկ, ավելի հաճախ՝ մի քանի հարակից օլիգոմերացնող ալֆա պարույրներից: Ընդ որում, հենց այս կառույցն է ֆունկցիայի կատարման բանալին։ Այնուամենայնիվ, դա սպիտակուցների դասակարգումն է ըստ տեսակիկառույցները կարող են շատ ավելի շատ անակնկալներ մատուցել։ Հարյուրից ավելի նկարագրված սպիտակուցներից օլիգոմերացման տեսակի առումով ամենաուսումնասիրված թաղանթային սպիտակուցը գլիկոֆորին A-ն է (էրիթրոցիտային սպիտակուց): Տրանսմեմբրանային սպիտակուցների դեպքում իրավիճակը ավելի բարդ է թվում. նկարագրված է միայն մեկ սպիտակուց (բակտերիաների ֆոտոսինթետիկ ռեակցիայի կենտրոնը՝ բակտերիորոդոպսին): Հաշվի առնելով թաղանթային սպիտակուցների բարձր մոլեկուլային քաշը (10-240 հազար դալտոն), մոլեկուլային կենսաբանները հետազոտության լայն դաշտ ունեն։
Բջջային ազդանշանային համակարգեր
Պլազմային թաղանթի բոլոր սպիտակուցների մեջ առանձնահատուկ տեղ են զբաղեցնում ընկալիչ սպիտակուցները։ Հենց նրանք են կարգավորում, թե որ ազդանշաններն են մտնում բջիջ, որոնք՝ ոչ։ Բոլոր բազմաբջիջների և որոշ բակտերիաների մոտ տեղեկատվությունը փոխանցվում է հատուկ մոլեկուլների (ազդանշանի) միջոցով։ Այս ազդանշանային գործակալների թվում են հորմոնները (սպիտակուցներ, որոնք հատուկ արտազատվում են բջիջների կողմից), ոչ սպիտակուցային գոյացություններ և առանձին իոններ։ Վերջինս կարող է ազատվել, երբ հարևան բջիջները վնասվում են և առաջացնում են ռեակցիաների կասկադ՝ ցավային համախտանիշի տեսքով՝ մարմնի հիմնական պաշտպանական մեխանիզմը։
Թիրախներ դեղագիտության համար
Դեղագործության հիմնական թիրախն են թաղանթային սպիտակուցները, քանի որ դրանք այն կետերն են, որոնցով անցնում են ազդանշանների մեծ մասը: Դեղամիջոցի «թիրախավորումը», նրա բարձր ընտրողականության ապահովումը՝ սա է դեղաբանական գործակալի ստեղծման հիմնական խնդիրը։ Ընտրովի ազդեցությունը միայն որոշակի տեսակի կամ նույնիսկ ընկալիչների ենթատեսակի վրա ազդեցություն է միայն մեկ տեսակի մարմնի բջիջների վրա: Նման ընտրովիազդեցությունը կարող է, օրինակ, տարբերել ուռուցքային բջիջները նորմալներից:
Ապագայի դեղեր
Թաղանթային սպիտակուցների հատկություններն ու առանձնահատկություններն արդեն օգտագործվում են նոր սերնդի դեղամիջոցների ստեղծման գործում։ Այս տեխնոլոգիաները հիմնված են մի քանի մոլեկուլներից կամ միմյանց հետ «խաչ կապված» նանոմասնիկներից մոդուլային դեղաբանական կառուցվածքների ստեղծման վրա: «Թիրախավորող» մասը ճանաչում է բջջային թաղանթի վրա գտնվող որոշակի ընկալիչների սպիտակուցներ (օրինակ՝ օնկոլոգիական հիվանդությունների զարգացման հետ կապված): Այս մասին ավելացվում է թաղանթաքանդող նյութ կամ բջջում սպիտակուցի արտադրության գործընթացներում արգելափակող նյութ։ Ապոպտոզի (սեփական մահվան ծրագիր) կամ ներբջջային փոխակերպումների կասկադի այլ մեխանիզմի զարգացումը հանգեցնում է դեղաբանական գործակալի ազդեցության ցանկալի արդյունքի: Արդյունքում մենք ունենում ենք նվազագույն կողմնակի ազդեցություններով դեղամիջոց։ Քաղցկեղի դեմ պայքարող առաջին նման դեղամիջոցներն արդեն կլինիկական փորձարկումների մեջ են և շուտով կդառնան բարձր արդյունավետ բուժում:
Կառուցվածքային գենոմիկա
Սպիտակուցային մոլեկուլների ժամանակակից գիտությունը գնալով ավելի է շարժվում դեպի տեղեկատվական տեխնոլոգիաներ: Հետազոտության լայնածավալ ուղի՝ ուսումնասիրել և նկարագրել այն ամենը, ինչ կարելի է պահել համակարգչային տվյալների շտեմարաններում, և այնուհետև ուղիներ փնտրել այս գիտելիքը կիրառելու համար, սա ժամանակակից մոլեկուլային կենսաբանների նպատակն է: Ընդամենը տասնհինգ տարի առաջ սկսվեց մարդկային գենոմի գլոբալ նախագիծը, և մենք արդեն ունենք մարդկային գեների հաջորդականացված քարտեզ: Երկրորդ նախագիծը, որը նպատակ ունի սահմանելբոլոր «առանցքային սպիտակուցների» տարածական կառուցվածքը՝ կառուցվածքային գենոմիկա, դեռ հեռու է ամբողջական լինելուց: Տարածական կառուցվածքը մինչ այժմ որոշվել է մարդկային ավելի քան հինգ միլիոն սպիտակուցներից միայն 60000-ի համար: Եվ մինչ գիտնականները սաղմոնի գենով աճեցրել են միայն լուսավոր խոճկորներ և ցրտադիմացկուն լոլիկ, կառուցվածքային գենոմիկայի տեխնոլոգիաները մնում են գիտական գիտելիքների մի փուլ, որի գործնական կիրառումը երկար սպասել չի տա։
