Kas ir membrānas proteīns?

Integrālā proteīna daļa, kas atrodas membrānas iekšienē, sastāv no aminoskābēm ar taukos šķīstošām sānu grupām, un tā parasti ir sakārtota kā spirāle vai kā cilindrveida mucas siena. Ja proteīns šķērso membrānu cauri un iznāk abās pusēs, to sauc par transmembrānas proteīnu.

Tieši transmembrānas proteīni spēj vienlaikus just, kas notiek ārpusē, un iedarboties iekšpusē; no tā izriet visa signālu pārneses ideja. To atdalīt no membrānas var tikai ar mazgāšanas līdzekļiem, kas lipīdu slāni izjauc.

Perifērie proteīni pieķeras vai nu membrānas iekšējai, vai ārējai virsmai, mijiedarbojoties ar lipīdu ūdeni mīlošajām galvām vai ar citiem proteīniem. Tos var atdalīt daudz vieglāk, piemēram, mainot šķīduma sāļumu.

No iekšpuses membrānai piestiprinātie perifērie proteīni veido šūnas atbalsta sietu. Eritrocītā šāds spektrīna tīkls ir tas, kas šūnai ļauj saliekties, izspiesties cauri kapilāram, kurš šaurāks par pašu šūnu, un pēc tam atgūt formu. Ir arī trešais piesaistes veids, kad proteīnam pievienota taukaina enkurmolekula, kas iestiprinās membrānā.

Transports ir pirmā un acīmredzamākā funkcija. Kanāli ir caurules ar vārtiem, caur kurām joni plūst pa koncentrācijas kritumu; tie darbojas ļoti ātri. Nesējproteīni saista vielu vienā pusē, maina formu un atbrīvo to otrā pusē. Sūkņi savukārt strādā pret koncentrācijas kritumu un tāpēc patērē enerģiju; nātrija un kālija sūknis ir tas, kas uztur visu šūnu elektrisko līdzsvaru.

Otrā funkcija ir signālu uztveršana. Receptors ārpusē saista signālvielu, hormonu vai neirotransmiteru, un iekšpusē maina formu vai iedarbina starpniekmolekulu. Tādējādi ziņa tiek pārnesta, pašai signālvielai nekad neiekļūstot šūnā.

Trešā ir atpazīšana un saķere. Proteīniem, kas izvirzīti uz āru, bieži pievienotas cukura ķēdes; tās veido šūnas ārējo apkaklīti, pēc kuras imūnsistēma atšķir savu šūnu no svešas. Citi proteīni sasaista šūnas kopā audos vai piestiprina šūnu pie starpšūnu vielas.

Ceturtā ir fermentatīvā darbība: daudzi membrānā iestiprināti proteīni katalizē reakcijas tieši membrānas virsmā. Zarnu gļotādas šūnās tie noārda cukurus tieši pirms uzsūkšanas.

Lielākā daļa mūsdienu zāļu iedarbojas tieši uz membrānas proteīniem: uz receptoriem, jonu kanāliem vai transportieriem. Bēta blokatori, antihistamīni, vietējie anestēzijas līdzekļi un daudzas psihiatrijā lietotas zāles darbojas pie šādiem mērķiem. Tas ir tiešs izskaidrojums, kāpēc zāles var iedarboties uz konkrētu orgānu: tajā ir attiecīgais proteīns.

Iedzimtas kļūdas šo proteīnu uzbūvē rada atsevišķu slimību grupu. Cistiskās fibrozes gadījumā bojāts ir hlorīda kanāls, kas atrodas dziedzeru šūnu membrānā, un rezultātā sekrēts kļūst neparasti biezs elpceļos, aizkuņģa dziedzerī un citviet. Citās slimībās bojāti ir nātrija vai kālija kanāli sirdī vai muskuļos, un tas izpaužas ar ritma vai muskuļu darbības traucējumiem.

Iegūtie bojājumi ir vēl biežāki. Autoimūnas slimības gadījumā antivielas var vērsties pret membrānas receptoru un to bloķēt; tieši tā notiek miastēnijas gadījumā. Daudzi mikrobi un vīrusi savukārt izmanto membrānas proteīnus kā ieejas durvis šūnā.

Ar šādiem stāvokļiem atkarībā no skartā orgāna nodarbojas ģenētiķis, pulmonologs, kardiologs vai neirologs. Šis teksts skaidro šūnas uzbūvi un nav individuāls ārstēšanas norādījums. Pie ārsta jādodas, ja simptomi ir ilgstoši un neizskaidroti, ja tie atkārtojas ģimenē vairākās paaudzēs vai ja bērnam ir atkārtotas elpceļu infekcijas kopā ar sliktu svara pieaugumu.

Pirmā neskaidrība ir starp integrālajiem un perifērajiem proteīniem. Izšķirošais nav tas, kurā pusē proteīns atrodas, bet tas, vai tas ieiet lipīdu slāņa taukainajā iekšienē. Perifērs proteīns var būt gan ārpusē, gan iekšpusē, bet ar membrānas taukaino daļu tas nesaskaras.

Otrā ir kanāls un sūknis. Abi laiž vielas cauri, bet kanāls ļauj vielai plūst pa dabisko kritumu un enerģiju netērē, savukārt sūknis vielu virza pretēji un enerģiju patērē. Praktiski to var atšķirt pēc virziena: ja viela uzkrājas tur, kur tās jau ir vairāk, tas ir sūknis.

Trešā ir šūnas membrāna un šūnas siena. Membrāna ir lipīdu plēve ar proteīniem, kas ir visām šūnām. Šūnas siena ir cieta ārējā kārta, kas ir augiem, sēnēm un baktērijām, bet cilvēka šūnām tādas nav. Tieši tāpēc daudzas antibiotikas, kas bojā baktērijas šūnas sienu, cilvēka šūnām nekaitē.

Membrānas proteīnu ir pārsteidzoši daudz: ievērojama daļa no visiem cilvēka gēnos kodētajiem proteīniem atrodas membrānās. Un tomēr tieši šo proteīnu telpisko uzbūvi ir visgrūtāk noskaidrot, jo, izņemot tos no membrānas, tie zaudē formu. Tāpēc zināšanas par tiem ilgi atpalika no zināšanām par šķīstošajiem proteīniem.

Otra būtiska, bet reti pieminēta lieta ir membrānas proteīnu asimetrija. Katram transmembrānas proteīnam ir stingri noteikts, kura daļa skatās uz āru un kura uz iekšu, un šī orientācija nekad nemainās. Tieši tāpēc šūna spēj atšķirt „ārpusi“ no „iekšpuses“ un tāpēc sūknis vienmēr sūknē vienā virzienā.

Un vēl viens praktisks secinājums: tā kā membrānas iekšiene ir taukaina, zāles, kas šķīst taukos, var iziet cauri membrānai pašas, bet ūdenī šķīstošajām vajadzīgs transportieris. Tas ir iemesls, kāpēc vienas zāles smadzenēs iekļūst viegli, bet citas gandrīz nemaz, un kāpēc zāļu izstrādē molekulas taukos šķīstība ir viena no pirmajām īpašībām, ko pārbauda.