עקרון הנעילה והמפתח מתאר מערכת של מבנים משלימים המשתלבים כמו מפתח במנעול ומפעילים תהליכי גוף מסוימים עם היווצרות מורכבת זו. העיקרון ידוע גם כעקרון היד-כפפה או מושג ההתאמה המושרה ומשחק תפקיד עבור כל מתחמי הקולטן-מצע. העיקרון חיוני גם לתהליכים פתולוגיים כמו זיהומים ב וירוסים.
מהו עקרון הנעילה והמפתח?
עקרון הנעילה והמפתח מתאר מערכת של מבנים משלימים המשתלבים כמו מפתח במנעול ומפעילים תהליכי גוף מסוימים עם היווצרות מורכבת זו. העיקרון מכריע גם למשל לתהליכים פתולוגיים כמו זיהומים ב וירוסים. מפתח משתלב במבנים שלו בדיוק רב למנעול המתאים. ברגע ששן אחת מנותקת, הדלת כבר לא נפתחת. בהקשר זה גם אנחנו לדבר על דיוק ההתאמה. בדיוק כשהמפתח נכנס למנעול, חומרי שליח ביולוגיים רבים משתלבים בדיוק במבנים של הקולטנים הניתנים להם. בהקשר הגדול יותר, מה שמכונה עקרון הנעילה והמפתח של הביולוגיה מתייחס לשני מבנים משלימים או יותר בעלי התאמה מרחבית זה לזה. התאמה זו קשורה לתגובות ביוכימיות. עקרון הנעילה והמפתח תואר לראשונה בשנת 1894 על ידי אמיל פישר, שתיאר באותה עת כריכה היפותטית של אנזימים ומצעים. בביולוגיה וביוכימיה, הקישור האינטראקטיבי בין ליגנד אורח למארח קולטן גורם למתחם עם קשירה מסוימת כוח, המכונה גם זיקה. במקום עקרון הנעילה והמפתח, מערכות יחסים אלה מכונות כיום גם מושג ההתאמה המושרה או עקרון היד בכפפה. ברוב המקרים, ליגנדים אורחים יעילים בהיווצרות מורכבת רק דרך חלקים מסוימים במבנה הכללי שלהם. במקרה זה, המבנים הנותרים שלהם אינם רלוונטיים מבחינה פונקציונאלית להיווצרות מורכבת ולהשפעות שעוררות אותה.
פונקציה ומשימה
עקרון הנעילה והמפתח ממלא תפקיד בביוכימיה ובביולוגיה בהקשרים שונים לחלוטין. בביוכימיה, משדרים ומודולטורים, על ידי קשירה לקולטן, מפעילים תהליכים ביוכימיים שניתן לדמות או לחסום אותם על ידי תרופות או תרופות. לכריכות כאלה, עקרון הנעילה והמפתח משחק תפקיד מהותי. ב אנדוקרינולוגיה, לעומת זאת, יש אינטראקציה בין קולטני הורמונים לאדם הורמונים שמפעיל שרשראות איתות ומשפיע על משוב על תפקוד התא. עקרון הנעילה והמפתח רלוונטי גם בהקשר זה. כך גם בתחום האנזימולוגיה, שבתוכו אנזימים להקל על תגובות ביוכימיות. תהליך זה מתרחש על ידי קירוב מגיבים ביוגניים. אנזימים ובכך לאפשר לשני חומרים פעילים ליצור קומפלקס על פי עקרון הנעילה והמפתח. האנזים עובר שינויים מבניים עקב קשירת מצע, המשפרים או מאפשרים עוד יותר את יעילותו כזרז על מצעים מסוימים. באימונולוגיה, עקרון הנעילה והמפתח רלוונטי באותה מידה. בתוך תחום זה, מבנים משלימים מתקשרים ביניהם בגבול התאים המזהים אנטיגן ומציגים אנטיגן. אינטראקציה מורכבת זו על פי עקרון הנעילה והמפתח היא תנאי מוקדם לזיהוי אנטיגן ספציפי. יתר על כן, עקרון הנעילה והמפתח ממלא תפקיד חיוני עבור תאים במכלולי תאים כגון רקמות או איברים. תאים אלה מצוידים במבנים ומבני הנגד המשלימים שלהם על פני התא. מערכת משלימה ונעילה זו מאפשרת תקשורת בין תאים ברקמה ותורמת לכידות תפקודית מבנית. תאים חיסוניים מתקשרים גם הם בעזרת המערכת המשלימה המתוארת. בנוסף, תאי חיסון במחזור תלויים במבני שטח מיוחדים כדי לאפשר להם לנוע ממקום למקום ולמצוא את דרכם חזרה לנקודת המוצא שלהם. זֶרַע תאים משתמשים בעקרון דומה כדי לעבור לתא הביצה. עקרון הנעילה והמפתח מאפשר להם למצוא גליקופרוטאינים על פני הביצית שמאפשרים להם להיכנס לתא. לפיכך, בקנה מידה גדול יותר, העיקרון ממלא תפקיד מכריע בהתרבות האנושית והוא רלוונטי בביולוגיה האבולוציונית.
מחלות ומחלות
לא רק עבור תהליכי גוף טבעיים, אלא גם עבור תהליכים פתולוגיים בגוף האדם או החיה, עקרון הנעילה והמפתח הוא מכריע. ראשית, חומרים מסוימים בתוך תרופות וחומרים אחרים חוסמים קולטנים בודדים על פי עקרון הנעילה והמפתח. מורפיום, למשל, מכבה את גירוי השיעול בכך שהחומרים הפעילים שלו נקשרים במדויק לתאים ב מערכת העצבים אחראי לגירוי השיעול. בנוסף, לחומר יש השפעה משככת כאבים באותה צורה והוא נקשר ל כְּאֵב קולטנים, במיוחד בקליפת המוח, על פי עקרון הנעילה והמפתח. כתוצאה מהכריכה, כְּאֵב גירויים כבר לא מועברים. כך שלמרות שתאורטית עדיין מתקבלים גירויים כואבים, הם כבר לא מעובדים וכבר אינם מגיעים לתודעה. הרפואה עושה שימוש בעקרון זה לטיפול בחולים חריפים וכרוניים כְּאֵב, כמו סרטן חולים. מצד שני, חסימת תאי עצב על פי עקרון הנעילה והמפתח יכולה גם לשבש או לכבות תהליכים גופניים רלוונטיים ובכך להראות השפעות שליליות על המטופל. בריאות. עקרון הנעילה והמפתח הוא פתולוגי באותה מידה בהקשר של וירוסים. אורגניזמים אלה מחזיקים במבנים משלימים מסוימים, המכונים גם אתרי עגינה. זהו אתר העגינה של נגיף המאפשר לו להדביק את המארח שלו. לעקרון היד בכפפה יש רלוונטיות רפואית באבחון רפואי. נהלי אבחון כגון הקלדת רקמות בודדות כחלק מ- ביופסיה, אבחון זיהומים וגילוי DNA או דם אבחון קבוצתי מבוסס למעשה על גילוי תוך שימוש בעקרון. בנוסף, מחלות מטבוליות רבות מבוססות על הפרעה בעקרון היד בכפפה. זה חל, למשל, על הצורה של סוכרת mellitus שיש בו שלם אינסולין הִתנַגְדוּת. ב אינסולין עמידות, האינסולין "ידני" כבר לא נכנס לקולטן האינסולין "כפפה". קולטני התאים כבר אינם מגיבים בצורה מספקת אינסולין וקליטת סוכר לתאים בודדים מתרחש רק במידה לא מספקת. מעבר לקשרים אלה, למושג ההתאמה המושרה תפקיד משמעותי בתרגול הרפואי היומיומי, למשל לחיסונים, אך גם לאלרגיות.
