Lukk ja põhiprintsiip

Lukk ja põhiprintsiip kirjeldab komplementaarsete struktuuride süsteemi, mis lukustuvad nagu võtme lukk ja käivitavad selle keeruka moodustumisega teatud kehaprotsessid. Seda põhimõtet nimetatakse ka Kinda kätte andmise põhimõte või Indutseeritud sobivuse kontseptsioon tähistab ja mängib rolli kõigil retseptori-substraadi kompleksidel. Põhimõte on määrav ka patoloogiliste protsesside, näiteks viirustega nakatumise korral.

Mis on luku ja võtme põhimõte?

Klahvilukustuse põhimõte kirjeldab komplementaarsete struktuuride süsteemi, mis lukustuvad nagu lukk ja võimendavad selle keeruka moodustumisega teatud kehaprotsesse. Põhimõte on määrav nt ka patoloogiliste protsesside, näiteks viirustega nakatumise korral.

Oma struktuuriga sobib võti äärmise täpsusega seotud lukku. Niipea, kui piik on lahti saanud, ei avane enam uks. Selles kontekstis räägime ka sobivuse täpsusest. Nii nagu võti mahub lukku, sobivad paljud bioloogilised sõnumitoojad täpselt neile mõeldud retseptorite struktuurile.

Bioloogia niinimetatud lukustus- ja võtmepõhimõte seostub suuremas kontekstis kahe või enama üksteisega täiendavalt paikneva struktuuriga. See sobivuse täpsus käib käsikäes biokeemiliste reaktsioonidega.

Lukustuse ja võtme põhimõtet kirjeldas esmakordselt 1894. aastal Emil Fischer, kes kirjeldas sel ajal ensüümide ja substraatide hüpoteetilist sidumist. Bioloogias ja biokeemias põhjustab külalisligandi ja retseptori peremeesorganismi vaheline interaktiivne side teatava sidemetugevusega kompleksi, mida nimetatakse ka afiinsuseks. Klahviluku põhimõtte asemel nimetatakse neid suhteid nüüd ka sisendatud sobivuse kontseptsiooniks või kinda-kätte põhimõtteks.

Enamikul juhtudel on külalisligandid efektiivsed kompleksi moodustumisel ainult nende üldise struktuuri teatud osade kaudu. Sellisel juhul on nende järelejäänud struktuurid funktsionaalselt ebaolulised kompleksi moodustumise ja selle tekitatavate mõjude jaoks.

Funktsioon ja ülesanne

Klahviluku põhimõte mängib rolli biokeemias ja bioloogias täiesti erinevates kontekstides. Biokeemias käivitavad saatjad ja modulaatorid retseptoriga seondumisel biokeemilised protsessid, mida raviained või ravimid võivad simuleerida või blokeerida. Selliste võlakirjade puhul mängib olulist rolli lukustuse ja võtme põhimõte.

Endokrinoloogias toimub seevastu hormooniretseptorite ja üksikute hormoonide vastastikmõju, mis käivitab signaaliahelad ja mõjutab uuesti raku funktsiooni. Selles võtmes on oluline ka võtme lukustuse põhimõte. Sama kehtib ka ensümoloogia valdkonnas, kus ensüümid hõlbustavad biokeemilisi reaktsioone.

See protsess toimub biogeensete reagentide koondamise teel. Ensüümid võimaldavad kahel toimeainel moodustada kompleksi vastavalt luku ja võtme põhimõttele. Substraadiga seondumisel toimub ensüümi struktuurimuutus, mis suurendab või võimaldab selle efektiivsust katalüsaatorina teatud substraatidel.

Lukustuse ja võtme põhimõte on asjakohane ka immunoloogias. Selles piirkonnas mängivad komplemendi struktuurid antigeeni äratundvate ja antigeeni esitlevate rakkude vahelist piiri. See keeruline klahvilukul põhinev koosmõju on spetsiifilise antigeeni tuvastamise eeltingimus.

Lisaks mängib lukustamise ja võtmepõhimõte rakkude jaoks olulist rolli selliste rakkude agregaatide nagu kudede või elundite puhul. Need rakud on varustatud raku pinnal olevate struktuuride ja nende komplementaarsete kontrakonstruktsioonidega. See lukustatav ja lukustav komplementaarne süsteem võimaldab sidet koe rakkude vahel ja aitab kaasa struktuurilisele ja funktsionaalsele ühtekuuluvusele.

Immuunrakud suhtlevad ka kirjeldatud komplementaarsüsteemi abil. Lisaks toetuvad tsirkuleerivad immuunrakud spetsiaalsetele pinnastruktuuridele, et nad saaksid ühest kohast teise pääseda ja leida oma tee tagasi alguspunkti.

Sperma kolib munarakku sarnasel põhimõttel. Lukustuse ja võtme põhimõte võimaldab neil munapinnalt leida glükoproteiine, mis võimaldavad neil rakku tungida. Seega mängib see põhimõte inimese laiemas reproduktsioonis otsustavat rolli ja on asjakohane evolutsioonibioloogia jaoks.

Haigused ja tervisehäired

Lukustus ja võtmepõhimõte on ülioluline mitte ainult keha loomulike protsesside, vaid ka inimese või looma kehas toimuvate patoloogiliste protsesside jaoks. Ühelt poolt blokeerivad teatud ained narkootikumides ja muud ained üksikuid retseptoreid vastavalt luku ja võtme põhimõttele. Näiteks lülitab morfiin köhimisvajaduse välja, kuna selle toimeained seostuvad täpselt närvisüsteemi rakkudega, mis vastutavad köhaohu eest.

Lisaks on ainel samamoodi valu vaigistav toime ja see seostub lukustuse ja võtme põhimõtte kohaselt peamiselt ajukoore valuretseptoritega. Sideme tõttu ei kandu valu stiimulid enam edasi. Ehkki teoreetiliselt valusaid stiimuleid võetakse endiselt vastu, ei töödelda neid enam ega jõua enam teadvusse. Meditsiin kasutab seda põhimõtet ägeda ja kroonilise valuga patsientide, näiteks vähihaigete raviks.

Teisest küljest võib lukustuse ja võtme põhimõtte kohane närvirakkude blokeerimine ka häirida või välja lülitada olulisi kehaprotsesse ja seega avaldada negatiivset mõju patsiendi tervisele.

Lukustuse ja võtme põhimõte on viirustega sama patoloogiline. Nendel organismidel on teatavad komplementaarsed struktuurid, mida nimetatakse ka dokkimiskohtadeks. Viiruse dokkimispunkt võimaldab nakatada vastavat peremeesorganismi.

Kinda kätte andmise põhimõte on meditsiinilises diagnostikas ka meditsiinilise tähtsusega. Diagnostilised meetodid, näiteks üksikute kudede tüpiseerimine biopsia osana, infektsioonide diagnoosimine ja DNA tuvastamine või veregrupi diagnoosimine, põhinevad põhimõtteliselt tuvastamisel.

Lisaks põhinevad paljud metaboolsed haigused käe-kinda põhimõtte häiretel. See kehtib näiteks suhkurtõve vormi kohta, mille puhul on olemas täielik insuliiniresistentsus. Insuliiniresistentsuse korral ei sobi "käsitsi" insuliin enam "kinnaste" insuliiniretseptoritesse. Rakuretseptorid ei reageeri enam insuliinile adekvaatselt ja suhkur imendub üksikutesse rakkudesse ainult ebapiisaval määral.

Lisaks nendele suhetele mängib indutseeritud sobivus olulist rolli igapäevases meditsiinipraktikas näiteks vaktsineerimise, aga ka allergiate korral.