Aquaporins funkcije, struktura i tipovi



aquaporins, također poznati kao vodeni kanali, su molekule proteinske prirode koje prelaze biološke membrane. Oni su odgovorni za posredovanje brzog i učinkovitog protoka vode u i iz stanica, sprječavajući interakciju vode s hidrofobnim dijelovima koji su tipični za fosfolipidne dvoslojeve..

Ovi proteini nalikuju bačvi i imaju vrlo specifičnu molekularnu strukturu, sastavljenu uglavnom od spirale. Oni su široko rasprostranjeni u različitim linijama, uključujući i od malih mikroorganizama do životinja i biljaka, gdje su u izobilju.

indeks

  • 1 Povijesna perspektiva
  • 2 Struktura
  • 3 Funkcije
    • 3.1 Funkcije u životinja
    • 3.2 Funkcije u biljkama
    • 3.3 Funkcije u mikroorganizmima
  • 4 Vrste
  • 5 Medicinske patologije povezane s akvaporinima
  • 6 Reference

Povijesna perspektiva

S osnovnim znanjima iz fiziologije i mehanizmima kretanja otopljenih tvari kroz membrane (aktivne i pasivne) mogli bismo ustanoviti da transport vode ne pretpostavlja nikakav problem, ulazak i izlazak iz stanice jednostavnom difuzijom..

Ovu ideju vodili smo mnogo godina. Međutim, neki istraživači su vidjeli postojanje nekog kanala za vodeni transport, budući da u određenim vrstama stanica s visokom vodopropusnošću (kao što je npr. Bubreg), difuzija ne bi bila dovoljna da objasni transport. vode.

Doktor i istraživač Peter Agre otkrili su ove proteinske kanale 1992. godine, dok su radili s membranom eritrocita. Zahvaljujući tom otkriću, osvojio je (zajedno sa svojim kolegama) Nobelovu nagradu 2003. godine. Ovaj prvi aquaporin nazvan je "Aquaporin 1"..

struktura

Oblik akvaporina nalikuje pješčanom satu, s dvije simetrične polovice orijentirane u suprotnim smjerovima. Ova struktura prelazi dvostruku lipidnu membranu stanice.

Potrebno je spomenuti da je oblik akvaporina vrlo poseban i ne nalikuje niti jednoj drugoj vrsti proteina koji prelaze membranu.

Aminokiselinske sekvence su pretežno polarne. Transmembranski proteini karakterizirani su time da imaju segment bogat alfa helikoidnim segmentima. Međutim, akvaporini nedostaju takva područja.

Zahvaljujući primjeni suvremenih tehnologija moguće je detaljno razjasniti strukturu porina: to su monomeri od 24 do 30 KDa koji se sastoje od šest spiralnih segmenata s dva mala segmenta koji okružuju citoplazmu i povezani su malom pora..

Ovi monomeri su sastavljeni u grupu od četiri jedinice, iako svaka može raditi neovisno. U malim propelerima postoje neki očuvani motivi, uključujući i NPA.

Kod nekih akvaporina pronađenih u sisavaca (AQP4) pojavljuju se veće agregacije koje formiraju supramolekularne kristalne aranžmane.

Da bi se transportirala voda, unutrašnjost proteina je polarna, a vanjska je apolarna, za razliku od uobičajenih globularnih proteina.

funkcije

Funkcija akvaporina je posredovanje prijenosa vode u unutrašnjost stanice kao odgovor na osmotski gradijent. Ne treba nikakvu dodatnu silu ili pumpanje: voda ulazi i izlazi iz stanice osmozom, posredovana akvaporinom. Neke varijante također nose molekule glicerola.

Da bi se taj transport izvršio i kako bi se povećala propusnost vode, stanična membrana obiluje molekulama akvaporina, reda gustoće od 10.000 kvadratnih mikrometara..

Funkcije u životinja

Prijevoz vode je vitalan za organizme. Uzmimo točan primjer bubrega: dnevno bi trebali filtrirati ogromne količine vode. Ako se taj proces ne dogodi ispravno, posljedice bi bile smrtonosne.

Osim koncentracije urina, akvaporini su uključeni u opću homeostazu tjelesnih tekućina, funkciju mozga, izlučivanje žlijezda, hidrataciju kože, plodnost kod muškaraca, vid, sluh - samo da spomenemo nekoliko procesa biološki.

U pokusima provedenim na miševima, zaključeno je da oni također sudjeluju u migraciji stanica, ulozi koja je daleko od vodenog transporta.

Funkcije u biljkama

Aquaporini su uglavnom raznoliki u biljnom kraljevstvu. U tim organizmima posreduju ključni procesi kao što su znojenje, reprodukcija, metabolizam.

Osim toga, oni igraju važnu ulogu kao adaptivni mehanizam u okruženjima čiji uvjeti okoliša nisu optimalni.

Funkcije u mikroorganizmima

Iako su akaporini prisutni u mikroorganizmima, specifična funkcija još nije pronađena.

Uglavnom iz dva razloga: visoki omjer mikroorganizama u površinskom volumenu pretpostavlja brzu osmotsku ravnotežu (nepotrebnost akvaporina), a studije o mikrobiološkim delecijama nisu dale jasan fenotip.

Međutim, spekulira se da akvaporini mogu pružiti određenu zaštitu od sukcesivnih događaja smrzavanja i odmrzavanja, održavajući propusnost vode u membranama na niskim temperaturama..

vrsta

Aquaporinove molekule poznate su u raznim lozama, kako u biljkama i životinjama, tako iu manje složenim organizmima, a one su vrlo slične jedna drugoj - pretpostavljamo da su se one pojavile u ranoj fazi evolucije..

U biljkama je pronađeno oko 50 različitih molekula, dok sisavci imaju samo 13, raspoređenih od raznih tkiva, kao što su epitelno i endotelno tkivo bubrega, pluća, egzokrinih žlijezda i organa povezanih s probavom..

Međutim, akvaporini se također mogu eksprimirati u tkivima koja nemaju očigledan i izravan odnos s transportom tekućina u tijelu, kao što su u astrocitima središnjeg živčanog sustava iu određenim dijelovima oka, kao što su rožnica i cilijarni epitel..

U membrani gljiva nalaze se akvaporini (bakterije) E. colii na membranama organela, kao što su kloroplasti i mitohondriji.

Medicinske patologije povezane s akvaporinima

U bolesnika koji imaju neki defekt u nizu akvaporina 2 koji se nalazi u stanicama bubrega, oni moraju uzeti više od 20 litara vode da bi se održali hidratizirani. U tim medicinskim slučajevima nema odgovarajuće koncentracije urina.

Suprotan slučaj također rezultira zanimljivim kliničkim slučajem: proizvodnja viška akvaporina 2 dovodi do prekomjernog zadržavanja tekućine u pacijentu.

Tijekom razdoblja trudnoće dolazi do povećanja sinteze akvaporina. Ova činjenica objašnjava zadržavanje tekućine uobičajeno kod budućih majki. Slično tome, odsustvo akvaporina 2 povezano je s pojavom određene vrste dijabetesa.

reference

  1. Brown, D. (2017.). Otkriće vodenih kanala (Aquaporins). Anali prehrane i metabolizma, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). biologija. Uvodnik Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Stanična i molekularna biologija. Uvodnik Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Identifikacija obitelji gena akvaporina i njihova ekspresija u brdovitom pamuku (Gossypium hirsutum L.). BMC biljna biologija, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., i Meli, R. (2016). Aquaporini u zdravlju i bolesti: Pregled koji se fokusira na crijeva različitih vrsta. Međunarodni časopis za molekularne znanosti, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Život: znanost o biologiji. Uvodnik Panamericana Medical.
  7. Verkman, A.S. (2012). Aquaporini u kliničkoj medicini. Godišnji pregled lijeka, 63, 303-316.
  8. Verkman, A.S., i Mitra, A.K. (2000). Struktura i funkcija vodenih kanala akvaporina. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). aquaporins. Trenutna biologija, 23 (2), R52-5.