Funkcije, struktura in tipi Aquaporina



The akvaporini, znane tudi kot vodni kanali, so molekule beljakovinske narave, ki prečkajo biološke membrane. Odgovorni so za posredovanje hitrega in učinkovitega pretoka vode v in iz celic, kar preprečuje interakcijo vode z hidrofobnimi deli, značilnimi za fosfolipidne dvosloje..

Te beljakovine so podobne sodu in imajo zelo posebno molekularno strukturo, sestavljeno večinoma iz spiral. Široko so razširjeni v različnih linijah, od majhnih mikroorganizmov do živali in rastlin, kjer je veliko.

Indeks

  • 1 Zgodovinska perspektiva
  • 2 Struktura
  • 3 Funkcije
    • 3.1 Funkcije pri živalih
    • 3.2 Funkcije v rastlinah
    • 3.3 Funkcije pri mikroorganizmih
  • 4 Vrste
  • 5 Medicinske patologije, povezane z akvaporini
  • 6 Reference

Zgodovinska perspektiva

Z osnovnim znanjem iz fiziologije in mehanizmi, po katerih se soluti premikajo skozi membrane (aktivne in pasivne), lahko intuitivno rečemo, da transport vode ne predpostavlja nobenih težav, vstop in izstop iz celice s preprosto difuzijo..

Ta ideja je bila obravnavana že več let. Vendar pa so nekateri raziskovalci opazili obstoj nekaterih vodnih transportnih kanalov, saj v nekaterih vrstah celic z visoko vodno prepustnostjo (npr. Ledvice) difuzija ne bi zadostovala, da bi pojasnili transport. vode.

Zdravnik in raziskovalec Peter Agre sta odkrila te proteinske kanale leta 1992, medtem ko je delala z membrano eritrocitov. Zahvaljujoč temu odkritju je leta 2003 (skupaj s kolegi) dobil Nobelovo nagrado leta 2003. Ta prvi akvaporin se je imenoval "Aquaporin 1"..

Struktura

Oblika akvaporina je podobna peščeni uri, pri čemer sta dve simetrični polovici usmerjeni v nasprotni smeri. Ta struktura prečka dvojno lipidno membrano celice.

Treba je omeniti, da je oblika akvaporina zelo posebna in ne spominja na nobeno drugo vrsto beljakovin, ki prečkajo membrano.

Aminokislinska zaporedja so pretežno polarna. Za transmembranske proteine ​​je značilen segment, ki je bogat z alfa-spiralnimi segmenti. Vendar pa akvaporini primanjkuje takih regij.

Zaradi uporabe sodobnih tehnologij je možno podrobneje razjasniti strukturo porina: to so monomeri od 24 do 30 KDa, ki so sestavljeni iz šestih spiralnih segmentov z dvema majhnima segmentoma, ki obkrožata citoplazmo in sta povezani z majhnimi porami..

Ti monomeri so sestavljeni v skupino štirih enot, čeprav lahko vsaka deluje neodvisno. V majhnih propelerjih obstajajo ohranjeni motivi, vključno z NPA.

Pri nekaterih akvaporinih, ki jih najdemo v sesalcih (AQP4), se pojavijo višje agregacije, ki tvorijo supramolekularne kristalne ureditve.

Za transport vode je notranjost beljakovine polarna, zunanjost pa je nepolarna, v nasprotju s skupnimi kroglastimi beljakovinami.

Funkcije

Funkcija akvaporinov je, da posredujejo transport vode v notranjost celice kot odgovor na osmotski gradient. Ne potrebuje dodatne sile ali črpanja: voda vstopa v celico in jo zapušča z osmozo, ki jo posreduje akvaporin. Nekatere variante nosijo tudi molekule glicerola.

Za izvedbo tega prevoza in bistveno povečanje prepustnosti vode celična membrana ima množico akvaporinskih molekul, velikosti 10.000 kvadratnih mikrometrov..

Funkcije pri živalih

Prevoz vode je bistvenega pomena za organizme. Vzemimo točen primer ledvic: vsak dan naj bi filtrirale ogromne količine vode. Če se ta proces ne izvede pravilno, bi bile posledice usodne.

Poleg koncentracije urina so akvaporini vključeni v splošno homeostazo telesnih tekočin, delovanje možganov, izločanje žleze, vlaženje kože, plodnost pri moških, vid, sluh - da omenim le nekaj postopkov biološko.

V poskusih, izvedenih na miših, je bilo ugotovljeno, da sodelujejo tudi pri migraciji celic, ki je daleč od vodnega prometa.

Funkcije v rastlinah

Aquaporini so večinoma raznovrstni v rastlinskem kraljestvu. V teh organizmih posredujejo ključne procese, kot so potenje, razmnoževanje, presnova.

Poleg tega igrajo pomembno vlogo kot prilagoditveni mehanizem v okoljih, katerih okoljski pogoji niso optimalni.

Funkcije pri mikroorganizmih

Čeprav so akvaporini prisotni v mikroorganizmih, specifične funkcije še niso našli.

Predvsem zaradi dveh razlogov: visoko površinsko prostorninsko razmerje mikrobov predpostavlja hitro osmotsko ravnotežje (kar povzroči nepotrebnost akvaporinov) in študije o mikrobnih delecijah niso dale jasnega fenotipa.

Vendar se špekulira, da lahko akvaporini nudijo določeno zaščito pred zaporednimi zamrzovalnimi in odmrzovalnimi dogodki, pri čemer se ohrani prepustnost vode v membranah pri nizkih temperaturah..

Vrste

Aquaporinove molekule so znane v različnih linijah, tako v rastlinah kot pri živalih in v manj kompleksnih organizmih, ki so med seboj zelo podobne - predpostavljamo, da so se pojavile zgodaj v razvoju.

V rastlinah je bilo odkritih približno 50 različnih molekul, sesalci pa imajo le 13, ki jih razdelijo različna tkiva, kot so epitelno in endotelijsko tkivo ledvic, pljuč, eksokrini in organi, povezani s prebavo..

Vendar pa se lahko akvaporini izražajo tudi v tkivih, ki nimajo očitnega in neposrednega odnosa s transportom tekočin v telesu, kot so astrociti centralnega živčnega sistema in v določenih predelih očesa, kot je roženica in ciliarni epitelij..

V membrani glivic se pojavijo akvaporini (bakterije) E. coli) in v membranah organelov, kot so kloroplasti in mitohondriji.

Medicinske patologije, povezane z akvaporini

Pri bolnikih, ki imajo nekaj pomanjkljivosti v zaporedju akvaporina 2 v celicah ledvic, morajo vzeti več kot 20 litrov vode, da ostanejo hidrirani. V teh medicinskih primerih ni zadostne koncentracije urina.

Nasprotni primer je tudi zanimiv klinični primer: proizvodnja presežnega akvaporina 2 povzroči prekomerno zastajanje tekočine pri bolniku.

V obdobju nosečnosti se povečuje sinteza akvaporinov. To dejstvo razlaga zadrževanje tekočine, ki je pogosta pri prihodnjih materah. Podobno je bila odsotnost akvaporina 2 povezana s pojavom določene vrste diabetesa.

Reference

  1. Brown, D. (2017). Odkritje vodnih kanalov (Aquaporins). Anali prehrane in presnove, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). Biologija. Uvodnik Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Celična in molekularna biologija. Uvodnik Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Identifikacija družine genov akvaporina in njihovo izražanje v gorskem bombažu (Gossypium hirsutum L.). BMC rastlinska biologija, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., in Meli, R. (2016). Aquaporini v zdravju in bolezni: Pregled, ki se osredotoča na črevesje različnih vrst. Mednarodni časopis za molekularne znanosti, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Življenje: znanost o biologiji. Uvodnik Panamericana Medical.
  7. Verkman, A.S. (2012). Aquaporini v klinični medicini. Letni pregled zdravila, 63, 303-316.
  8. Verkman, A.S., in Mitra, A.K. (2000). Struktura in funkcija vodnih kanalov akvaporina. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporini. Trenutna biologija, 23 (2), R52-5.