Funkcie, štruktúra a typy Aquaporins



Aquaporíny, tiež známe ako vodné kanály, sú molekuly proteínovej povahy, ktoré prechádzajú biologickými membránami. Sú zodpovedné za sprostredkovanie rýchleho a účinného prúdenia vody dovnútra a von z buniek, čo zabraňuje interakcii vody s hydrofóbnymi časťami typickými pre fosfolipidové dvojvrstvy..

Tieto proteíny sa podobajú hlavne a majú veľmi osobitnú molekulovú štruktúru, zloženú hlavne zo špirály. Oni sú široko distribuované v rôznych líniách, vrátane malých mikroorganizmov na zvieratá a rastliny, kde sú bohaté.

index

  • 1 Historická perspektíva
  • 2 Štruktúra
  • 3 Funkcie
    • 3.1 Funkcie zvierat
    • 3.2 Funkcie v rastlinách
    • 3.3 Funkcie v mikroorganizmoch
  • 4 Typy
  • 5 Lekárske patológie spojené s aquaporínmi
  • 6 Referencie

Historická perspektíva

So základnými vedomosťami vo fyziológii a mechanizmoch, ktorými sa rozpustené látky pohybujú cez membrány (aktívne a pasívne), by sme mohli intuitívne predpokladať, že transport vody nepredpokladá žiadny problém, vstup a opustenie bunky jednoduchou difúziou.

Táto myšlienka bola spracovaná mnoho rokov. Niektorí vedci však videli existenciu určitého vodného dopravného kanála, pretože v určitých typoch buniek s vysokou priepustnosťou vody (napríklad obličkami) by difúzia nebola dostatočná na vysvetlenie transportu. vody.

Lekár a výskumník Peter Agre objavil tieto proteínové kanály v roku 1992 pri práci s membránou erytrocytov. Vďaka tomuto objavu vyhral (spolu so svojimi kolegami) Nobelovu cenu v roku 2003. Tento prvý aquaporín bol nazvaný "Aquaporin 1".

štruktúra

Tvar akvaporínu pripomína presýpacie hodiny, s dvoma symetrickými polovicami orientovanými v opačných smeroch. Táto štruktúra prechádza dvojitou lipidovou membránou bunky.

Je potrebné uviesť, že forma aquaporínu je veľmi konkrétna a nepodobá sa žiadnemu inému typu proteínov, ktoré prechádzajú cez membránu.

Aminokyselinové sekvencie sú prevažne polárne. Transmembránové proteíny sa vyznačujú tým, že majú segment bohatý na alfa helikálne segmenty. Avšak, aquaporins nemajú takéto regióny.

Vďaka použitiu súčasných technológií bolo možné podrobne objasniť štruktúru pórov: jedná sa o monoméry od 24 do 30 KDa, ktoré sa skladajú zo šiestich špirálových segmentov s dvoma malými segmentmi, ktoré obklopujú cytoplazmu a sú spojené malým pórom..

Tieto monoméry sú zostavené do skupiny štyroch jednotiek, hoci každá môže pracovať nezávisle. U malých vrtúľ existujú niektoré konzervatívne motívy, vrátane NPA.

V niektorých aquaporínoch nachádzajúcich sa u cicavcov (AQP4) sa vyskytujú vyššie agregácie, ktoré tvoria supramolekulárne kryštálové usporiadania.

Pre transport vody je vnútrajšok proteínu polárny a exteriér je nepolárny, na rozdiel od bežných globulárnych proteínov.

funkcie

Funkciou aquaporínov je sprostredkovanie transportu vody do vnútra bunky v reakcii na osmotický gradient. Nepotrebuje žiadny druh dodatočnej sily alebo čerpania: voda vstupuje a opúšťa bunku osmózou, sprostredkovanou aquaporínom. Niektoré varianty tiež nesú molekuly glycerolu.

Na uskutočnenie tohto transportu a podstatného zvýšenia priepustnosti vody je bunková membrána plná molekúl aquaporínu v ráde hustoty 10 000 štvorcových mikrometrov..

Funkcie u zvierat

Pre organizmy je životne dôležitý transport vody. Zoberme si presný príklad obličiek: denne by mali filtrovať obrovské množstvo vody. Ak sa tento proces nevyskytne správne, následky by boli fatálne.

Okrem koncentrácie moču sa aquaporíny podieľajú na celkovej homeostáze telesných tekutín, mozgových funkciách, sekrécii žliaz, hydratácii kože, fertilite u mužov, videní, sluchu - len na spomenutí niekoľkých procesov biologický.

Pri pokusoch uskutočňovaných na myšiach sa dospelo k záveru, že sa tiež zúčastňujú na migrácii buniek, čo je úloha, ktorá je ďaleko od transportu vody.

Funkcie v rastlinách

Aquaporíny sú väčšinou rozmanité v rastlinnej ríši. V týchto organizmoch sprostredkujú rozhodujúce procesy, ako je potenie, reprodukcia, metabolizmus.

Okrem toho zohrávajú dôležitú úlohu ako adaptačný mechanizmus v prostrediach, kde nie sú optimálne podmienky prostredia.

Funkcie v mikroorganizmoch

Aj keď sú aquaporíny prítomné v mikroorganizmoch, špecifická funkcia sa ešte nenašla.

Hlavne z dvoch dôvodov: vysoký pomer povrchového objemu mikróbov predpokladá rýchlu osmotickú rovnováhu (čo robí nepotrebné aquaporíny) a štúdie mikrobiálnych delécií nepriniesli jasný fenotyp.

Predpokladá sa však, že aquaporíny môžu ponúknuť určitú ochranu pred následnými udalosťami zmrazovania a rozmrazovania, pri zachovaní priepustnosti vody v membránach pri nízkych teplotách..

typ

Molekuly Aquaporinu sú známe v rôznych líniách, a to tak v rastlinách, ako aj v živých organizmoch av menej zložitých organizmoch..

V rastlinách sa zistilo, že asi 50 rôznych molekúl, zatiaľ čo cicavce majú len 13, distribuovaných rôznymi tkanivami, ako je epiteliálne a endotelové tkanivo obličiek, pľúc, exokrinných žliaz a orgánov súvisiacich s trávením..

Avšak, aquaporíny môžu byť tiež exprimované v tkanivách, ktoré nemajú zrejmý a priamy vzťah s transportom tekutín v tele, ako napríklad v astrocytoch centrálneho nervového systému a v určitých oblastiach oka, ako je rohovka a epitel ciliárny..

V hubovej membráne baktérií (ako E. coli) a v membránach organel, ako sú chloroplasty a mitochondrie.

Lekárske patológie spojené s aquaporínmi

U pacientov, ktorí majú určitú poruchu v sekvencii aquaporínu 2 prítomného v bunkách obličiek, musia užívať viac ako 20 litrov vody, aby sa udržali hydratovaní. V týchto lekárskych prípadoch nie je adekvátna koncentrácia moču.

Opačný prípad vedie aj k zaujímavému klinickému prípadu: produkcia nadbytku aquaporínu 2 vedie k nadmernej retencii tekutín v pacientovi.

Počas obdobia tehotenstva sa zvyšuje syntéza aquaporínov. Táto skutočnosť vysvetľuje zadržiavanie tekutín u budúcich matiek. Podobne neprítomnosť aquaporínu 2 súvisí s výskytom určitého typu diabetu.

referencie

  1. Brown, D. (2017). Objav vodných kanálov (Aquaporins). Výroky výživy a metabolizmu, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). biológie. Editorial Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Bunková a molekulárna biológia. Editorial Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Identifikácia rodiny génov aquaporínu a ich expresia v horskej bavlne (\ tGossypium hirsutum L.). BMC rastlinná biológia, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporíny v zdraví a chorobe: Prehľad zameraný na črevá rôznych druhov. Medzinárodný časopis molekulárnych vied, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Život: Veda o biológii. Editorial Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins v klinickej medicíne. Ročné hodnotenie medicíny, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., & Mitra, A. K. (2000). Štruktúra a funkcia vodných vodných kanálov. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporíny. Súčasná biológia, 23 (2), R52-5.