AKVAPORINER: FUNKTIONER, STRUKTUR OG TYPER - BIOLOGI - 2025

De aquaporinerne, også kendt som vandkanaler er proteinholdige molekyler, der går gennem biologiske membraner. De er ansvarlige for at formidle den hurtige og effektive strøm af vand ind og ud af celler og forhindre, at vand interagerer med de typiske hydrofobe dele af phospholipid-dobbeltlagene.

Disse proteiner ligner en tønde og har en meget særlig molekylstruktur, der hovedsageligt består af helixer. De er vidt distribueret i forskellige linjer, herunder fra små mikroorganismer til dyr og planter, hvor de er rigelige.

Kilde: Af María Quezada Aranda fra Wikimedia Commons

Historisk perspektiv

Med en grundlæggende viden om fysiologi og mekanismerne, som opløste stoffer bevæger sig gennem membraner (aktive og passive), kunne vi gætte, at vandtransport ikke udgør noget problem ved at komme ind og forlade cellen ved simpel diffusion.

Denne idé har eksisteret i mange år. Nogle forskere opdagede imidlertid eksistensen af ​​en eller anden vandtransportkanal, da diffusion ikke ville være en tilstrækkelig mekanisme til at forklare transport i visse celletyper med store permeabiliteter for vand (som f.eks. Nyrerne). af vand.

Lægen og forskeren Peter Agre opdagede disse proteinkanaler i 1992, mens han arbejdede med erytrocyttes membran. Takket være denne opdagelse vandt han (sammen med sine kolleger) Nobelprisen i 2003. Denne første aquaporin blev kaldt "aquaporin 1".

Struktur

Formen på akvaporinet minder om et timeglas med to symmetriske halvdele orienteret overfor hinanden. Denne struktur krydser den dobbelte lipidmembran i cellen.

Det skal nævnes, at formen af ​​aquaporin er meget speciel og ikke ligner nogen anden type membranspændende proteiner.

Aminosyresekvenserne er overvejende polære. Transmembranproteiner er kendetegnet ved at have et segment, der er rig på alfa-heliske segmenter. Akvaporiner mangler imidlertid sådanne regioner.

Takket være brugen af ​​nuværende teknologier er strukturen af ​​porin blevet belyst detaljeret: De er monomerer fra 24 til 30 KDa, der består af seks spiralformede segmenter med to små segmenter, der omgiver cytoplasmaen og er forbundet med en lille pore.

Disse monomerer er samlet i en gruppe på fire enheder, skønt hver enkelt kan fungere uafhængigt. I små helixer er der nogle bevarede motiver, herunder NPA.

I nogle akvaporiner, der findes i pattedyr (AQP4), forekommer højere aggregeringer, der danner supramolequal krystalarrangementer.

For at transportere vand er det indre af proteinet polært, og det ydre er ikke-polært i modsætning til almindelige kugleproteiner.

Kilde: Af Ingen maskinlæsbar forfatter leveret. DanielMCR antog (baseret på ophavsretskrav)., via Wikimedia Commons

Funktioner

Aquaporins rolle er at mediere transport af vand ind i cellen som respons på en osmotisk gradient. Det har ikke brug for nogen yderligere kraft eller pumpning: vandet kommer ind og forlader cellen ved osmose, formidlet af aquaporin. Nogle varianter bærer også glycerolmolekyler.

For at udføre denne transport og for at øge permeabiliteten for vand i det væsentlige er cellemembranen pakket med aquaporinmolekyler i en tæthedsrækkefølge på 10.000 kvadratmeter.

Funktioner i dyr

Vandtransport er afgørende for organismer. Lad os tage det specifikke eksempel på nyrerne: De skal filtrere enorme mængder vand hver dag. Hvis denne proces ikke forekommer korrekt, ville konsekvenserne være fatale.

Ud over urinkoncentration er aquaporiner involveret i generel kropsvæskehomeostase, hjernefunktion, kirtelsekretion, hudhydrering, mandlig fertilitet, syn, hørelse - bare for at nævne nogle få processer biologisk.

I eksperimenter udført i mus blev det konkluderet, at de også deltager i cellevandring, en rolle, der er langt væk fra vandtransport.

Funktioner i planter

Akvaporiner er for det meste forskellige i planteriget. Afgørende processer såsom sved, reproduktion, stofskifte formidler i disse organismer.

Derudover spiller de en vigtig rolle som en adaptiv mekanisme i miljøer, hvis miljøforhold ikke er optimale.

Funktioner i mikroorganismer

Selvom aquaporiner er til stede i mikroorganismer, er en specifik funktion endnu ikke fundet.

Hovedsageligt af to grunde: det høje overflade-til-volumen-forhold mellem mikrober antager en hurtig osmotisk ligevægt (hvilket gør aquaporiner unødvendigt), og undersøgelser af deletioner i mikrober har ikke givet en klar fænotype.

Det spekuleres imidlertid i, at akvaporiner kan tilbyde en vis beskyttelse mod successive fryse- og optøningsbegivenheder, hvilket opretholder permeabiliteten af ​​vand i membranerne ved lave temperaturer.

typer

Aquaporinmolekyler er kendt fra forskellige linjer, både i planter og dyr og i mindre komplekse organismer, og disse ligner hinanden tæt - vi antager så, at de optrådte tidligt i evolutionen.

Cirka 50 forskellige molekyler er fundet i planter, mens pattedyr kun har 13, fordelt over forskellige væv, såsom epitel- og endotelvævet i nyrerne, lungen, de eksokrine kirtler og organer relateret til fordøjelsen.

Aquaporiner kan imidlertid også udtrykkes i væv, der ikke har et åbenlyst og direkte forhold til væsketransport i kroppen, såsom i astrocytter i centralnervesystemet og i visse områder af øjet, såsom hornhinden og ciliærepitel.

Der er selv akvaporiner i membranerne fra svampe, bakterier (såsom E. coli) og i organellemembraner, såsom kloroplaster og mitokondrier.

Medicinske patologier forbundet med akvaporiner

Hos patienter, der har en defekt i sekvensen af ​​aquaporin 2, der er til stede i nyreceller, skal de drikke mere end 20 liter vand for at forblive hydreret. I disse medicinske tilfælde er der ingen passende urinkoncentration.

Det modsatte tilfælde resulterer også i et interessant klinisk tilfælde: produktion af overskydende aquaporin 2 fører til tilbageholdelse af overdreven væske i patienten.

Under graviditet er der en stigning i syntesen af ​​akvaporiner. Denne kendsgerning forklarer den almindelige væskeretention hos forventede mødre. Tilsvarende er fraværet af aquaporin 2 blevet knyttet til udviklingen af ​​en bestemt type diabetes.

Referencer

1. Brown, D. (2017). Opdagelsen af ​​vandkanaler (Aquaporins). Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (Suppl. 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologi. Redaktionel Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Redaktionel Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Identifikation af familien af ​​aquaporingener og deres ekspression i oplandsk bomuld (Gossypium hirsutum L.). BMC plantebiologi, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Akvaporiner i sundhed og sygdom: En oversigt med fokus på tarmen fra forskellige arter. International tidsskrift for molekylære videnskaber, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Liv: Videnskaben om biologi. Redaktionel Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Akvaporiner i klinisk medicin. Årlig gennemgang af medicin, 63, 303-316.
8. Verkman, AS, & Mitra, AK (2000). Struktur og funktion af akvaporinvandskanaler. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Aquaporiner. Aktuel biologi, 23 (2), R52-5.