Az Aquaporins funkciói, szerkezete és típusai



az aquaporinok, vízcsatornákként is ismertek, olyan fehérjeszintű molekulák, amelyek áthaladnak a biológiai membránokon. Felelősek a sejtek gyors és hatékony áramlásának közvetítéséért, megakadályozva a víz kölcsönhatását a foszfolipid kettősrétegekre jellemző hidrofób részekkel..

Ezek a fehérjék hasonlítanak egy hordóhoz, és nagyon specifikus molekulaszerkezettel rendelkeznek, amelyek főként hélixekből állnak. Ezek széles körben elterjedtek a különböző vonalakban, beleértve a kis mikroorganizmusoktól az állatokhoz és a növényekhez is, ahol bőségesek.

index

  • 1 Történelmi szempont
  • 2 Szerkezet
  • 3 Funkciók
    • 3.1 Állatok funkciói
    • 3.2 A növények funkciói
    • 3.3 A mikroorganizmusok funkciói
  • 4 Típusok
  • 5 Aquaporinokkal kapcsolatos orvosi kórképek
  • 6 Referenciák

Történelmi szempont

A fiziológiában és a membránokon (aktív és passzív) átjutó mechanizmusok alapismeretei alapján intuitívak lehetünk abban, hogy a víz szállítása nem feltételez semmilyen problémát, nem lép be és hagyja el a sejtet egyszerű diffúzióval.

Ezt az ötletet sok éven át kezelték. Néhány kutató azonban látta, hogy létezik néhány vízi szállítási csatorna, mivel bizonyos, magas vízáteresztő képességű sejttípusokban (például a vese) a diffúzió nem elegendő ahhoz, hogy megmagyarázza a szállítást. vízzel.

Peter Agre orvos és kutató 1992-ben felfedezte ezeket a fehérje csatornákat, miközben dolgozik az eritrociták membránjával. Ennek a felfedezésnek köszönhetően 2003-ban megnyerte (a kollégáival együtt) a Nobel-díjat. Ezt az első aquaporint „Aquaporin 1” -nek hívták..

struktúra

Az aquaporin alakja homokóra hasonlít, két szimmetrikus felével ellentétes irányban. Ez a szerkezet áthalad a sejt kettős lipidmembránján.

Meg kell említeni, hogy az aquaporin forma nagyon különleges, és nem hasonlít más típusú fehérjékre, amelyek áthaladnak a membránon..

Az aminosavszekvenciák túlnyomórészt polárisak. A transzmembrán fehérjéket az alfa-spirális szegmensekben gazdag szegmens jellemzi. Azonban az aquaporinok nem rendelkeznek ilyen régiókkal.

A jelenlegi technológiák alkalmazásának köszönhetően részletesen meg lehetett magyarázni a porin szerkezetét: ezek a 24-30 KDa monomerek, amelyek hat spirális szegmensből állnak, és a kis citoplazmat körülvevő, kis pórusokkal rendelkező szegmensekből áll..

Ezeket a monomereket négy egységből álló csoportba szerelik össze, bár mindegyik önállóan működik. A kis propellerekben vannak konzervált motívumok, beleértve az NPA-t is.

Egyes emlősökben (AQP4) található akvaporinokban magasabb aggregációk keletkeznek, amelyek szupramolekuláris kristályszerkezeteket képeznek.

A víz szállítása érdekében a fehérje belseje poláris, a külső pedig apoláris, ellentétben a közös globuláris fehérjékkel.

funkciók

Az akvaporinok feladata, hogy az ozmotikus gradiensre válaszul közvetítsék a víz belsejébe történő szállítását. Nem igényel semmiféle kiegészítő erőt vagy szivattyúzást: a víz belép a sejtbe és elhagyja a sejtet ozmózissal, amelyet az aquaporin közvetít. Néhány változat glicerin molekulákat is hordoz.

Ennek a szállításnak a végrehajtásához és a vízáteresztő képesség jelentős növeléséhez a sejtmembrán 10 000 négyzetméteres sűrűségű akvaporinmolekulákkal van ellátva..

Állatok funkciói

A víz szállítása létfontosságú a szervezetek számára. Vegyük a vesék pontos példáját: naponta nagy mennyiségű vizet kell szűrniük. Ha ez a folyamat nem fordul elő megfelelően, a következmények végzetesek lennének.

A vizelet koncentrációja mellett az aquaporinok részt vesznek a testfolyadékok általános homeosztázisában, az agyi működésben, a mirigy szekrécióban, a bőr hidratálásában, a férfiak termékenységében, a látásban, a hallásban - csak néhány folyamat említése. biológiai.

Az egereken végzett kísérletekben arra a következtetésre jutottak, hogy részt vesznek a sejtmigrációban is, ami a vízszállítástól messze távol van.

A növények funkciói

Az Aquaporins többnyire változatos a növényi királyságban. Ezekben a szervezetekben közvetítenek olyan fontos folyamatokat, mint az izzadás, a szaporodás, az anyagcsere.

Emellett fontos szerepet játszanak adaptív mechanizmusként olyan környezetben, ahol a környezeti feltételek nem optimálisak.

Funkciók a mikroorganizmusokban

Bár a mikroorganizmusokban az akvaporinok jelen vannak, egy speciális funkciót még nem találtak meg.

Főként két okból: a mikrobák magas felszíni térfogataránya azt feltételezi, hogy gyors ozmotikus egyensúly van (az akvaporinok feleslegessé válnak), és a mikrobiális deléciókkal kapcsolatos vizsgálatok nem adtak egyértelmű fenotípust.

Feltételezhető azonban, hogy az aquaporinok védelmet nyújtanak az egymást követő fagyasztási és felolvasztási események ellen, fenntartva a víz permeabilitását alacsony hőmérsékleten..

típus

Az Aquaporin-molekulák különböző vonalakban ismertek, mind a növényekben, mind az állatokban, valamint a kevésbé összetett szervezetekben, és ezek szorosan hasonlítanak egymásra - akkor feltételezzük, hogy az evolúció korai szakaszában megjelentek.

A növényekben mintegy 50 különböző molekulát találtak, míg az emlősöknek csak 13-at osztottak el különböző szövetek, például a vese, a tüdő, az exokrin mirigyek és az emésztéssel kapcsolatos szervek epithelialis és endoteliális szövetében..

Azonban az akvaporinok olyan szövetekben is kifejezhetők, amelyeknek nincs nyilvánvaló és közvetlen kapcsolatuk a testben lévő folyadékok szállítására, például a központi idegrendszer asztrocitáiban és a szem bizonyos területein, mint például a szaruhártya és a ciliáris epitélium..

A baktériumok gombás membránjában (pl E. coli) és a organellák membránjaiban, például kloroplasztokban és mitokondriumokban.

Az akvaporinokkal kapcsolatos orvosi kórképek

Azoknál a betegeknél, akiknek a vese sejtjeiben jelenlévő akvaporin 2 szekvenciájában valamilyen hibája van, több mint 20 liter vizet kell tartaniuk, hogy megtartsák a hidratálódást. Ezekben az orvosi esetekben nincs megfelelő vizeletkoncentráció.

Az ellenkező eset egy érdekes klinikai esetet is eredményez: a túlzott akvaporin 2 előállítása túlzott folyadékretenciót eredményez a betegben.

A terhesség időszakaiban az akvaporinok szintézise nő. Ez a tény megmagyarázza a folyadék visszatartást, amely a jövő anyákban gyakori. Hasonlóképpen, az akvaporin 2 hiánya egy bizonyos típusú cukorbetegség megjelenéséhez kapcsolódik.

referenciák

  1. Brown, D. (2017). A vízcsatornák felfedezése (Aquaporins). Annals of Nutrition és Metabolism, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N. és Reece, J. B. (2005). biológia. Szerkesztői Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Celluláris és molekuláris biológia. Szerkesztői Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B. E., Bauer, P. J., és Campbell, B.T. (2010). Az akvaporin gének családjának azonosítása és azok kifejezése hegyvidéki gyapotban (Gossypium hirsutum L.). BMC növényi biológia, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N. és Meli, R. (2016). Aquaporins az egészségben és a betegségben: áttekintés, amely a különböző fajok bélrendszerére összpontosít. Nemzetközi molekuláris tudományok, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Élet: A biológia tudománya. Szerkesztői Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins a klinikai orvoslásban. A gyógyszer éves felülvizsgálata, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S. és Mitra, A. K. (2000). Az aquaporin vízcsatornák felépítése és működése. American Journal of Physiology-renális fiziológia, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). aquaporinok. Jelenlegi biológia, 23 (2), R52-5.