Aquaporins funkcijos, struktūra ir tipai



The aquaporins, taip pat žinomas kaip vandens kanalai, yra baltymų pobūdžio molekulės, kertančios biologines membranas. Jie yra atsakingi už greitą ir efektyvų vandens srautą į ląsteles ir iš jų, užkertant kelią vandens sąveikai su hidrofobinėmis porcijomis, kurios būdingos fosfolipidams..

Šie baltymai panašūs į barelį ir turi ypatingą molekulinę struktūrą, kurią sudaro daugiausia sraigtai. Jie yra plačiai paplitę skirtingose ​​linijose, įskaitant mažus mikroorganizmus, gyvūnams ir augalams, kur jie yra gausūs.

Indeksas

  • 1 Istorinė perspektyva
  • 2 Struktūra
  • 3 Funkcijos
    • 3.1 Gyvūnų funkcijos
    • 3.2. Augalų funkcijos
    • 3.3 Mikroorganizmų funkcijos
  • 4 tipai
  • 5 Medicininės patologijos, susijusios su akvaporinais
  • 6 Nuorodos

Istorinė perspektyva

Su pagrindinėmis fiziologijos žiniomis ir mechanizmais, kuriais tirpikliai juda per membranas (aktyvus ir pasyvus), galėtume intuicuoti, kad vandens transportavimas nereiškia jokios problemos, įeina į langelį ir išeina iš jo paprastu difuzijos būdu..

Ši idėja buvo tvarkoma daugelį metų. Tačiau kai kurie mokslininkai pastebėjo, kad egzistuoja tam tikras vandens transportavimo kanalas, nes tam tikruose didelės vandens pralaidumo ląstelių tipuose (pvz., Inkstuose) difuzijos nepakaks, kad būtų galima paaiškinti transportavimą. vandens.

1992 m. Gydytojas ir tyrėjas Peteris Agre atrado šiuos baltymų kanalus, dirbdamas su eritrocitų membrana. Šio atradimo dėka, jis laimėjo (kartu su savo kolegomis) Nobelio premiją 2003 metais. Šis pirmasis aquaporin buvo vadinamas „Aquaporin 1“.

Struktūra

Akvarino forma primena smėlio laikrodį, su dviem simetriškomis pusėmis, nukreiptomis priešinga kryptimi. Ši struktūra kerta ląstelės dvigubą lipidą.

Būtina paminėti, kad akvaporino forma yra labai ypatinga ir nėra panaši į kitus baltymus, kurie kerta membraną.

Aminorūgščių sekos yra daugiausia polinės. Transmembraniniai baltymai pasižymi tuo, kad turi segmentą, turintį daug alfa-spiralinių segmentų. Vis dėlto trūksta tokių regionų.

Naudojant dabartines technologijas, buvo galima išsamiai išaiškinti porino struktūrą: jie yra monomerai nuo 24 iki 30 KDa, susidedantys iš šešių sraigtinių segmentų su dviem mažais segmentais, kurie supa citoplazmą ir yra sujungti mažu poru.

Šie monomerai surenkami į keturių vienetų grupę, nors kiekvienas gali veikti nepriklausomai. Mažuose sraigtuose yra keletas konservuotų motyvų, įskaitant NPA.

Kai kuriuose žinduolių (AQP4) vandenyse randama didesnė agregacija, kuri sudaro supramolekulinį kristalų išdėstymą.

Siekiant transportuoti vandenį, baltymo interjeras yra polinis, o išorė - apolinė, priešingai nei įprasti baltieji baltymai.

Funkcijos

Vandens patekimo į akies vidų funkcija yra reaguoti į osmosinį gradientą. Jam nereikia jokios papildomos jėgos ar siurbimo: vanduo patenka į ląstelę ir išeina iš jos osmoso, tarpininkaujant akvaporinui. Kai kurie variantai taip pat turi glicerolio molekulių.

Norėdami atlikti šį transportavimą ir gerokai padidinti vandens pralaidumą, ląstelių membrana yra pripildyta akvaporino molekulėmis, kurių tankis yra 10 000 kvadratinių mikrometrų..

Gyvūnų funkcijos

Vandens transportavimas yra gyvybiškai svarbus organizmams. Paimkime tikslią inkstų pavyzdį: jie turėtų filtruoti milžiniškus vandens kiekius kasdien. Jei šis procesas nebus tinkamai įvykdytas, pasekmės būtų mirtinos.

Be šlapimo koncentracijos, akvaporinai dalyvauja bendroje kūno skysčių, smegenų funkcijos, liaukų sekrecijos, odos hidratacijos, patinų vaisingumo, regėjimo, klausos homeostazėje. biologinis.

Bandymuose, atliktuose su pelėmis, padaryta išvada, kad jie taip pat dalyvauja ląstelių migracijoje, o tai yra toli nuo vandens transportavimo.

Funkcijos augaluose

Augalų karalystėje akvaporinai dažniausiai yra įvairūs. Šiuose organizmuose tarpininkauja esminiai procesai, pvz., Prakaitavimas, dauginimas, metabolizmas.

Be to, jie atlieka svarbų prisitaikymo mechanizmą aplinkose, kurių aplinkos sąlygos nėra optimalios.

Mikroorganizmų funkcijos

Nors mikroorganizmuose yra akvaporinų, specifinė funkcija dar nerasta.

Daugiausia dėl dviejų priežasčių: aukštas mikrobų paviršiaus tūris sąlygoja greitą osmotinę pusiausvyrą (dėl to nereikalingi akvaporinai), o mikrobiologinių ištyrimų tyrimai nepadarė aiškaus fenotipo.

Tačiau spėjama, kad akvakultai gali suteikti tam tikrą apsaugą nuo vėlesnių užšalimo ir atšildymo įvykių, išlaikant vandens pralaidumą žemose temperatūrose..

Tipai

Aquaporin molekulės yra žinomos įvairiose linijose, tiek augaluose ir gyvūnuose, tiek mažiau sudėtinguose organizmuose, ir tai yra labai panašūs vienas į kitą - mes manome, kad jie atsirado ankstyvoje evoliucijoje.

Augaluose aptikta apie 50 skirtingų molekulių, o žinduoliai - tik 13, kuriuos platina įvairūs audiniai, pvz., Inkstų, plaučių, eksokrininių liaukų ir organų, susijusių su virškinimu, epitelio ir endotelio audiniai..

Tačiau akvaporinai taip pat gali būti išreikšti audiniuose, kurie neturi akivaizdaus ir tiesioginio ryšio su skysčių transportavimu organizme, pavyzdžiui, centrinės nervų sistemos astrocituose ir tam tikruose akies regionuose, tokiuose kaip ragena ir ciliarinis epitelis..

Bakterijų grybelinėje membranoje yra vandens garų (kaip E. coli) ir organelių, pvz., chloroplastų ir mitochondrijų, membranose.

Medicinos patologijos, susijusios su akvaporinais

Pacientams, turintiems inkstų ląstelėse esančio akvaporino 2 sekos defektą, jie turi užtrukti daugiau kaip 20 litrų vandens, kad jie būtų hidratuoti. Šiais medicininiais atvejais šlapimo koncentracija nėra pakankama.

Priešingas atvejis taip pat sukelia įdomų klinikinį atvejį: perteklius 2-ą vandenį sukelia pernelyg didelis skysčių susilaikymas paciente.

Nėštumo laikotarpiu padidėja akvaporinų sintezė. Šis faktas paaiškina skysčių susilaikymą, kuris būdingas būsimoms motinoms. Panašiai akvarino 2 nebuvimas buvo susijęs su tam tikro tipo diabetu.

Nuorodos

  1. Brown, D. (2017). Vandens kanalų atradimas (Aquaporins). Mitybos ir medžiagų apykaitos Annals, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). Biologija. Redakcija Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Ląstelinė ir molekulinė biologija. Redakcija Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Akvaporino genų šeimos identifikavimas ir jų išraiška kalnuotoje medvilnėje (Gossypium hirsutum L.). BMC augalų biologija, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., ir Meli, R. (2016). Sveikatos ir ligų gydymas Aquaporins: apžvelgiama įvairių rūšių žarnyne. Tarptautinis molekulinių mokslų žurnalas, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Gyvenimas: biologijos mokslas. Redakcija Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins klinikinėje medicinoje. Metinė medicinos apžvalga, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., ir Mitra, A. K. (2000). Vandens akvatorijos kanalų struktūra ir funkcijos. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporins. Dabartinė biologija, 23 (2), R52-5.