Aquaporins funksjoner, struktur og typer

De akvaporiner, Også kjent som vannkanaler, de er molekyler av protein karakter som krysser biologiske membraner. De er ansvarlige for å formidle den raske og effektive strømmen av vann inn og ut av celler, og hindrer vann i å samhandle med de typiske hydrofobe delene av fosfolipid-dobbeltlagene..

Disse proteinene ligner et fat og har en veldig spesiell molekylær struktur, hovedsakelig sammensatt av helixer. De distribueres mye i forskjellige linjer, inkludert fra små mikroorganismer til dyr og planter, der de er rikelig..

Artikkelindeks

• 1 Historisk perspektiv
• 2 Struktur
• 3 funksjoner
  • 3.1 Funksjoner hos dyr
  • 3.2 Funksjoner i planter
  • 3.3 Funksjoner i mikroorganismer
• 4 typer
• 5 Medisinske patologier assosiert med akvaporiner
• 6 Referanser

Historisk perspektiv

Med en grunnleggende kunnskap i fysiologi og i mekanismene som løste stoffer beveger seg gjennom membraner (aktive og passive), kunne vi gjette at vanntransport ikke utgjør noe problem, å komme inn i og forlate cellen ved enkel diffusjon.

Denne ideen har eksistert i mange år. Noen forskere oppdaget imidlertid eksistensen av en vanntransportkanal, siden diffusjon ikke ville være en tilstrekkelig mekanisme for å forklare transport av vann i visse celletyper med høy permeabilitet for vann (for eksempel nyrene, for eksempel)..

Legen og forskeren Peter Agre oppdaget disse proteinkanalene i 1992, mens de arbeidet med membran av erytrocytter. Takket være denne oppdagelsen vant han (sammen med kollegene) Nobelprisen i 2003. Denne første akvaporinen fikk navnet "aquaporin 1".

Struktur

Formen på aquaporin minner om et timeglass med to symmetriske halvdeler orientert mot hverandre. Denne strukturen krysser den doble lipidmembranen i cellen.

Det er verdt å nevne at formen til aquaporin er veldig spesiell og ikke ligner noen annen type membranomspennende proteiner..

Aminosyresekvensene er overveiende polare. Transmembrane proteiner er preget av å ha et segment rikt på alfa-spiralformede segmenter. Imidlertid mangler akvaporiner slike regioner..

Takket være bruken av dagens teknologi er porinens struktur blitt belyst i detalj: de er monomerer fra 24 til 30 KDa som består av seks spiralformede segmenter med to små segmenter som omgir cytoplasmaet og er forbundet med en liten pore..

Disse monomerene er samlet i en gruppe på fire enheter, selv om hver og en kan fungere uavhengig. I små propeller er det noen konserverte motiver, inkludert NPA.

I noen akvaporiner som finnes hos pattedyr (AQP4), oppstår høyere aggregasjoner som danner supramolequal krystallarrangementer.

For å transportere vann er innsiden av proteinet polær og utsiden ikke-polær, i motsetning til vanlige kuleproteiner..

Funksjoner

Aquaporins rolle er å formidle transport av vann inn i cellen som respons på en osmotisk gradient. Det trenger ikke ytterligere kraft eller pumping: vannet kommer inn i og forlater cellen ved osmose, formidlet av aquaporin. Noen varianter bærer også glyserolmolekyler.

For å utføre denne transporten og øke permeabiliteten for vann vesentlig, er cellemembranen full av aquaporinmolekyler, i en densitetsrekkefølge på 10.000 kvadrat mikrometer..

Funksjoner hos dyr

Vanntransport er viktig for organismer. Ta det spesifikke eksemplet på nyrene: de må filtrere store mengder vann hver dag. Hvis denne prosessen ikke skjer riktig, vil konsekvensene være fatale.

I tillegg til urinkonsentrasjon er akvaporiner involvert i generell kroppsvæskehomeostase, hjernefunksjon, kjertelsekresjon, hudhydrering, fertilitet hos menn, syn, hørsel - for bare å nevne noen biologiske prosesser..

I eksperimenter utført på mus ble det konkludert med at de også deltar i cellevandring, en rolle som er langt borte fra vanntransport.

Funksjoner i planter

Aquaporins er stort sett forskjellige i planteriket. Avgjørende prosesser som svette, reproduksjon, metabolisme formidler i disse organismer.

I tillegg spiller de en viktig rolle som en adaptiv mekanisme i miljøer der miljøforholdene ikke er optimale..

Funksjoner i mikroorganismer

Selv om aquaporiner er til stede i mikroorganismer, har en spesifikk funksjon ennå ikke blitt funnet.

Hovedsakelig av to grunner: det høye forholdet mellom overflater og volum av mikrober forutsetter en rask osmotisk likevekt (noe som gjør aquaporiner unødvendige) og studier av sletting i mikrober har ikke gitt en klar fenotype.

Imidlertid er det spekulert i at aquaporiner kan tilby en viss beskyttelse mot påfølgende fryse- og tinehendelser, og opprettholde permeabiliteten til vann i membranene ved lave temperaturer..

Typer

Aquaporin-molekyler er kjent fra forskjellige slekter, både i planter og dyr så vel som i mindre komplekse organismer, og disse ligner på hverandre - vi antar da at de dukket opp tidlig i evolusjonen.

I planter har det blitt funnet omtrent 50 forskjellige molekyler, mens pattedyr bare har 13, fordelt i forskjellige vev, slik som epitel- og endotelvevet i nyrene, lunge, eksokrine kjertler og organer knyttet til fordøyelsen..

Imidlertid kan akvaporiner også uttrykkes i vev som ikke har et åpenbart og direkte forhold til væsketransport i kroppen, for eksempel i astrocytter i sentralnervesystemet og i visse øyegrupper, som hornhinne og ciliaryepitel..

Det er akvaporiner til og med i membranen til sopp, bakterier (som f.eks E coli) og i organellmembraner, slik som kloroplaster og mitokondrier.

Medisinske patologier assosiert med akvaporiner

Hos pasienter som har en mangel i sekvensen av aquaporin 2 i nyreceller, må de drikke mer enn 20 liter vann for å holde seg hydrert. I disse medisinske tilfellene er det ingen tilstrekkelig urinkonsentrasjon..

Det motsatte tilfellet resulterer også i et interessant klinisk tilfelle: produksjon av aquaporin 2 i overkant fører til oppbevaring av overdreven væske hos pasienten.

Under graviditet er det en økning i syntesen av akvaporiner. Dette faktum forklarer den vanlige væskeretensjonen hos forventede mødre. Tilsvarende har fraværet av aquaporin 2 vært knyttet til utseendet til en bestemt type diabetes.

Referanser

1. Brown, D. (2017). Oppdagelsen av vannkanaler (Aquaporins). Annaler om ernæring og metabolisme, 70(Suppl. 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). biologi. Panamerican Medical Editorial.
3. Lodish, H. (2005). Cellular and molecular biology. Panamerican Medical Editorial.
4. Park, W., Scheffler, B. E., Bauer, P. J., og Campbell, B. T. (2010). Identifikasjon av familien av aquaporin-gener og deres uttrykk i bomull i høylandet (Gossypium hirsutum L.). BMC plantebiologi, 10(1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporins i helse og sykdom: En oversikt med fokus på tarmen til forskjellige arter. Internasjonal journal for molekylærvitenskap, 17(8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Life: The Science of Biology. Panamerican Medical Editorial.
7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins i klinisk medisin. Årlig gjennomgang av medisin, 63, 303-316.
8. Verkman, A. S., & Mitra, A. K. (2000). Struktur og funksjon av aquaporin vannkanaler. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporins. Nåværende biologi, 23 (2), R52-5.