Aquaporins funksjoner, struktur og typer



den aquaporins, også kjent som vannkanaler, er molekyler av protein natur som krysser de biologiske membranene. De er ansvarlig for formidling av rask og effektiv strømning av vann inn i og ut av cellene, hindrer vann reagerer med typiske hydrofobe deler av fosfolipidbilag.

Disse proteinene ligner en tønne og har en veldig spesiell molekylær struktur, som hovedsakelig består av helikser. De er bredt fordelt i forskjellige linjer, blant annet fra små mikroorganismer til dyr og planter, hvor de er rikelige.

index

  • 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 aquaporins
  • 6 Referanser

Historisk perspektiv

Med en grunnleggende forståelse i fysiologi og mekanismer som beveger oppløste stoffer gjennom membranen (aktiv og passiv), kan vi forstand at vanntransporten ikke er et problem, og ut av cellen ved enkel diffusjon.

Denne ideen ble håndtert i mange år. Men noen forskere skimtes eksistensen av en hvilken som helst kanal vann transport, da det i visse celletyper med høy permeabilitet for vann (for eksempel nyre, for eksempel), er diffusjonen ikke tilstrekkelig nok mekanisme for å forklare transport av vann.

Legen og forsker Peter Agre oppdaget disse proteinkanalene i 1992, mens de jobbet med membranen av erytrocytter. Takket være denne oppdagelsen, vant han (sammen med sine kolleger) Nobelprisen i 2003. Denne første aquaporin ble kalt "Aquaporin 1".

struktur

Formen på aquaporin ligner en timeglass, med to symmetriske halvdeler orientert i motsatt retning. Denne strukturen krysser cellens doble lipidmembran.

Det er nødvendig å nevne at aquaporinformen er veldig spesiell og ligner ikke noen annen type proteiner som krysser membranen.

Aminosyresekvensene er overveiende polare. Transmembranproteiner er karakterisert ved å ha et segment som er rik på alfa-spiralformede segmenter. Imidlertid mangler aquaporiner slike områder.

Takket være ved bruk av dagens teknologi har det vært mulig å klargjøre en detalj i oppbygningen av porin: monomerer er 24 til 30 kDa som består av seks skrue segmentes to små segmenter som omgir cytoplasmaet og er forbundet med en liten pore.

Disse monomerene settes sammen i en gruppe på fire enheter, men hver kan operere uavhengig. I små propellere er det noen konserverte motiver, inkludert NPA.

I noen aquaporiner funnet i pattedyr (AQP4) forekommer høyere aggregasjoner som danner supramolekylære krystallarrangementer.

For å transportere vann er det indre av proteinet polært og det ytre er apolært, i motsetning til vanlige globulære proteiner.

funksjoner

Aquaporins funksjon er å formidle transporten av vann til det indre av cellen som svar på en osmotisk gradient. Du krever ingen ytterligere kraft eller pumpe: vannet kommer inn i og forlater cellen ved osmose, mediert aquaporin. Noen varianter bærer også glycerolmolekyler.

For å utføre denne transport og øke permeabiliteten til den i det vesentlige vann, blir cellemembran fylt med aquaporins molekyler, i størrelsesorden på 10.000 kvadrat mikrometer tetthet.

Funksjoner hos dyr

Vanntransport er viktig for organismer. La oss ta det punktlige eksemplet på nyrene: De skal filtrere enorme mengder vann daglig. Hvis denne prosessen ikke skjer riktig, vil konsekvensene være dødelige.

Dessuten er konsentrasjonen av urin, er aquaporins involvert i den generelle homeostase av kroppsvæsker i hjernefunksjon, sekresjon av lymfekjertlene, huden fuktighet, mannlig fertilitet, syn, hørsel bare for å nevne noen prosesser biologisk.

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

Funksjoner i planter

Aquaporins er for det meste varierte i plante riket. I disse organismer formidler viktige prosesser som svette, reproduksjon, metabolisme.

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 tilstede i mikroorganismer, har en bestemt funksjon ikke blitt funnet.

Hovedsakelig av to grunner: høyt volumforhold av mikroben flate det går ut hurtig osmotisk balanse (lage unødvendige aquaporins) og studerer delesjoner mikrobene har ikke gitt en klar fenotype.

Imidlertid spekuleres det at akvaporiner kan gi noe beskyttelse mot påfølgende frysende og tining hendelser, opprettholde vannløpigheten i membranene ved lave temperaturer.

typen

aquaporin molekyler er kjent i ulike linjene, både planter og dyr og mindre komplekse organismer, og disse er meget like hverandre - da vi antar at oppsto tidlig i utviklingen.

Planter som finnes i omtrent 50 forskjellige molekyler, mens pattedyr besitte bare 13, fordeles ved hjelp av forskjellige vev innbefattende endotel-epitelvev og nyre, lunge, eksokrine kjertler og organer i forbindelse med fordøyelsen.

Imidlertid er aquaporins også uttrykt i vev som ikke har en åpenbar og direkte forbindelse med transport av fluider i kroppen, slik som i astrocytter sentralnervesystemet og i visse områder av øyet, så som hornhinnen og ciliarepitelet.

Det er aquaporins opp i soppmembranen, av bakterier (som E. coli) og i membraner av organeller, slik som kloroplaster og mitokondrier.

Medisinske patologier assosiert med aquaporiner

Hos pasienter som har en defekt i den sekvens av aquaporin 2 til stede i nyreceller, må de ta mer enn 20 liter vann for å holde hydratiserte. I disse medisinske tilfellene er det ikke tilstrekkelig konsentrasjon av urin.

Det motsatte tilfellet resulterer også i et interessant klinisk tilfelle: Produksjonen av overskudd av aquaporin 2 fører til overdreven væskeretensjon i pasienten.

I perioder med graviditet er det en økning i syntesen av aquaporiner. Dette faktum forklarer væskeretensjonen vanlig i fremtidige mødre. Tilsvarende har fraværet av aquaporin 2 vært knyttet til utseendet av 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. Editorial Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Editorial Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, E. B., Bauer, P. J., & Campbell, B. T. (2010). Identifikasjon av familien av aquaporin-gener og deres uttrykk i opplandskvote (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 som fokuserer på tarmen av forskjellige arter. Internasjonal tidsskrift for molekylærvitenskap, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Liv: Vitenskapen om biologi. Editorial Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporiner 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.