AQUAPORÍNY: FUNKCIE, ŠTRUKTÚRA A TYPY - BIOLÓGIE

Tieto Aquaporíny , tiež známy ako vodné kanály sú proteínové molekuly, ktoré prechádzajú biologické membrány. Sú zodpovedné za sprostredkovanie rýchleho a účinného prúdenia vody do buniek a von z nich, čím zabraňujú interakcii vody s typickými hydrofóbnymi časťami fosfolipidových dvojvrstiev.

Tieto proteíny sa podobajú hlavne a majú veľmi špecifickú molekulárnu štruktúru, ktorá pozostáva hlavne z helixov. Sú široko distribuované v rôznych líniách, vrátane malých mikroorganizmov až po zvieratá a rastliny, kde sú bohaté.

Zdroj: María Quezada Aranda, z Wikimedia Commons

Historická perspektíva

So základnými znalosťami fyziológie a mechanizmov, ktoré sa soluty pohybujú cez membrány (aktívne a pasívne), by sme mohli hádať, že vodná preprava nepredstavuje žiadny problém, vstupuje do bunky a opúšťa ju jednoduchou difúziou.

Táto myšlienka existuje už mnoho rokov. Niektorí vedci však zistili existenciu určitého kanála vodnej dopravy, pretože v niektorých typoch buniek s vysokou priepustnosťou pre vodu (napríklad v obličkách) by difúzia nebola dostatočným mechanizmom na vysvetlenie prenosu. z vody.

Lekár a vedecký pracovník Peter Agre objavil tieto proteínové kanály v roku 1992, keď pracoval s membránou erytrocytov. Vďaka tomuto objavu získal (spolu so svojimi kolegami) Nobelovu cenu v roku 2003. Tento prvý aquaporín sa nazýval „aquaporin 1“.

štruktúra

Tvar akvaporínu pripomína presýpacie hodiny s dvoma symetrickými polovicami orientovanými proti sebe. Táto štruktúra prechádza cez dvojitú lipidovú membránu bunky.

Malo by sa spomenúť, že tvar aquaporínu je veľmi špecifický a nepodobá sa na žiadny iný typ proteínov pokrývajúcich membránu.

Aminokyselinové sekvencie sú prevažne polárne. Transmembránové proteíny sa vyznačujú tým, že majú segment bohatý na alfa helikálne segmenty. Akvaporomanom však takéto regióny chýbajú.

Vďaka použitiu súčasných technológií bola štruktúra porínu podrobne objasnená: sú to monoméry od 24 do 30 KDa, ktoré pozostávajú zo šiestich špirálových segmentov s dvoma malými segmentmi, ktoré obklopujú cytoplazmu a sú spojené malým pórom.

Tieto monoméry sú zostavené do skupiny štyroch jednotiek, hoci každá z nich môže fungovať nezávisle. V malých helixoch existujú niektoré konzervované motívy vrátane NPA.

U niektorých akvaporínov nájdených u cicavcov (AQP4) sa vyskytujú vyššie agregácie, ktoré vytvárajú supramolequálne kryštálové usporiadania.

Na prepravu vody je vnútorná strana proteínu polárna a vonkajšia strana nepolárna, na rozdiel od bežných globulárnych proteínov.

Zdroj: Autorom nebol poskytnutý žiadny strojovo čitateľný autor. DanielMCR prevzatý (na základe nárokov na autorské práva). , prostredníctvom Wikimedia Commons

Vlastnosti

Úlohou aquaporínov je sprostredkovať transport vody do bunky v reakcii na osmotický gradient. Nepotrebuje žiadnu ďalšiu silu ani čerpanie: voda vstupuje do bunky a opúšťa ju osmózou, sprostredkovanú aquaporínom. Niektoré varianty tiež nesú molekuly glycerolu.

Na uskutočnenie tohto transportu a podstatné zvýšenie priepustnosti pre vodu je bunková membrána naplnená molekulami aquaporínu, v poradí hustoty 10 000 štvorcových mikrometrov.

Funkcie u zvierat

Pre organizmy je nevyhnutná vodná doprava. Zoberme si konkrétny príklad obličiek: každý deň musia filtrovať obrovské množstvo vody. Ak sa tento proces nevykoná správne, následky by boli fatálne.

Okrem koncentrácie moču sa aquaporíny podieľajú aj na homeostáze telesných tekutín, mozgových funkciách, sekrécii žliaz, hydratácii kože, mužskej plodnosti, videní, sluchu - aby som spomenul niekoľko procesov. biologický.

Pri pokusoch uskutočňovaných na myšiach sa dospelo k záveru, že sa zúčastňujú aj na migrácii buniek, čo je úloha, ktorá je ďaleko od vodného transportu.

Funkcie v rastlinách

Aquaporíny sú väčšinou rozmanité v rastlinnej ríši. V týchto organizmoch sú sprostredkované rozhodujúce procesy, ako je potenie, reprodukcia, metabolizmus.

Okrem toho zohrávajú dôležitú úlohu ako adaptívny mechanizmus v prostrediach, ktorých podmienky prostredia nie sú optimálne.

Funkcie v mikroorganizmoch

Aj keď sú aquaporíny prítomné v mikroorganizmoch, špecifická funkcia ešte nebola nájdená.

Hlavne z dvoch dôvodov: vysoký pomer povrchu k objemu mikróbov znamená rýchlu osmotickú rovnováhu (takže nie sú potrebné aquaporíny) a štúdie delécií v mikróboch nepriniesli jasný fenotyp.

Predpokladá sa však, že aquaporíny môžu ponúkať určitú ochranu pred následnými zmrazujúcimi a rozmrazujúcimi udalosťami, pričom udržiavajú priepustnosť vody v membránach pri nízkych teplotách.

druhy

Molekuly aquaporínu sú známe z rôznych línií rastlín a živočíchov, ako aj v menej zložitých organizmoch, ktoré sa veľmi podobajú - predpokladáme, že sa objavili na začiatku evolúcie.

V rastlinách sa našlo asi 50 rôznych molekúl, zatiaľ čo cicavce majú iba 13 distribuovaných v rôznych tkanivách, ako je napríklad epitelové a endoteliálne tkanivo obličiek, pľúc, exokrinných žliaz a orgánov súvisiacich s trávením.

Aquaporíny sa však môžu exprimovať aj v tkanivách, ktoré nemajú zrejmý a priamy vzťah k transportu tekutín v tele, ako sú napríklad astrocyty centrálneho nervového systému a v určitých oblastiach oka, ako je rohovka a ciliárny epitel.

Aquaporíny existujú dokonca aj v membránach húb, baktérií (ako je E. coli) a v membránach organel, ako sú chloroplasty a mitochondrie.

Lekárske patológie spojené s aquaporínmi

U pacientov, ktorí majú poruchu v sekvencii aquaporínu 2 prítomného v obličkových bunkách, musia piť viac ako 20 litrov vody, aby zostali hydratovaní. V týchto lekárskych prípadoch neexistuje dostatočná koncentrácia moču.

Opačný prípad tiež vedie k zaujímavému klinickému prípadu: tvorba nadmerného množstva aquaporínu 2 vedie k zadržiavaniu nadmernej tekutiny v pacientovi.

Počas tehotenstva dochádza k zvýšenej syntéze aquaporínov. Táto skutočnosť vysvetľuje bežné zadržiavanie tekutín u nastávajúcich matiek. Podobne neprítomnosť aquaporínu 2 súvisí s vývojom určitého typu cukrovky.

Referencie

Brown, D. (2017). Objavovanie vodných kanálov (Aquaporins). Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (Suppl. 1), 37-42.
Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biology. Editorial Médica Panamericana.
Lodish, H. (2005). Bunková a molekulárna biológia. Editorial Médica Panamericana.
Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ a Campbell, BT (2010). Identifikácia rodiny génov aquaporínu a ich expresia v horskej bavlne (Gossypium hirsutum L.). Biológia rastlín BMC, 10 (1), 142.
Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporíny v oblasti zdravia a chorôb: Prehľad zameraný na črevo rôznych druhov. Medzinárodný žurnál molekulárnych vied, 17 (8), 1213.
Sadava, D., a Purves, WH (2009). Život: Biológia. Editorial Médica Panamericana.
Verkman, AS (2012). Aquaporíny v klinickej medicíne. Ročný prehľad o medicíne, 63, 303 - 316.
Verkman, AS, a Mitra, AK (2000). Štruktúra a funkcia vodných kanálov aquaporínu. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278 (1), F13-F28.
Verkman, AS (2013). Aquaporíny. Current Biology, 23 (2), R52-5.

AQUAPORÍNY: FUNKCIE, ŠTRUKTÚRA A TYPY - BIOLÓGIE - 2025