Aquaporins funktioner, struktur og typer



den aquaporiner, også kendt som vandkanaler, er molekyler af protein natur, der krydser de biologiske membraner. De er ansvarlige for at formidle den hurtige og effektive vandstrøm ind og ud af celler, hvilket forhindrer vand i at interagere med de hydrofobe portioner, der er typiske for phospholipid-bilayere..

Disse proteiner ligner en tønde og har en meget særlig molekylær struktur, der hovedsagelig består af helikser. De er bredt fordelt i forskellige linjer, herunder fra små mikroorganismer til dyr og planter, hvor de er rigelige.

indeks

  • 1 Historisk perspektiv
  • 2 struktur
  • 3 funktioner
    • 3.1 Funktioner hos dyr
    • 3.2 Funktioner i planter
    • 3.3 Funktioner i mikroorganismer
  • 4 typer
  • 5 Medicinske patologier forbundet med aquaporiner
  • 6 referencer

Historisk perspektiv

Med en grundlæggende forståelse i fysiologi og mekanismer, der bevæger opløste stoffer gennem membranen (aktiv og passiv), kunne vi fornemmer, at vandtransporten er ikke et problem, og ud af cellen ved simpel diffusion.

Denne ide blev håndteret i mange år. Nogle forskere så imidlertid forekomsten af ​​en vandtransportkanal, da diffusion i visse celletyper med høj vandpermeabilitet (f.eks. Nyren) ikke ville være tilstrækkelig nok til at forklare transporten af vand.

Lægen og forskeren Peter Agre opdagede disse proteinkanaler i 1992, mens de arbejder med membranen af ​​erytrocytter. Takket være denne opdagelse vandt han (sammen med sine kolleger) Nobelprisen i 2003. Denne første aquaporin blev kaldt "Aquaporin 1".

struktur

Aquaporins form ligner en timeglas med to symmetriske halvdele orienteret i modsatte retninger. Denne struktur krydser cellens dobbelt lipidmembran.

Det er nødvendigt at nævne, at aquaporinformen er meget speciel og ligner ikke nogen anden type proteiner der krydser membranen.

Aminosyresekvenserne er overvejende polære. Transmembranproteiner er kendetegnet ved at have et segment, der er rigt på alfa-spiralformede segmenter. Imidlertid mangler aquaporiner sådanne regioner.

Takket være anvendelse af den nuværende teknologi, har det været muligt at klarlægge en detaljeret strukturen af ​​porin: monomerer er fra 24 til 30 kDa bestående af seks skrueflader segmentes to små segmenter omgiver cytoplasmaet og er forbundet af en lille pore.

Disse monomerer samles i en gruppe på fire enheder, selvom hver kan fungere uafhængigt. I små propeller er der nogle bevarede motiver, herunder NPA.

I nogle aquaporiner fundet i pattedyr (AQP4) forekommer højere aggregater, der danner supramolekylære krystalarrangementer.

For at transportere vand er det indre af proteinet polært, og det ydre er apolært, i modsætning til almindelige globulære proteiner.

funktioner

Aquaporins funktion er at mediere transporten af ​​vand til det indre af cellen som reaktion på en osmotisk gradient. Det behøver ikke nogen form for ekstra kraft eller pumpe: Vand kommer ind og forlader cellen ved osmose, formidlet af aquaporin. Nogle varianter bærer også glycerolmolekyler.

For at udføre denne transport og øge vandpermeabiliteten i det væsentlige er cellemembranen fyldt med aquaporinmolekyler i en rækkefølge af tæthed på 10.000 kvadratmikrometer.

Funktioner hos dyr

Vandetransport er afgørende for organismer. Lad os tage det punktlige eksempel på nyrerne: De skal filtrere enorme mængder vand dagligt. Hvis denne proces ikke finder sted korrekt, vil konsekvenserne være fatale.

Udover koncentrationen af ​​urin, er aquaporiner involveret i den samlede homeostase af kropsvæsker i hjernefunktion, sekretion af kirtlerne, hud hydrering, mandlige fertilitet, syn, hørelse bare at nævne nogle processer biologisk.

I eksperimenter udført i mus blev det konkluderet, at de også deltager i cellemigration, en rolle, der er fjernet fra vandtransporten.

Funktioner i planter

Aquaporiner er for det meste forskelligartede i planteriget. I disse organismer medieres afgørende processer som sved, reproduktion, metabolisme.

Derudover spiller de en vigtig rolle som en adaptiv mekanisme i miljøer, hvis miljøforhold ikke er optimale.

Funktioner i mikroorganismer

Selv om aquaporiner er til stede i mikroorganismer, er der endnu ikke fundet en specifik funktion.

Hovedsagelig af to årsager: højt forhold volumen af ​​mikrober overflade antager hurtig osmotisk balance (gør unødvendige aquaporiner) og undersøgelser deletioner mikrober har ikke haft en klar fænotype.

Imidlertid spekuleres det, at aquaporiner kan tilbyde en vis beskyttelse mod successive frysnings- og optøningsbegivenheder, idet vandpermeabiliteten i membranerne opretholdes ved lave temperaturer.

typen

Aquaporinmolekyler er kendt i forskellige linjer, både i planter og dyr og i mindre komplekse organismer, og disse ligner hinanden - vi antager da, at de syntes tidligt i evolutionen.

Planter fundet i omkring 50 forskellige molekyler, hvorimod pattedyr besidder kun 13, distribueret af forskellige væv, herunder endotel epitelvæv og nyre, lunge, eksokrine kirtler og organer relateret til fordøjelse.

Imidlertid aquaporiner også udtrykkes i væv, der ikke har en indlysende og direkte forbindelse med transport af fluider i kroppen, som i astrocytter centralnervesystemet og i visse områder af øjet, såsom hornhinden og den ciliære epitel.

Der er aquaporiner op i svampemembranen, af bakterier (som E. coli) og i membraner af organeller, såsom chloroplaster og mitokondrier.

Medicinske patologier forbundet med aquaporiner

Hos patienter, der har en vis defekt i sekvensen af ​​aquaporin 2, der er til stede i nyrernes celler, skal de tage mere end 20 liter vand for at holde sig hydreret. I disse medicinske tilfælde er der ikke tilstrækkelig koncentration af urin.

Det modsatte tilfælde resulterer også i et interessant klinisk tilfælde: Produktionen af ​​overskydende aquaporin 2 fører til overdreven væskeretention i patienten.

I perioder med graviditet er der en stigning i syntesen af ​​aquaporiner. Denne kendsgerning forklarer væskeretentionen fælles hos fremtidige mødre. På samme måde har fraværet af aquaporin 2 været forbundet med udseendet af en bestemt type diabetes.

referencer

  1. Brown, D. (2017). Opdagelsen af ​​vandkanaler (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, B. E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Identifikation af familien af ​​aquaporin-gener og deres udtryk i bomuldsopland (Gossypium hirsutum L.). BMC plantebiologi, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporiner i sundhed og sygdom: En oversigt med fokus på tarm af forskellige arter. International journal of molecular sciences, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Livet: Biologiens videnskab. Editorial Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporiner i klinisk medicin. Årlig gennemgang af medicin, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., & Mitra, A. K. (2000). Struktur og funktion af aquaporin vandkanaler. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). aquaporiner. Nuværende biologi, 23 (2), R52-5.