Функциите, структурата и видовете на Aquaporins



на аквапорини, известни също като водни канали, са молекули от протеинова природа, които пресичат биологичните мембрани. Те са отговорни за медииране на бързия и ефективен поток на водата в и извън клетките, като предотвратяват взаимодействието на водата с хидрофобните части, типични за фосфолипидните двуслои..

Тези протеини приличат на барел и имат много специфична молекулярна структура, съставена главно от спирали. Те са широко разпространени в различни линии, включително от малки микроорганизми до животни и растения, където те са изобилни.

индекс

  • 1 Историческа перспектива
  • 2 Структура
  • 3 Функции
    • 3.1 Функции при животните
    • 3.2 Функции в растенията
    • 3.3 Функции в микроорганизмите
  • 4 вида
  • 5 Медицински патологии, свързани с аквапорини
  • 6 Препратки

Историческа перспектива

С основни познания по физиология и механизми, чрез които разтворените вещества преминават през мембраните (активни и пасивни), можем да си представим, че транспортирането на вода не предполага никакъв проблем, влизайки и излизайки от клетката чрез проста дифузия..

Тази идея беше разгледана от много години. Въпреки това, някои изследователи видяха съществуването на някакъв воден транспортен канал, тъй като в някои видове клетки с висока водопропускливост (като например бъбреците), дифузията не би била достатъчна, за да обясни транспорта. вода.

Лекарят и изследователят Питър Агре откриват тези протеинови канали през 1992 г., докато работят с мембраната на еритроцитите. Благодарение на това откритие, той спечели (заедно с колегите си) и Нобеловата награда през 2003 г. Този първи аквопорин се нарича "Аквапорин 1"..

структура

Формата на аквапорина наподобява пясъчен часовник, с две симетрични половини, ориентирани в противоположни посоки. Тази структура пресича двойната липидна мембрана на клетката.

Необходимо е да се спомене, че аквапориновата форма е много специфична и не прилича на друг вид протеини, които преминават през мембраната.

Аминокиселинните последователности са предимно полярни. Трансмембранните протеини се характеризират с наличието на сегмент, богат на алфа-спирални сегменти. Аквапорините обаче нямат такива региони.

Благодарение на използването на съвременни технологии е възможно подробно да се изясни структурата на порина: те са мономери от 24 до 30 KDa, състоящи се от шест спирални сегмента с два малки сегмента, които заобикалят цитоплазмата и са свързани с малка пора..

Тези мономери са сглобени в група от четири единици, въпреки че всеки може да работи независимо. В малките витла има някои запазени мотиви, включително NPA.

В някои аквапорини, открити в бозайници (AQP4), се появяват по-високи агрегации, които образуват супрамолекулни кристални условия.

За да се транспортира водата, вътрешността на протеина е полярна, а външността е неполярна, противно на обикновените глобуларни протеини.

функции

Функцията на аквапорините е да медиират пренасянето на вода във вътрешността на клетката в отговор на осмотичен градиент. Тя не се нуждае от никаква допълнителна сила или изпомпване: водата влиза и излиза от клетката чрез осмоза, медиирана от аквапорин. Някои варианти също носят молекули на глицерол.

За да се осъществи този транспорт и да се повиши значително пропускливостта на водата, клетъчната мембрана е пълна с молекули на аквапорините, в порядъка на плътност от 10 000 квадратни микрометра..

Функции при животните

Транспортирането на вода е жизненоважно за организмите. Да вземем точния пример за бъбреците: те трябва да филтрират огромни количества вода дневно. Ако този процес не се случи правилно, последствията ще бъдат фатални.

В допълнение към концентрацията на урина, аквапорините участват в общата хомеостаза на телесните течности, мозъчната функция, секрецията на жлезите, хидратацията на кожата, плодовитостта при мъжете, зрението, слуха - само за да споменем няколко процеса биологичен.

В експерименти, проведени в мишки, беше направено заключението, че те също участват в клетъчната миграция, роля, която е далеч от водния транспорт.

Функции в растенията

Аквапорините са най-разнообразни в растителното царство. В тези организми се осъществяват важни процеси като изпотяване, размножаване, метаболизъм.

Освен това те играят важна роля като адаптивен механизъм в среда, чиито условия на околната среда не са оптимални.

Функции в микроорганизмите

Въпреки че в микроорганизмите присъстват аквапорини, все още не е открита специфична функция.

Основно поради две причини: високото съотношение на обемния обем на микробите предполага бързо осмотично равновесие (което прави ненужните аквапорини) и проучванията на микробните делеции не са дали ясен фенотип.

Предполага се обаче, че аквопорините могат да предложат известна защита срещу последващи събития на замразяване и размразяване, поддържайки водопропускливостта в мембраните при ниски температури..

тип

Молекулите на Аквапорин са известни в различни линии, както в растения и животни, така и в по-малко сложни организми, и те силно приличат помежду си - предполагаме, че те се появяват в началото на еволюцията..

В растенията са открити около 50 различни молекули, докато бозайниците имат само 13, разпределени от различни тъкани, като епителната и ендотелната тъкан на бъбреците, белите дробове, екзокринните жлези и органите, свързани с храносмилането..

Аквапорините могат да бъдат експресирани и в тъкани, които нямат очевидна и пряка връзка с транспортирането на течности в тялото, като например в астроцитите на централната нервна система и в някои области на окото, като роговицата и цилиарния епител..

В мембраната на гъбичките има бактерии (като Е. coli) и в мембраните на органелите, като хлоропласти и митохондрии.

Медицински патологии, свързани с аквапорини

При пациенти, които имат някакъв дефект в последователността на аквопорин 2 в клетките на бъбреците, те трябва да вземат повече от 20 литра вода, за да се поддържат хидратирани. В тези медицински случаи няма достатъчна концентрация на урина.

Обратният случай също води до интересен клиничен случай: производството на излишък от аквапорин 2 води до прекомерно задържане на течности в пациента.

По време на бременност се наблюдава увеличаване на синтеза на аквапорини. Този факт обяснява задържането на течности, което е често срещано при бъдещите майки. По същия начин, липсата на аквапорин 2 е свързана с появата на определен тип диабет.

препратки

  1. Brown, D. (2017). Откриването на водни канали (Aquaporins). Анали на храненето и метаболизма, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). биология. Редакция Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Клетъчна и молекулярна биология. Редакция Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Идентифициране на фамилията от аквапоринови гени и тяхната експресия в планинския памук (Gossypium hirsutum L.). BMC растителна биология, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Аквапорини по отношение на здравето и болестите: Преглед, фокусиран върху червата на различни видове. Международен журнал по молекулярни науки, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W.H. (2009). Живот: Науката за биологията. Редакция Panamericana Medical.
  7. Verkman, A.S. (2012). Аквапорини в клиничната медицина. Годишен преглед на лекарствата, 63, 303-316.
  8. Verkman, A.S., & Mitra, A.K. (2000). Структура и функция на водните канали на аквапорините. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013 г.). аквапорини. Текуща биология, 23 (2), R52-5.