AKVAPORINI: FUNKCIJE, STRUKTURA I VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

U aquaporins, također poznat kao voda kanalima su proteinske molekule koje prolaze kroz biološke membrane. Odgovorni su za posredovanje u brzom i učinkovitom protoku vode u stanice i izvan nje, sprječavajući interakciju vode s tipičnim hidrofobnim dijelovima fosfolipidnih slojeva.

Ti proteini nalikuju bačvi i imaju vrlo posebnu molekularnu strukturu, sastavljenu uglavnom od helika. Rasprostranjene su u različitim rodovima, uključujući od malih mikroorganizama do životinja i biljaka, kojih ima u izobilju.

Izvor: Autor María Quezada Aranda, iz Wikimedia Commons

Povijesna perspektiva

Uz osnovno znanje o fiziologiji i mehanizmima koji se rastvarači kreću kroz membrane (aktivne i pasivne), mogli bismo pretpostaviti da transport vode nije problem, a ulazak i izlazak iz stanice jednostavnom difuzijom.

Ova ideja postoji već dugi niz godina. Međutim, neki su istraživači otkrili postojanje nekog vodnog transportnog kanala, jer u određenim tipovima stanica s visokom propusnošću vode (poput bubrega, na primjer), difuzija ne bi bila dovoljan mehanizam za objašnjenje transporta. od vode.

Liječnik i istraživač Peter Agre otkrio je ove proteinske kanale 1992. godine, radeći s membranom eritrocita. Zahvaljujući ovom otkriću, osvojio je (zajedno s kolegama) Nobelovu nagradu 2003. Ovaj prvi akvaporin nazvan je "akvaporin 1".

Struktura

Oblik akvaporina podsjeća na pješčani sat, s dvije simetrične polovice orijentirane jedna prema drugoj. Ta struktura prelazi dvostruku lipidnu membranu stanice.

Treba napomenuti da je oblik akvaporina vrlo poseban i da ne nalikuje nijednoj drugoj vrsti proteina koji se proteže na membrani.

Aminokiselinske sekvence su pretežno polarne. Za transmembranske proteine ​​karakteristično je da imaju segment bogat alfa-spiralnim segmentima. Međutim, akvaporinima nedostaju takve regije.

Zahvaljujući upotrebi trenutnih tehnologija, struktura porina je detaljno rasvijetljena: oni su monomeri od 24 do 30 KDa koji se sastoje od šest spiralnih segmenata s dva mala segmenta koji okružuju citoplazmu i povezani su malim porama.

Ovi monomeri su sastavljeni u grupi od četiri jedinice, mada svaki može funkcionirati neovisno. U malim helikopterima postoje neki sačuvani motivi, među kojima je i NPA.

U nekim akvaporinima koji se nalaze u sisavaca (AQP4) pojavljuju se veće agregacije koje tvore supramolequalne arome kristala.

Da bi se transportirala voda, unutrašnjost proteina je polarna, a vanjska strana nepolarna, za razliku od uobičajenih globularnih proteina.

Izvor: Autor nije pružio strojno čitljiv autor. DanielMCR pretpostavio (na temelju tvrdnji o autorskim pravima)., putem Wikimedia Commonsa

Značajke

Uloga akvaporina je posredovanje u prenošenju vode u stanicu kao odgovor na osmotski gradijent. Ne treba dodatna sila ili crpljenje: voda ulazi i napušta stanicu osmozom, posredovanom akvaporinom. Neke varijante nose i molekule glicerola.

Da bi izvršili taj transport i značajno povećali propusnost za vodu, stanična membrana je nabijena molekulama akvaporina, u redoslijedu gustoće od 10 000 kvadratnih mikrometara.

Funkcije u životinjama

Vodni transport je od vitalnog značaja za organizme. Uzmimo konkretni primjer bubrega: oni moraju filtrirati ogromne količine vode svaki dan. Ako se taj proces ne odvija pravilno, posljedice bi bile kobne.

Osim koncentracije u urinu, akvaporini su uključeni u opću homeostazu tjelesne tekućine, rad mozga, izlučivanje žlijezda, hidrataciju kože, plodnost muškaraca, vid, sluh - samo da napomenem nekoliko procesa biološki.

U eksperimentima provedenim na miševima zaključeno je da i oni sudjeluju u staničnoj migraciji, ulozi koja je daleko od vodenog transporta.

Funkcije u biljkama

Akvaporini su uglavnom raznoliki u biljnom carstvu. U tim organizmima posreduju ključni procesi poput znojenja, reprodukcije, metabolizma.

Osim toga, oni igraju važnu ulogu kao prilagodljivi mehanizam u okruženjima čiji okolišni uvjeti nisu optimalni.

Funkcije u mikroorganizmima

Iako su akvaporini prisutni u mikroorganizmima, specifična funkcija još nije pronađena.

Uglavnom iz dva razloga: visoki omjer mikroba prema površini i volumenu podrazumijeva brzu osmotsku ravnotežu (što akvaporine čini nepotrebnim), a ispitivanja delecija mikroba nisu dala jasan fenotip.

Međutim, nagađa se da akvaporini mogu pružiti određenu zaštitu od uzastopnih smrzavanja i odmrzavanja, održavajući propusnost vode u membranama na niskim temperaturama.

vrste

Molekule akvaporina poznate su iz različitih rodova, kako u biljkama, tako i u životinjama i u manje složenim organizmima, a vrlo su slične jedna drugoj - pretpostavljamo da su se tada pojavile rano u evoluciji.

Otprilike 50 različitih molekula pronađeno je u biljkama, dok sisavci imaju samo 13, raspoređenih u raznim tkivima, poput epitelnog i endotelnog tkiva bubrega, pluća, egzokrinih žlijezda i organa povezanih s probavom.

Međutim, akvaporini se mogu izraziti i u tkivima koja nemaju očigledan i izravan odnos s transportom tekućine u tijelu, poput astrocita središnjeg živčanog sustava i određenih regija oka, poput rožnice i cilijarnog epitela.

Akvaporini postoje čak i u membrani gljiva, bakterija (poput E. coli) i u membranama organela, poput kloroplasta i mitohondrija.

Medicinske patologije povezane s akvaporinima

U bolesnika koji imaju defekt u slijedu akvaporina 2 koji je prisutan u stanicama bubrega, moraju piti više od 20 litara vode da bi ostali hidrirani. U tim medicinskim slučajevima nema odgovarajuće koncentracije u urinu.

Suprotan slučaj također rezultira zanimljivim kliničkim slučajem: proizvodnja akvaporina 2 u višku dovodi do prekomjernog zadržavanja tekućine u pacijenta.

Tijekom trudnoće dolazi do povećanja sinteze akvaporina. Ova činjenica objašnjava uobičajeno zadržavanje tekućine kod trudnica. Slično tome, odsutnost akvaporina 2 povezana je s razvojem određene vrste dijabetesa.

Reference

1. Brown, D. (2017). Otkriće vodenih kanala (akvaporini). Anali prehrane i metabolizma, 70 (Suppl. 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologija. Uredništvo Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Stanična i molekularna biologija. Uredništvo Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Identifikacija obitelji akvaporinskih gena i njihova ekspresija u gorušnjem pamuku (Gossypium hirsutum L.). BMC biljne biologije, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Akvaporini u zdravlju i bolestima: pregled koji se usredotočuje na crijeva različitih vrsta. Međunarodni časopis za molekularne znanosti, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Život: Znanost o biologiji. Uredništvo Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Akvaporini u kliničkoj medicini. Godišnji pregled medicine, 63, 303-316.
8. Verkman, AS, i Mitra, AK (2000). Struktura i funkcija vodenih kanala akvaporina. Američki časopis za fiziologiju, renalnu fiziologiju, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Aquaporins. Trenutna biologija, 23 (2), R52-5.