Aquaporins funkcijas, struktūra un veidi



The akvaporīni, pazīstams arī kā ūdens kanāli, ir olbaltumvielu molekulas, kas šķērso bioloģiskās membrānas. Viņi ir atbildīgi par ātras un efektīvas ūdens plūsmas izplatīšanu šūnās un no tām, novēršot ūdens mijiedarbību ar fosfolipīdu divslāņu tipiskajām hidrofobajām daļām..

Šīs olbaltumvielas atgādina barelu, un tām ir ļoti īpaša molekulārā struktūra, kas sastāv galvenokārt no helikēmiem. Tie ir plaši izplatīti dažādās līnijās, tostarp no maziem mikroorganismiem uz dzīvniekiem un augiem, kur tie ir bagāti.

Indekss

  • 1 Vēsturiskā perspektīva
  • 2 Struktūra
  • 3 Funkcijas
    • 3.1. Dzīvnieku funkcijas
    • 3.2. Augu funkcijas
    • 3.3 Funkcijas mikroorganismos
  • 4 veidi
  • 5 Ar akvaporīniem saistītās medicīniskās patoloģijas
  • 6 Atsauces

Vēsturiskā perspektīva

Ar pamatzināšanām fizioloģijā un mehānismos, kuros šķīdinātāji pārvietojas cauri membrānām (aktīva un pasīva), mēs varētu intuitēt, ka ūdens transportēšana neuzskata nekādas problēmas, ienākot un atstājot šūnu ar vienkāršu difūziju..

Šī ideja tika risināta jau daudzus gadus. Tomēr daži pētnieki uzskatīja, ka pastāv ūdens transporta kanāls, jo dažos šūnu veidos ar augstu ūdens caurlaidību (piemēram, nierēm) difūzija nebūtu pietiekama, lai izskaidrotu transportu. ūdens.

Ārsts un pētnieks Pēteris Agre atklāja šos proteīnu kanālus 1992. gadā, strādājot ar eritrocītu membrānu. Pateicoties šim atklājumam, viņš 2003. gadā ieguva (kopā ar saviem kolēģiem) Nobela prēmiju. Šis pirmais akvaporīns tika saukts par "Aquaporin 1".

Struktūra

Akvaporīna forma atgādina smilšu pulksteni ar divām simetriskām pusēm, kas vērstas pretējā virzienā. Šī struktūra šķērso šūnas divkāršo lipīdu membrānu.

Jāatzīmē, ka akvaporīna forma ir ļoti īpaša un neatšķiras no cita veida olbaltumvielām, kas šķērso membrānu..

Aminoskābju secības pārsvarā ir polāras. Transmembrānas olbaltumvielām ir raksturīgs ar alfa spirālveida segmentu bagāts segments. Tomēr akvaporīniem trūkst šādu reģionu.

Pateicoties pašreizējām tehnoloģijām, ir iespējams detalizēti izskaidrot porīna struktūru: tie ir monomēri no 24 līdz 30 KDa, kas sastāv no sešiem spirālveida segmentiem ar diviem maziem segmentiem, kas ieskauj citoplazmu un ir savienoti ar nelielu poru..

Šie monomēri tiek apvienoti četru vienību grupā, lai gan katrs var darboties neatkarīgi. Mazos propelleros ir daži konservēti motīvi, tostarp NPA.

Dažos zīdītāju (AQP4) akvaporīnos rodas augstākas agregācijas, kas veido supramolekulāras kristāla kompozīcijas.

Lai transportētu ūdeni, olbaltumvielu interjers ir polārs, un ārpuse ir apolāra, pretēji parastajām globālajām olbaltumvielām.

Funkcijas

Akvaporīnu funkcija ir mediēt ūdens transportēšanu uz šūnas iekšpusi, reaģējot uz osmotisko gradientu. Tam nav nepieciešami nekādi papildu spēki vai sūkņi: ūdens nonāk un iziet no šūnas ar osmozi, ko veicina akvaporīns. Dažos variantos ir arī glicerīna molekulas.

Lai veiktu šo transportēšanu un būtiski palielinātu ūdens caurlaidību, šūnu membrāna ir piepildīta ar akvaporīna molekulām ar blīvumu 10 000 kvadrātmetru..

Funkcijas dzīvniekiem

Ūdens transportēšana ir būtiska organismiem. Ņemsim pareizu nieru piemēru: tie katru dienu filtrē milzīgu ūdens daudzumu. Ja šis process nenotiek pareizi, sekas būtu letālas.

Papildus urīna koncentrācijai, akvaporīni ir iesaistīti ķermeņa šķidrumu, smadzeņu darbības, dziedzeru sekrēcijas, ādas mitrināšanas, vīriešu auglības, redzes, dzirdes vispārējā homeostazē, tikai pieminot dažus procesus. bioloģisko.

Eksperimentos, kas veikti ar pelēm, tika secināts, ka tie piedalās arī šūnu migrācijā, kas ir tālu no ūdens transporta.

Funkcijas augos

Aquaporins augu valstībā ir visdažādākie. Šajos organismos notiek būtisks process, piemēram, svīšana, vairošanās, vielmaiņa.

Turklāt tiem ir svarīga nozīme kā adaptīvam mehānismam vidēs, kuru vides apstākļi nav optimāli.

Funkcijas mikroorganismos

Lai gan mikroorganismos ir akvaporīni, īpaša funkcija vēl nav atrasta.

Galvenokārt divu iemeslu dēļ: augstais mikrobu virsmas tilpuma koeficients paredz ātru osmotisko līdzsvaru (padarot akvaporīnus nevajadzīgus), un mikrobioloģisko dzēšanu pētījumi nav devuši skaidru fenotipu.

Tomēr tiek uzskatīts, ka akvaporīni var nodrošināt aizsardzību pret secīgiem sasalšanas un atkausēšanas notikumiem, saglabājot ūdens caurlaidību membrānās zemā temperatūrā..

Veidi

Aquaporin molekulas dažādās līnijās ir pazīstamas gan augos, gan dzīvniekos, gan mazāk sarežģītos organismos, un tās cieši līdzinās viena otrai - tad mēs pieņemam, ka tie parādījās evolūcijas sākumā.

Augos ir konstatētas aptuveni 50 dažādas molekulas, savukārt zīdītājiem ir tikai 13, ko izplata dažādi audi, piemēram, nieru, plaušu, eksokrīno dziedzeru un gremošanas orgānu epitēlija un endotēlija audi..

Tomēr akvaporīni var izpausties arī audos, kuriem nav acīmredzamas un tiešas saiknes ar šķidrumu transportēšanu organismā, piemēram, centrālās nervu sistēmas astrocītos un noteiktos acu reģionos, piemēram, radzenes un ciliariskā epitēlijā..

Sēņu membrānā ir baktērijas (kā E. coli) un organellu membrānās, piemēram, hloroplastos un mitohondrijos.

Ar akvaporīniem saistītās medicīniskās patoloģijas

Pacientiem, kuriem ir nieru aknu šūnu trūkums akvatorīna 2 secībā, viņiem ir nepieciešams vairāk nekā 20 litri ūdens, lai saglabātu hidratāciju. Šādos medicīniskos gadījumos urīna koncentrācija nav pietiekama.

Pretējā gadījumā ir arī interesants klīnisks gadījums: pārpalikuma akvaporīna 2 ražošana rada pārmērīgu šķidruma aizturi pacientam.

Grūtniecības laikā palielinās akvaporīnu sintēze. Šis fakts izskaidro šķidruma aizturi, kas izplatīta nākamajās mātēs. Tāpat arī akvaporīna 2 trūkums ir saistīts ar noteiktu diabēta veidu parādīšanos.

Atsauces

  1. Brown, D. (2017). Ūdens kanālu atklāšana (Aquaporins). Uzturs un metabolisms, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). Bioloģija. Redakcija Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Šūnu un molekulārā bioloģija. Redakcija Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauers, P.J., &, Campbell, B., T., (2010). Akvaporīna gēnu ģimeņu identifikācija un to izpausme kalnu kokvilnā (Gossypium hirsutum L.). BMC augu bioloģija, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., un Meli, R. (2016). Veselības un slimību akvaporīni: Pārskats par dažādu sugu zarnām. Starptautiskais molekulārās zinātnes žurnāls, 17(8), 1213. lpp.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Dzīve: Bioloģijas zinātne. Redakcija Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins klīniskajā medicīnā. Gada pārskats par medikamentiem, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., un Mitra, A. K. (2000). Akvatorijas ūdens kanālu struktūra un funkcija. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporins. Pašreizējā bioloģija, 23 (2), R52-5.