AQUAPORINS: FUNKSJONER, STRUKTUR OG TYPER - BIOLOGI - 2026

De aquaporins , også kjent som vannkanaler er proteinmolekyler som går gjennom biologiske membraner. De er ansvarlige for å formidle den raske og effektive strømmen av vann inn og ut av celler, for å forhindre at vann samvirker med de typiske hydrofobe delene av fosfolipid-lagene.

Disse proteinene ligner et fat og har en veldig spesiell molekylstruktur som hovedsakelig består av helikser. De er vidt distribuert i forskjellige linjer, inkludert fra små mikroorganismer til dyr og planter, hvor de er rikelig.

Kilde: Av María Quezada Aranda, fra Wikimedia Commons

Historisk perspektiv

Med en grunnleggende kunnskap om fysiologi og mekanismene som løser seg gjennom membraner (aktive og passive), kunne vi gjette at vanntransport ikke er et problem, ved å komme inn og forlate cellen ved enkel diffusjon.

Denne ideen har eksistert i mange år. Imidlertid oppdaget noen forskere eksistensen av en eller annen vanntransportkanal, siden diffusjon ikke ville være en tilstrekkelig mekanisme for å forklare transport i visse celletyper med høy permeabilitet for vann (som for eksempel nyrene). av vann.

Legen og forskeren Peter Agre oppdaget disse proteinkanalene i 1992, mens han arbeidet med membranen til erytrocytter. Takket være denne oppdagelsen vant han (sammen med kollegene) Nobelprisen i 2003. Denne første aquaporin ble kalt "aquaporin 1".

Struktur

Formen på akvaporinet minner om et timeglass, med to symmetriske halvdeler orientert overfor hverandre. Denne strukturen krysser den doble lipidmembranen til cellen.

Det skal nevnes at formen på aquaporin er veldig spesiell og ikke ligner noen annen type membranspennende proteiner.

Aminosyresekvensene er overveiende polare. Transmembranproteiner kjennetegnes ved å ha et segment rikt på alfa-helikalsegmenter. Akvaporiner mangler imidlertid slike regioner.

Takket være bruken av nåværende teknologier, har strukturen til porin blitt belyst i detalj: de er monomerer fra 24 til 30 KDa som består av seks spiralformede segmenter med to små segmenter som omgir cytoplasma og er forbundet med en liten pore.

Disse monomerer er samlet i en gruppe på fire enheter, selv om hver enkelt kan fungere uavhengig. I små helikser er det noen bevarte motiver, inkludert NPA.

I noen akvaporiner som finnes i pattedyr (AQP4) forekommer høyere aggregasjoner som danner supramolequal krystallarrangementer.

For å transportere vann er innsiden av proteinet polart og utsiden er ikke-polær, i motsetning til vanlige kuleproteiner.

Kilde: Av Ingen maskinlesbar forfatter gitt. DanielMCR antok (basert på opphavsrettskrav). , via Wikimedia Commons

Egenskaper

Aquaporins rolle er å formidle transport av vann inn i cellen som respons på en osmotisk gradient. Det trenger ingen ekstra kraft eller pumping: vannet kommer inn og forlater cellen ved osmose, formidlet av aquaporin. Noen varianter har også glyserolmolekyler.

For å utføre denne transporten og øke permeabiliteten for vann betydelig, er cellemembranen fullpakket med akvaporinmolekyler, i en størrelsesorden på 10.000 kvadratmeter.

Funksjoner hos dyr

Vanntransport er viktig for organismer. La oss ta det spesifikke eksemplet på nyrene: de må filtrere enorme mengder vann hver dag. Hvis denne prosessen ikke skjer riktig, vil konsekvensene være livsfarlige.

I tillegg til urinkonsentrasjon, er aquaporiner involvert i generell kroppsvæskehomeostase, hjernefunksjon, kjertelsekresjon, hudfuktighet, mannlig fruktbarhet, syn, hørsel - bare for å nevne noen få prosesser biologisk.

I forsøk utført på mus ble det konkludert med at de også deltar i cellevandring, en rolle som er fjernet fra vanntransport.

Funksjoner i planter

Akvaporiner er stort sett forskjellige i planteriket. Avgjørende prosesser som svette, reproduksjon, metabolisme medierer i disse organismer.

I tillegg spiller de en viktig rolle som en tilpasningsmekanisme i miljøer der miljøforholdene ikke er optimale.

Funksjoner i mikroorganismer

Selv om akvaporiner er til stede i mikroorganismer, er en spesifikk funksjon ennå ikke funnet.

Hovedsakelig av to grunner: det høye overflate-til-volumforholdet til mikroberne innebærer en rask osmotisk likevekt (noe som gjør akvaporiner unødvendig) og studier av delesjoner i mikrober har ikke gitt en tydelig fenotype.

Imidlertid spekuleres det i at akvaporiner kan tilby en viss beskyttelse mot suksessive fryse- og tinehendelser, og opprettholde permeabiliteten til vann i membranene ved lave temperaturer.

typer

Akvaporinmolekyler er kjent fra forskjellige linjer, både i planter og dyr og i mindre sammensatte organismer, og disse ligner hverandre nær - vi antar da at de dukket opp tidlig i evolusjonen.

Det er funnet rundt 50 forskjellige molekyler i planter, mens pattedyr bare har 13, fordelt over forskjellige vev, for eksempel epitel- og endotelvev i nyre, lunge, eksokrine kjertler og organer relatert til fordøyelsen.

Akvaporiner kan imidlertid også uttrykkes i vev som ikke har et åpenbart og direkte forhold til væsketransport i kroppen, for eksempel i astrocytter i sentralnervesystemet og i visse områder av øyet, for eksempel hornhinne og ciliarepitel.

Det er til og med aquaporiner i membranen til sopp, bakterier (som E. coli) og i membranene i organeller, slik som kloroplaster og mitokondrier.

Medisinske patologier assosiert med aquaporins

Hos pasienter som har en defekt i sekvensen av aquaporin 2 til stede i nyreceller, må de drikke mer enn 20 liter vann for å holde seg hydrert. I disse medisinske tilfellene er det ingen tilstrekkelig urinkonsentrasjon.

Det motsatte tilfellet resulterer også i et interessant klinisk tilfelle: produksjon av overskudd av aquaporin 2 fører til oppbevaring av overdreven væske hos pasienten.

Under graviditet er det en økning i syntesen av aquaporins. Dette faktum forklarer den vanlige væskeansamlingen hos vordende mødre. På samme måte har fraværet av aquaporin 2 vært knyttet til utviklingen av en viss type diabetes.

referanser

1. Brown, D. (2017). Oppdagelsen av vannkanaler (Aquaporins). Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (Suppl. 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologi. Redaksjonell Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Redaksjonell Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Identifisering av familien til aquaporingener og deres uttrykk i opplands bomull (Gossypium hirsutum L.). BMC plantebiologi, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Akvaporiner i helse og sykdom: En oversikt med fokus på tarmen til forskjellige arter. Internasjonalt tidsskrift for molekylære vitenskaper, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Life: The Science of Biology. Redaksjonell Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Akvaporiner i klinisk medisin. Årlig gjennomgang av medisin, 63, 303-316.
8. Verkman, AS, & Mitra, AK (2000). Struktur og funksjon av akvaporinvannskanaler. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Aquaporins. Nåværende biologi, 23 (2), R52-5.