Функції, структура та типи аквапорінів



The аквапорини, Також відомі як водні канали, є молекули білкової природи, які перетинають біологічні мембрани. Вони відповідають за опосередкування швидкого і ефективного потоку води в і з клітин, запобігаючи взаємодії води з гідрофобними ділянками, типовими для фосфоліпідних білей..

Ці білки нагадують бочку і мають дуже особливу молекулярну структуру, що складається в основному з спіралей. Вони широко поширені в різних лініях, у тому числі від дрібних мікроорганізмів до тварин і рослин, де їх багато.

Індекс

  • 1 Історична перспектива
  • 2 Структура
  • 3 Функції
    • 3.1 Функції у тварин
    • 3.2 Функції в рослинах
    • 3.3 Функції в мікроорганізмах
  • 4 типи
  • 5 Медичні патології, пов'язані з аквапоринами
  • 6 Посилання

Історична перспектива

Маючи базові знання з фізіології та механізми переміщення розчинених речовин через мембрани (активні та пасивні), ми могли б інтуїтивно зрозуміти, що транспорт води не допускає жодних проблем, потрапляючи і виходячи з клітини шляхом простої дифузії.

Ця ідея оброблялася протягом багатьох років. Однак деякі дослідники бачили існування певного каналу водного транспорту, оскільки в деяких типах клітин з високою водопроникністю (наприклад, нирками) дифузія не була б достатньою для пояснення транспорту. води.

Лікар і дослідник Пітер Агре відкрив ці білкові канали в 1992 році, працюючи з мембраною еритроцитів. Завдяки цьому відкриттю він виграв (разом зі своїми колегами) Нобелівську премію в 2003 році. Цей перший аквапорін отримав назву "Аквапорін 1"..

Структура

Форма аквапорину нагадує пісочний годинник, причому дві симетричні половини орієнтовані в протилежних напрямках. Ця структура перетинає подвійні ліпідні мембрани клітини.

Необхідно зазначити, що форма аквапорину дуже особлива і не нагадує будь-який інший тип білків, які перетинають мембрану.

Амінокислотні послідовності є переважно полярними. Трансмембранні білки характеризуються наявністю сегмента, багатого альфа-спіральними сегментами. Однак аквапоринам не вистачає таких областей.

Завдяки використанню сучасних технологій можна детально роз'яснити структуру порину: це мономери від 24 до 30 кДа, що складаються з шести гвинтових сегментів з двома невеликими сегментами, які оточують цитоплазму і з'єднані невеликою пор..

Ці мономери зібрані в групу з чотирьох блоків, хоча кожен може працювати незалежно. У малих гвинтах є деякі консервативні мотиви, включаючи NPA.

У деяких аквапоринах, знайдених у ссавців (AQP4), виникають більш високі агрегації, які утворюють надмолекулярні кристалічні домовленості.

Для того, щоб транспортувати воду, внутрішня частина білка є полярною, а зовнішня - неполярною, всупереч загальним глобулярним білкам.

Функції

Функція аквапоринів полягає в опосередкуванні транспорту води до внутрішньої клітини у відповідь на осмотичний градієнт. Вона не потребує додаткової сили або перекачування: вода надходить і виходить з клітини осмосом, опосередкованим аквапорином. Деякі варіанти також несуть молекули гліцерину.

Для здійснення цього транспорту і суттєвого підвищення проникності води клітинна мембрана рясніє молекулами аквапорину, щільністю 10 000 квадратних мікрометрів.

Функції у тварин

Перевезення води є життєво важливим для організмів. Візьмемо пунктуальний приклад нирок: щодня вони повинні фільтрувати величезну кількість води. Якщо цей процес не відбудеться належним чином, наслідки будуть фатальними.

На додаток до концентрації сечі, аквапорини беруть участь у загальному гомеостазі рідин організму, функції мозку, секреції залоз, гідратації шкіри, фертильності у чоловіків, зорі, слуху - щоб згадати кілька процесів біологічний.

В експериментах, проведених на мишах, було зроблено висновок, що вони також беруть участь у міграції клітин, роль, яка далека від водного транспорту.

Функції в рослинах

Аквапорини найчастіше різноманітні в рослинному царстві. У цих організмах опосередковуються такі важливі процеси, як потовиділення, розмноження, обмін речовин.

Крім того, вони відіграють важливу роль як адаптивний механізм у середовищах, чиї умови навколишнього середовища не є оптимальними.

Функції в мікроорганізмах

Хоча аквапорини присутні в мікроорганізмах, специфічна функція ще не знайдена.

Головним чином з двох причин: високий коефіцієнт поверхневого обсягу мікробів припускає швидке осмотичне рівновага (усунення необхідності проведення аквапоринів) і дослідження мікробних делецій не дали чіткого фенотипу.

Однак припускають, що аквапорини можуть забезпечити певний захист від послідовних подій заморожування і відтавання, підтримуючи водопроникність в мембранах при низьких температурах.

Типи

Молекули аквапорину відомі в різних лініях, як у рослинах, так і в тваринах і в менш складних організмах, і вони дуже схожі один на одного - ми вважаємо, що вони з'явилися на початку еволюції.

У рослин було виявлено близько 50 різних молекул, тоді як у ссавців - лише 13, розподілених різними тканинами, наприклад, епітеліальної і ендотеліальної тканини нирок, легенів, екзокринних залоз і органів, пов'язаних з травленням.

Однак, аквапорини також можуть експресуватися в тканинах, які не мають очевидного і прямого зв'язку з транспортом рідин в організмі, наприклад, в астроцитах центральної нервової системи і в певних областях очі, таких як рогівка і циліарний епітелій..

У грибковій оболонці бактерій (як E. coli) і в мембранах органел, таких як хлоропласти і мітохондрії.

Медичні патології, пов'язані з аквапоринами

У пацієнтів, які мають певний дефект в послідовності аквапорину 2, присутній у клітинах нирки, вони повинні приймати більше 20 літрів води, щоб утримати себе гідратованими. У цих медичних випадках немає адекватної концентрації сечі.

Протилежний випадок також призводить до цікавого клінічного випадку: виробництво надлишку аквапорину 2 призводить до надмірного утримання рідини у пацієнта.

У періоди вагітності спостерігається збільшення синтезу аквапоринів. Цей факт пояснює утримання рідини, яке є спільним у майбутніх матерів. Аналогічним чином, відсутність аквапорину 2 пов'язана з появою певного типу діабету.

Список літератури

  1. Браун, Д. (2017). Відкриття водних каналів (Aquaporins). Аннали харчування та обміну речовин, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). Біологія. Редакція Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Клітинна і молекулярна біологія. Редакція Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J. & Campbell, B.T. (2010). Ідентифікація сімейства генів аквапорінів та їх експресія у бавовнику (див.Gossypium hirsutum L.). БМК рослинної біології, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Аквапоріни в стані здоров'я та хвороби: Огляд, який зосереджується на кишечнику різних видів. Міжнародний журнал молекулярних наук, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W.H. (2009). Життя: наука біології. Редакція Panamericana Medical.
  7. Verkman, A.S. (2012). Аквапоріни в клінічній медицині. Щорічний огляд медицини, 63, 303-316.
  8. Verkman, A.S., & Mitra, A.K. (2000). Структура і функція водних каналів аквапоріну. Американський журнал фізіології-фізіології нирок, 278(1), F13-F28.
  9. Веркман А.С. (2013). Аквапоріни. Сучасна біологія, 23 (2), R52-5.