Funkce, struktura a typy Aquaporinů



aquaporins, také známé jako vodní kanály, jsou molekuly proteinové povahy, které procházejí biologickými membránami. Jsou zodpovědné za zprostředkování rychlého a účinného proudění vody dovnitř a ven z buněk, což zabraňuje interakci vody s hydrofobními částmi typickými pro fosfolipidové dvojvrstvy..

Tyto proteiny se podobají hlavně a mají velmi zvláštní molekulární strukturu, složenou hlavně ze šroubovice. Oni jsou široce distribuovaní v různých řadách, včetně od malých mikroorganismů ke zvířatům a rostlinám, kde oni jsou hojní.

Index

  • 1 Historická perspektiva
  • 2 Struktura
  • 3 Funkce
    • 3.1 Funkce u zvířat
    • 3.2 Funkce v rostlinách
    • 3.3 Funkce v mikroorganismech
  • 4 Typy
  • 5 Lékařské patologie spojené s aquaporiny
  • 6 Odkazy

Historická perspektiva

Se základními znalostmi ve fyziologii a v mechanismech, kterými se rozpuštěné látky pohybují membránami (aktivními a pasivními), bychom mohli pochopit, že transport vody nepředpokládá žádný problém, vstup a opuštění buňky jednoduchou difúzí.

Tato myšlenka byla zpracována mnoho let. Někteří výzkumníci však viděli existenci nějakého vodního dopravního kanálu, protože v některých typech buněk s vysokou propustností vody (například ledvinami) by difúze nebyla dostačující k vysvětlení transportu. vody.

Lékař a výzkumník Peter Agre tyto proteinové kanály objevil v roce 1992 při práci s membránou erytrocytů. Díky tomuto objevu vyhrál (spolu se svými kolegy) Nobelovu cenu v roce 2003. Tento první aquaporin byl nazván "Aquaporin 1".

Struktura

Tvar aquaporinu připomíná přesýpací hodiny, se dvěma symetrickými polovinami orientovanými v opačných směrech. Tato struktura protíná dvojitou lipidovou membránu buňky.

Je třeba zmínit, že forma aquaporinu je velmi specifická a nepodobá se žádnému jinému typu proteinů, které procházejí membránou.

Aminokyselinové sekvence jsou převážně polární. Transmembránové proteiny se vyznačují tím, že mají segment bohatý na alfa helikální segmenty. Nicméně, aquaporins takové oblasti nemají.

Díky použití současných technologií bylo možné podrobně objasnit strukturu porinu: jedná se o monomery od 24 do 30 KDa, které se skládají ze šesti helikálních segmentů se dvěma malými segmenty, které obklopují cytoplazmu a jsou propojeny malým pórem..

Tyto monomery jsou sestaveny do skupiny čtyř jednotek, i když každá může pracovat nezávisle. V malých vrtulích, tam jsou některé konzervované motivy, včetně NPA.

V některých aquaporinech vyskytujících se u savců (AQP4) se vyskytují vyšší agregace, které tvoří supramolekulární krystalová uspořádání.

Pro transport vody je vnitřek proteinu polární a vnější je nepolární, na rozdíl od běžných globulárních proteinů.

Funkce

Funkcí aquaporinů je zprostředkovat transport vody do vnitřku buňky v reakci na osmotický gradient. Nepotřebuje žádný druh přídavné síly nebo čerpání: voda vstupuje do buňky a opouští buňku osmózou, zprostředkovanou aquaporinem. Některé varianty také nesou molekuly glycerolu.

Aby se tento transport uskutečnil a podstatně zvýšila propustnost vody, je buněčná membrána naplněna molekulami aquaporinu v řádu hustoty 10 000 čtverečních mikrometrů..

Funkce ve zvířatech

Přeprava vody je životně důležitá pro organismy. Vezměme si včasný příklad ledvin: denně by měly filtrovat obrovské množství vody. Pokud k tomuto procesu nedojde správně, následky by byly fatální.

Kromě koncentrace moči se aquaporiny podílejí na celkové homeostáze tělních tekutin, funkci mozku, sekreci žlázy, hydrataci kůže, plodnosti u mužů, vidění, sluchu - jen zmínka o několika procesech biologické.

V experimentech prováděných na myších se dospělo k závěru, že se také podílejí na buněčné migraci, což je úloha, která je daleko od vodní dopravy.

Funkce v rostlinách

Aquaporiny jsou většinou různorodé v rostlinné říši. V těchto organismech zprostředkovávají klíčové procesy, jako je pot, reprodukce, metabolismus.

Kromě toho hrají důležitou roli jako adaptivní mechanismus v prostředích, jejichž podmínky prostředí nejsou optimální.

Funkce v mikroorganismech

Ačkoliv jsou aquaporiny přítomny v mikroorganismech, dosud nebyla nalezena specifická funkce.

Hlavně ze dvou důvodů: vysoký poměr povrchového objemu mikrobů předpokládá rychlou osmotickou rovnováhu (což nepotřebuje aquaporiny) a studie mikrobiálních delecí nepřinesly jasný fenotyp.

Je však spekulováno, že aquaporiny mohou nabídnout určitou ochranu proti následným zmrazování a rozmrazování, udržování propustnosti vody v membránách při nízkých teplotách.

Typy

Molekuly Aquaporinu jsou známy v různých liniích, a to jak v rostlinách, tak v živočichech a v méně složitých organismech..

V rostlinách bylo nalezeno asi 50 různých molekul, zatímco savci mají pouze 13, distribuovaných různými tkáněmi, jako je epiteliální a endotelová tkáň ledvin, plic, exokrinních žláz a orgánů souvisejících s trávením..

Aquaporiny však mohou být také exprimovány ve tkáních, které nemají zjevný a přímý vztah s transportem tekutin v těle, jako například v astrocytech centrálního nervového systému a v určitých oblastech oka, jako je rohovka a ciliární epitel..

Tam jsou aquaporins nahoru v houbové membráně, baktérií (jak E. coli) a v membránách organel, jako jsou chloroplasty a mitochondrie.

Lékařské patologie spojené s aquaporiny

U pacientů, kteří mají nějakou poruchu v sekvenci aquaporinu 2 přítomného v buňkách ledvin, musí mít více než 20 litrů vody, aby se udrželi hydratovaní. V těchto lékařských případech není dostatečná koncentrace moči.

Opačný případ má také za následek zajímavý klinický případ: produkce nadbytku aquaporinu 2 vede k nadměrné retenci tekutin u pacienta.

Během období těhotenství dochází ke zvýšení syntézy aquaporinů. Tato skutečnost vysvětluje retenci tekutin běžnou u budoucích matek. Podobně nepřítomnost aquaporinu 2 souvisí s výskytem určitého typu diabetu.

Odkazy

  1. Brown, D. (2017). Objev vodních kanálů (Aquaporins). Výživa a metabolismus, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). Biologie. Redakční Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Buněčná a molekulární biologie. Redakční Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Identifikace rodiny genů aquaporinu a jejich exprese v horské bavlně (\ tGossypium hirsutum L.). Biologie rostlin BMC, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporins ve zdraví a nemoci: Přehled zaměřený na střeva různých druhů. Mezinárodní časopis molekulárních věd, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Život: Věda o biologii. Redakční Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins v klinické medicíně. Každoroční přehled medicíny, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., & Mitra, A. K. (2000). Struktura a funkce vodních kanálů aquaporinu. Americký žurnál fyziologie-renální fyziologie, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporins. Současná biologie, 23 (2), R52-5.