AKVAPORINAI: FUNKCIJOS, STRUKTŪRA IR TIPAI - BIOLOGIJA

Kad aquaporins , taip pat žinomas kaip vandens kanalų yra baltyminės molekulės, kad eiti per biologinių membranų. Jie yra atsakingi už tarpininkavimą greitam ir efektyviam vandens tekėjimui į ląsteles ir iš jų, užkertant kelią vandeniui sąveikauti su tipiškomis hidrofobinėmis fosfolipidų dviejų sluoksnių dalimis.

Šie baltymai primena statinę ir turi labai savitą molekulinę struktūrą, sudarytą daugiausia iš spiralių. Jie yra plačiai paplitę skirtingose rūšyse, įskaitant nuo mažų mikroorganizmų iki gyvūnų ir augalų, kur jų gausu.

Šaltinis: María Quezada Aranda, iš „Wikimedia Commons“

Istorinė perspektyva

Turėdami pagrindines fiziologijos žinias ir mechanizmus, kurie tirpsta judėdami membranomis (aktyviomis ir pasyviomis), galėtume spėti, kad vandens transportavimas nesukelia jokių problemų, nes į ląstelę patenkama ir iš jos išleidžiama difuzija.

Ši idėja gyvuoja daugelį metų. Tačiau kai kurie tyrėjai nustatė tam tikro vandens pernešimo kanalo egzistavimą, nes tam tikrose ląstelių rūšyse, turinčiose didelį vandens pralaidumą (pavyzdžiui, inkstuose), difuzija nebūtų pakankamas mechanizmas, paaiškinantis pernešimą. vandens.

Gydytojas ir tyrėjas Peteris Agre šiuos baltymų kanalus atrado 1992 m., Dirbdamas su eritrocitų membrana. Dėl šio atradimo jis laimėjo (kartu su savo kolegomis) 2003 m. Nobelio premiją. Šis pirmasis akvaporinas buvo vadinamas „aquaporin 1“.

Struktūra

Akvaporino forma primena smėlio laikrodį, kurio dvi simetriškos pusės yra nukreiptos viena į kitą. Ši struktūra kerta dvigubą ląstelės lipidinę membraną.

Reikėtų paminėti, kad akvaporino forma yra ypatinga ir neprilygsta jokiam kitam membraną apimančių baltymų tipui.

Daugiausia aminorūgščių sekos yra polinės. Transmembraniniai baltymai pasižymi tuo, kad turi segmentą, kuriame gausu alfa spiralinių segmentų. Tačiau akvaporinams trūksta tokių regionų.

Dėl šiuolaikinių technologijų naudojimo porino struktūra buvo išsamiai išaiškinta: jie yra monomerai nuo 24 iki 30 KDa, susidedantys iš šešių spiralinių segmentų, turinčių du mažus segmentus, kurie supa citoplazmą ir yra sujungti mažomis poromis.

Šie monomerai yra surinkti į keturių vienetų grupę, nors kiekvienas iš jų gali veikti nepriklausomai. Mažose spiralėse yra keletas konservuotų motyvų, įskaitant NPA.

Kai kuriuose žinduoliuose esančiuose akvaporinuose (AQP4) susidaro didesnės agregacijos, sudarančios viršmolekulinius kristalų išdėstymus.

Norint pernešti vandenį, baltymo vidus yra poliarinis, o išorės - nepolinis, priešingai nei įprasti rutuliniai baltymai.

Šaltinis: Autorius nepateikė jokių mašininio skaitymo galimybių. „DanielMCR“ padarė prielaidą (remiantis autorių teisių pretenzijomis). , per „Wikimedia Commons“

funkcijos

Akvaporinų vaidmuo yra tarpininkauti vandens pernešimui į ląstelę reaguojant į osmosinį gradientą. Tam nereikia jokios papildomos jėgos ar siurbimo: vanduo į ląstelę patenka ir išeina osmoso būdu, veikiamas akvaporino. Kai kurie variantai taip pat neša glicerolio molekules.

Norint atlikti šį pernešimą ir iš esmės padidinti pralaidumą vandeniui, ląstelės membrana yra supakuota su akvaporino molekulėmis 10 000 kvadratinių mikrometrų tankio tvarka.

Funkcijos gyvūnams

Vandens transportas yra gyvybiškai svarbus organizmams. Paimkime konkretų inkstų pavyzdį: jie kiekvieną dieną turi filtruoti didžiulį kiekį vandens. Jei šis procesas įvyktų netinkamai, pasekmės būtų mirtinos.

Be šlapimo koncentracijos, akvaporinai dalyvauja bendroje kūno skysčių homeostazėje, smegenų veikloje, liaukų sekrecijoje, odos hidratacijoje, vyrų vaisingumui, regėjimui, klausai - tik reikia paminėti keletą procesų. biologinis.

Su pelėmis atliktais eksperimentais buvo padaryta išvada, kad jos taip pat dalyvauja ląstelių migracijoje - tai vaidmuo, labai nutolęs nuo vandens pernešimo.

Funkcijos augaluose

Akvaporinai augalų karalystėje dažniausiai būna įvairūs. Šiuose organizmuose tarpininkauja tokie svarbūs procesai, kaip prakaitavimas, dauginimasis, metabolizmas.

Be to, jie vaidina svarbų vaidmenį kaip prisitaikantis mechanizmas aplinkoje, kurios aplinkos sąlygos nėra optimalios.

Mikroorganizmų funkcijos

Nors akvaporinų yra mikroorganizmuose, specifinė funkcija dar nerasta.

Daugiausia dėl dviejų priežasčių: didelis mikrobų paviršiaus ir tūrio santykis reiškia greitą osmosinę pusiausvyrą (todėl akvaporinai tampa nereikalingi), o mikrobų delecijų tyrimai nesuteikė aiškaus fenotipo.

Vis dėlto spėliojama, kad akvaporinai gali apsaugoti nuo nuoseklaus užšalimo ir atitirpinimo, išlaikydami vandens pralaidumą membranose žemoje temperatūroje.

Tipai

Akvaporino molekulės yra žinomos iš įvairių rūšių tiek augaluose, tiek gyvūnuose, tiek ir mažiau sudėtinguose organizmuose, ir jos labai primena viena kitą - manome, kad tada jos atsirado evoliucijos pradžioje.

Augaluose rasta apie 50 skirtingų molekulių, o žinduoliai turi tik 13, pasiskirstę po įvairius audinius, tokius kaip inkstų epitelinis ir endotelinis audiniai, plaučiai, egzokrininės liaukos ir organai, susiję su virškinimu.

Tačiau akvaporinai taip pat gali būti ekspresuojami audiniuose, kurie neturi akivaizdaus ir tiesioginio ryšio su skysčių transportavimu kūne, pavyzdžiui, centrinės nervų sistemos astrocituose ir tam tikruose akies regionuose, tokiuose kaip ragenos ir ciliarinis epitelis.

Akvaporinų yra net grybelių, bakterijų (tokių kaip E. coli) ir organelių membranose, tokiose kaip chloroplastai ir mitochondrijos.

Medicininės patologijos, susijusios su akvaporinais

Pacientai, kurių inkstų ląstelėse yra 2-ojo akvaparino seka, turi gerti daugiau nei 20 litrų vandens, kad liktų hidratuoti. Šiais medicininiais atvejais nėra tinkamos šlapimo koncentracijos.

Priešingas atvejis taip pat lemia įdomų klinikinį atvejį: perteklinis akvaporino 2 kiekis sukelia paciento skysčių perteklių.

Nėštumo metu padidėja akvaporinų sintezė. Šis faktas paaiškina bendrą skysčių susilaikymą besilaukiančioms motinoms. Taip pat 2-ojo akvaporino nebuvimas buvo susijęs su tam tikro tipo diabeto išsivystymu.

Nuorodos

Brownas, D. (2017). Vandens kanalų (Aquaporins) atradimas. Mitybos ir metabolizmo metraščiai, 70 (1 tiekimas), 37–42.
Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologija. Redakcija Médica Panamericana.
Lodish, H. (2005). Ląstelių ir molekulių biologija. Redakcija Médica Panamericana.
Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Akvaporino genų šeimos identifikavimas ir jų raiška kalnuotoje medvilnėje (Gossypium hirsutum L.). BMC augalų biologija, 10 (1), 142.
Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Akvaporinai, sergantys sveikata ir ligomis: Apžvalga, kurioje pagrindinis dėmesys skiriamas skirtingų rūšių žarnynui. Tarptautinis molekulinių mokslų žurnalas, 17 (8), 1213 m.
Sadava, D., & Purves, WH (2009). Gyvenimas: Biologijos mokslas. Redakcija Médica Panamericana.
AS „Verkman“ (2012). Akvaporinai klinikinėje medicinoje. Metinė medicinos peržiūra, 63, 303–316.
Verkman, AS, ir Mitra, AK (2000). Akvaporino vandens kanalų struktūra ir funkcijos. Amerikos žurnalas apie fiziologiją ir inkstų fiziologiją, 278 (1), F13-F28.
AS „Verkman“ (2013). Akvaporinai. Dabartinė biologija, 23 (2), R52-5.

AKVAPORINAI: FUNKCIJOS, STRUKTŪRA IR TIPAI - BIOLOGIJA - 2025