Aquaporinsin toiminnot, rakenne ja tyypit



akvaporiineja, tunnetaan myös vesikanavina, ovat proteiinimolekyylejä, jotka ylittävät biologiset kalvot. Ne ovat vastuussa välittämästä nopeaa ja tehokasta vesivirtaa soluihin ja ulos, estäen veden vuorovaikutuksen fosfolipidikaksokerroksille tyypillisten hydrofobisten osien kanssa..

Nämä proteiinit muistuttavat tynnyriä ja niillä on hyvin erityinen molekyylirakenne, joka koostuu pääasiassa helikseistä. Ne jakautuvat laajasti eri linjoihin, myös pienistä mikro-organismeista eläimiin ja kasveihin, joissa ne ovat runsaasti.

indeksi

  • 1 Historiallinen näkökulma
  • 2 Rakenne
  • 3 Toiminnot
    • 3.1 Eläinten toiminnot
    • 3.2 Kasvien toiminnot
    • 3.3 Toiminnot mikro-organismeissa
  • 4 tyypit
  • 5 Aquaporiiniin liittyvät lääketieteelliset patologiat
  • 6 Viitteet

Historiallinen näkökulma

Perusosaaminen fysiologiasta ja mekanismeista, joita liuenneet aineet liikkuvat kalvojen läpi (aktiivinen ja passiivinen), voisimme intuitoida, että veden kuljettaminen ei edellytä mitään ongelmaa, soluun siirtymistä ja poistumista yksinkertaisesta diffuusiosta.

Tätä ajatusta käsiteltiin monta vuotta. Jotkut tutkijat näkivät kuitenkin jonkin verran vesiliikennekanavaa, koska tietyissä korkean vedenläpäisevyyden omaavissa solutyypeissä (esim. Munuaiset) leviäminen ei riitä riittävästi kuljetuksen selittämiseen. vettä.

Lääkäri ja tutkija Peter Agre löysi nämä proteiinikanavat vuonna 1992 työskennellessään erytrosyyttien kalvon kanssa. Tämän löydön ansiosta hän voitti (yhdessä kollegoidensa kanssa) Nobelin palkinnon vuonna 2003. Tämä ensimmäinen aquaporin kutsuttiin nimellä "Aquaporin 1".

rakenne

Aquaporinin muoto muistuttaa tiimalasin, jossa on kaksi symmetristä puoliskoa, jotka on suunnattu vastakkaisiin suuntiin. Tämä rakenne ylittää solun kaksinkertaisen lipidikalvon.

On syytä mainita, että aquaporin-muoto on hyvin erityinen eikä muistuta minkään muun tyyppisiä proteiineja, jotka ylittävät kalvon..

Aminohapposekvenssit ovat pääasiassa polaarisia. Transmembraaniproteiineille on tunnusomaista, että sillä on segmentti, jossa on runsaasti alfa-kierteisiä segmenttejä. Kuitenkin aquaporinsilla ei ole tällaisia ​​alueita.

Nykyisten tekniikoiden ansiosta porinrakennetta on voitu selvittää yksityiskohtaisesti: ne ovat monomeereja 24 - 30 KDa, jotka koostuvat kuudesta kierteisestä segmentistä, joissa on kaksi pientä segmenttiä, jotka ympäröivät sytoplasmaa ja jotka on liitetty pieneen huokosiin.

Nämä monomeerit kootaan neljään yksikköön, vaikka kukin voi toimia itsenäisesti. Pienissä potkureissa on joitakin konservoituneita motiiveja, mukaan lukien NPA.

Joissakin nisäkkäissä (AQP4) esiintyvissä akvaarioissa esiintyy suurempia aggregaatioita, jotka muodostavat supramolekulaarisia kidejärjestelyjä.

Veden kuljettamiseksi proteiinin sisäpuoli on polaarinen ja ulkopuoli on apolaarinen, päinvastoin kuin yleiset globulaariset proteiinit.

tehtävät

Aquaporinien tehtävänä on välittää veden kuljettaminen solun sisäosaan vasteena osmoottiselle gradientille. Se ei vaadi minkäänlaista lisävoimaa tai pumppausta: vesi tulee soluun ja poistuu siitä osmoosin välityksellä, jota välittää aquaporin. Jotkin variantit sisältävät myös glyserolimolekyylejä.

Tämän kuljetuksen toteuttamiseksi ja veden läpäisevyyden parantamiseksi olennaisesti solukalvo on täynnä vesipitoisia molekyylejä, joiden tiheys on 10 000 neliömetriä.

Toiminnot eläimissä

Veden kuljetus on elintärkeää organismeille. Otetaan täsmällinen esimerkki munuaisista: niiden pitäisi suodattaa valtavia määriä vettä päivittäin. Jos tämä prosessi ei tapahdu oikein, seuraukset olisivat kohtalokkaita.

Virtsan pitoisuuden lisäksi aquaporins osallistuu kehon nesteiden yleiseen homeostaasiin, aivojen toimintaan, rauhaseritykseen, ihon hydratoitumiseen, miesten hedelmällisyyteen, visioon, kuuloon - vain muutamia prosesseja mainitsemalla biologinen.

Hiirissä suoritetuissa kokeissa pääteltiin, että ne osallistuvat myös solujen migraatioon, joka on kaukana vesiliikenteestä.

Toiminnot kasveissa

Aquaporins ovat enimmäkseen monimuotoisia kasvikunnassa. Näissä organismeissa välitämme ratkaisevia prosesseja, kuten hikoilua, lisääntymistä, metaboliaa.

Lisäksi niillä on tärkeä rooli mukautuvana mekanismina ympäristöissä, joiden ympäristöolosuhteet eivät ole optimaalisia.

Toiminnot mikro-organismeissa

Vaikka mikro-organismeissa on vesihöyryjä, tiettyä toimintoa ei ole vielä löydetty.

Pääasiassa kahdesta syystä: mikrobien korkea pinta-alan suhde edellyttää nopeaa osmoottista tasapainoa (mikä tekee vesihöyryjä tarpeettomiksi) ja mikrobien poistotutkimukset eivät ole tuottaneet selkeää fenotyyppiä.

On kuitenkin spekuloitu, että aquaporins voi tarjota jonkin verran suojaa peräkkäisiltä jäätymis- ja sulatustapahtumista, säilyttäen veden läpäisevyyden kalvoissa alhaisissa lämpötiloissa.

tyyppi

Aquaporin-molekyylit tunnetaan eri linjoissa sekä kasveissa että eläimissä ja vähemmän monimutkaisissa organismeissa, ja nämä muistuttavat läheisesti toisiaan - oletamme sitten, että ne ilmestyivät evoluution alkuvaiheessa.

Kasveissa on havaittu noin 50 erilaista molekyyliä, kun taas nisäkkäillä on vain 13 erilaista kudosta, kuten munuaisten, keuhkojen, eksokriinisten rauhasien ja ruoansulatukseen liittyvien elinten epiteeli- ja endoteelikudos..

Kuitenkin akvaporiineja voidaan ilmentää myös kudoksissa, joilla ei ole ilmeistä ja suoraa yhteyttä nesteiden kulkeutumiseen elimistössä, kuten keskushermoston astrosyytteissä ja tietyissä silmän alueilla, kuten sarveiskalvossa ja sylinterisessä epiteelissä..

Sienikalvoon on bakteereja (kuten E. coli) ja organellien kalvoissa, kuten kloroplastit ja mitokondriot.

Akvaarioihin liittyvät lääketieteelliset patologiat

Niillä potilailla, joilla on jonkin verran vikaa munuaisten soluissa esiintyvässä vesipitoisessa sekvenssissä, niiden on otettava yli 20 litraa vettä pitämään itsensä hydratoituneina. Näissä lääketieteellisissä tapauksissa virtsaa ei ole riittävästi.

Vastakkainen tapaus johtaa myös mielenkiintoiseen kliiniseen tapaukseen: ylimääräisen aquaporin 2: n tuotanto johtaa liialliseen nesteen kertymiseen potilaaseen.

Raskauden aikana on lisääntynyt akvaarioiden synteesi. Tämä seikka selittää tuleville äideille yleisen nesteen kertymisen. Samoin akvaporiini 2: n puuttuminen on liitetty tietyntyyppisen diabeteksen esiintymiseen.

viittaukset

  1. Brown, D. (2017). Vesikanavien löytäminen (Aquaporins). Annals of Nutrition ja Metabolism, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). biologia. Toimituksellinen Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Solu- ja molekyylibiologia. Toimituksellinen Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Aquaporin-geenien perheen tunnistaminen ja niiden ilmentyminen vuoristoalueilla (Gossypium hirsutum L.). BMC-kasvibiologia, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporins terveyteen ja sairauksiin: Yleiskuva eri lajien suolistosta. Kansainvälinen molekyylitieteellinen lehti, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Elämä: Biologian tiede. Toimituksellinen Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins kliinisen lääketieteen. Lääketieteen vuosikatsaus, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., ja Mitra, A. K. (2000). Vesikanavien rakenne ja toiminta. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). akvaporiineja. Nykyinen biologia, 23 (2), R52-5.