AKVAPORINOK: FUNKCIÓK, FELÉPÍTÉS ÉS TÍPUSOK - BIOLÓGIA - 2025

Az akvaporinok, más néven vízcsatornák, olyan proteinekből álló molekulák, amelyek biológiai membránokon mennek keresztül. Feladataik a gyors és hatékony vízáramlás közvetítése a sejtekbe és a sejtekből, és megakadályozzák, hogy a víz kölcsönhatásba lépjen a foszfolipid kettős rétegek tipikus hidrofób részeivel.

Ezek a fehérjék egy hordóhoz hasonlítanak, és nagyon sajátos molekuláris szerkezetűek, főleg helikákból állnak. Széles körben elterjedtek különböző törzsekben, ideértve a kis mikroorganizmusokat az állatokig és a növényekig, ahol gazdagok.

Forrás: María Quezada Aranda, a Wikimedia Commonsból

Történelmi perspektíva

A fiziológia és a membránon (aktív és passzív) mozgó mechanizmusok alapvető ismerete alapján feltételezhetjük, hogy a vízszállítás nem jelent problémát, mivel a sejtbe egyszerű diffúzióval jutunk be és távozunk.

Ez az ötlet évek óta fennáll. Néhány kutató azonban felismerte néhány vízszállító csatorna létezését, mivel bizonyos sejttípusokban, ahol a víz magas permeabilitása van (például a vesében), a diffúzió nem lenne elegendő mechanizmus a transzport megmagyarázására. vízből.

Az orvos és kutató, Agre Peter, ezeket a fehérjecsatornákat 1992-ben fedezte fel, miközben az eritrociták membránjával dolgozott. Ennek a felfedezésnek köszönhetően (kollégáival együtt) elnyerte a Nobel-díjat 2003-ban. Ezt az első akvaporint "aquaporin 1" -nek hívták.

Szerkezet

Az akvaporin alakja egy homokóra emlékeztet, amelynek két szimmetrikus fele van egymással szemben. Ez a szerkezet keresztezi a sejt kettős lipid membránját.

Meg kell említeni, hogy az akvaporin alakja nagyon különleges, és nem emlékeztet semmilyen más típusú membránt átfogó fehérjére.

Az aminosav-szekvenciák túlnyomórészt polárosak. A transzmembrán fehérjékre jellemző, hogy egy szegmens gazdag alfa-spirális szegmensekben. Az akvaporinoknak azonban nincs ilyen régiója.

A jelenlegi technológiák alkalmazásának köszönhetően a porin szerkezetét részletesen meghatározták: 24–30 KDa-os monomerek, amelyek hat spirális szegmensből állnak, két kis szegmenssel, amelyek körülveszik a citoplazmát, és amelyeket egy kis pórus köti össze.

Ezeket a monomereket négy egységből álló csoportban állítják össze, bár mindegyik egymástól függetlenül működhet. A kis helikákban van néhány megőrzött motívum, köztük az NPA.

Néhány emlősökben található akvaporinban (AQP4) magasabb aggregációk fordulnak elő, amelyek szupramolekuláris kristályos elrendezéseket képeznek.

A víz szállítása érdekében a fehérje belseje poláris, a külső pedig nem poláris, szemben a szokásos globális fehérjékkel.

Forrás: Nem nyújtotta be géppel olvasható szerző. DanielMCR feltételezte (szerzői jogi igények alapján)., a Wikimedia Commonson keresztül

Jellemzők

Az akvaporinok szerepe az, hogy közvetítsék a víznek a sejtbe jutását az ozmotikus gradiens hatására. Nincs szükség semmiféle további erőre vagy pumpálásra: a víz ozmózissal lép be és távozik a cellába, amelyet az aquaporin közvetít. Egyes változatok glicerin molekulákat is tartalmaznak.

Ennek a transzportnak a végrehajtása és a víz permeabilitásának lényeges növelése érdekében a sejtmembránt akvaporin molekulákkal töltjük fel, 10 000 négyzet mikrométer sűrűség szerint.

Funkciók állatokban

A vízszállítás létfontosságú az organizmusok számára. Vegyük a vesék konkrét példáját: naponta hatalmas mennyiségű vizet kell szűrniük. Ha ez a folyamat nem történik meg megfelelően, a következmények végzetes lehetnek.

A vizeletkoncentráción kívül az aquaporinek részt vesznek az általános testfolyadék homeosztázisában, az agy működésében, a mirigyek szekréciójában, a bőr hidratációjában, a férfiak termékenységében, látásban, hallásban - csak néhány folyamat említésére biológiai.

Az egerekkel végzett kísérletekben arra a következtetésre jutottak, hogy ők is részt vesznek a sejtek vándorlásában, ami egy olyan szerepet játszik, amely távol van a vízszállítástól.

Funkciók a növényekben

Az akvaporinok főként változatosak a növényvilágban. Ezekben az organizmusokban a lényeges folyamatok, mint például az izzadás, a szaporodás és az anyagcserék, mediálnak.

Ezenkívül fontos szerepet játszanak adaptív mechanizmusként olyan környezetben, amelynek környezeti feltételei nem optimálisak.

Funkciók a mikroorganizmusokban

Noha az akvaporinok jelen vannak a mikroorganizmusokban, még nem találtak specifikus funkciót.

Elsősorban két okból: a mikrobák nagy felületi / térfogataránya gyors ozmotikus egyensúlyt jelent (az akvaporinok feleslegessé válnak), és a mikrobákban a deléciók vizsgálata nem adott világos fenotípust.

Arra gondolunk azonban, hogy az akvaporinok védelmet nyújthatnak az egymást követő fagyás és felolvadás ellen, fenntartva a víz membránokban való áteresztőképességét alacsony hőmérsékleten.

típusai

Az Aquaporin molekulák különféle vonalokból ismertek, mind növényekben, mind állatokban, valamint kevésbé összetett szervezetekben, és ezek nagyon hasonlítanak egymáshoz - akkor feltételezzük, hogy az evolúció korai szakaszában jelentkeztek.

Körülbelül 50 különféle molekulát találtak a növényekben, míg az emlősöknek csupán 13-a van, és eloszlik különböző szövetekben, például a vese, a tüdő, az exokrin mirigyek és az emésztéssel kapcsolatos szervek epiteliális és endotél szöveteiben.

Az akvaporinok azonban olyan szövetekben is kifejeződhetnek, amelyeknek nincs egyértelmű és közvetlen kapcsolatuk a test folyadékátvitelével, például a központi idegrendszer asztrocitáiban és a szem bizonyos részeiben, például a szaruhártyában és a ciliáris hámban.

Vannak akvaporinok is a gombák, baktériumok (mint például E. coli) membránjain és az organellák membránjain, például a kloroplasztok és a mitokondriumok.

Az akvaporinokkal kapcsolatos orvosi patológiák

Azoknál a betegeknél, akiknek hibája van a vesesejtekben található 2. aquaporin sorrendben, 20 liternél több vizet kell inniuk, hogy hidratálódjanak. Ezekben az orvosi esetekben nincs megfelelő vizeletkoncentráció.

Az ellenkező eset érdekes klinikai esetet eredményez: a túl sok aquaporin 2 termelése a beteg túlzott folyadékretenciójához vezet.

Terhesség alatt fokozódik az aquaporinek szintézise. Ez a tény magyarázza a várandós anyák általános folyadékretencióját. Hasonlóképpen, az aquaporin 2 hiánya kapcsolódott egy bizonyos típusú cukorbetegség kialakulásához.

Irodalom

1. Brown, D. (2017). A vízcsatornák felfedezése (Aquaporinok). Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (1. készlet), 37–42.
2. Campbell A, N. és Reece, JB (2005). Biológia. Szerkesztő Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Sejtes és molekuláris biológia. Szerkesztő Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ és Campbell, BT (2010). Az akvaporin gének családjának azonosítása és expressziója hegyvidéki gyapotban (Gossypium hirsutum L.). BMC növénybiológia, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., és Meli, R. (2016). Akvaporinok egészségben és betegségekben: Áttekintés a különféle fajok béljáról. Nemzetközi molekuláris tudományos folyóirat, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Élet: A biológia tudománya. Szerkesztő Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Akvaporinok a klinikai orvoslásban. Az orvostudomány éves áttekintése, 63, 303-316.
8. Verkman, AS és Mitra, AK (2000). Az aquaporin vízcsatornák felépítése és működése. American Journal of Physiology, renal Physiology, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Aquaporinok. Jelenlegi biológia, 23. (2), R52-5.