Aquaporins funktioner, struktur och typer



den aquaporiner, även kända som vattenkanaler, är molekyler av protein natur som passerar de biologiska membranen. De ansvarar för att förmedla det snabba och effektiva flödet av vatten in och ut ur celler, vilket hindrar vatten från att interagera med de hydrofoba delarna som är typiska för fosfolipid-bilayers..

Dessa proteiner liknar ett fat och har en mycket speciell molekylstruktur, som huvudsakligen består av helixer. De distribueras ofta i olika linjer, däribland från små mikroorganismer till djur och växter, där de är rikliga.

index

  • 1 Historiskt perspektiv
  • 2 struktur
  • 3 funktioner
    • 3.1 Funktioner hos djur
    • 3.2 Funktioner i växter
    • 3.3 Funktioner i mikroorganismer
  • 4 typer
  • 5 Medicinska patologier associerade med aquaporiner
  • 6 referenser

Historiskt perspektiv

Med en grundläggande förståelse för fysiologi och mekanismer som rör lösta ämnen genom membranet (aktiv och passiv), kunde vi känner att vattentransport är inte ett problem, och ut ur cellen genom enkel diffusion.

Denna idé hanterades i många år. Däremot såg vissa forskare förekomsten av en viss vattentransportkanal, eftersom diffusion i vissa celltyper med hög vattenpermeabilitet (till exempel njuren) inte skulle räcka för att förklara transporten av vatten.

Läkaren och forskaren Peter Agre upptäckte dessa proteinkanaler 1992, medan de arbetade med membranet av erytrocyter. Tack vare denna upptäckt vann han (tillsammans med sina kollegor) Nobelpriset 2003. Denna första aquaporin kallades "Aquaporin 1".

struktur

Aquaporins form liknar en timglas, med två symmetriska halvor orienterade i motsatta riktningar. Denna struktur passerar cellens dubbla lipidmembran.

Det är nödvändigt att nämna att aquaporinformen är mycket speciell och liknar inte någon annan typ av proteiner som passerar membranet.

Aminosyrasekvenserna är övervägande polära. Transmembranproteiner karaktäriseras av att ha ett segment som är rika på alfa-spiralformiga segment. Aquaporiner saknar emellertid sådana områden.

Tack vare användning av nuvarande teknik, har det varit möjligt att i detalj strukturen för porin: monomerer är från 24 till 30 KDa bestående av sex skruvlinje segmentes två små segment som omger cytoplasman och är anslutna med en liten por.

Dessa monomerer monteras i en grupp av fyra enheter, fastän varje kan fungera oberoende. I små propellrar finns det några konserverade motiv, inklusive NPA.

I vissa aquaporiner som finns i däggdjur (AQP4) uppstår högre aggregat som bildar supramolekylära kristallarrangemang.

För att transportera vatten är det inre av proteinet polärt och utsidan är apolär, i motsats till gemensamma globala proteiner.

funktioner

Aquaporins funktion är att mediera transporten av vatten till det inre av cellen som svar på en osmotisk gradient. Det behöver inte någon typ av ytterligare kraft eller pumpning: vatten kommer in och lämnar cellen genom osmos, förmedlad av aquaporin. Vissa varianter bär också glycerolmolekyler.

För att utföra denna transport och öka vattenpermeabiliteten väsentligen är cellmembranet fyllt med aquaporinmolekyler i en täthet av 10 000 kvadratmikrometer.

Funktioner hos djur

Vattentransporterna är avgörande för organismer. Låt oss ta det punktliga exemplet på njurarna: de borde filtrera enorma mängder vatten dagligen. Om denna process inte förekommer ordentligt skulle konsekvenserna vara dödliga.

Förutom koncentrationen av urin, är aquaporiner involverade i den totala homeostas av kroppsvätskor i hjärnans funktion, utsöndring av körtlar, hudhydratisering, manlig fertilitet, syn, hörsel bara för att nämna några processer biologisk.

I experiment som utfördes hos möss drogs slutsatsen att de också deltar i cellmigration, en roll som är långt ifrån vattentransport.

Funktioner i växter

Aquaporiner är mestadels olika i växtriket. I dessa organismer förmedlar viktiga processer som svettning, reproduktion, metabolism.

Dessutom spelar de en viktig roll som en adaptiv mekanism i miljöer vars miljöförhållanden inte är optimala.

Funktioner i mikroorganismer

Även om aquaporiner är närvarande i mikroorganismer har en specifik funktion ännu inte hittats.

Huvudsakligen av två anledningar: Mikrobernas höga ytvolymförhållande förutsätter en snabb osmotisk jämvikt (vilket gör aquaporiner onödigt) och studier av mikrobiella deletioner har inte givit en klar fenotyp.

Det är emellertid spekulerat att aquaporiner kan erbjuda ett visst skydd mot successiva frysnings- och tina händelser, upprätthålla vattenpermeabiliteten i membranen vid låga temperaturer.

Typ

Aquaporinmolekyler är kända i olika linjer, både i växter och djur och i mindre komplexa organismer, och dessa liknar varandra mycket - vi antar då att de dykt upp tidigt i utvecklingen.

Växter som finns i ca 50 olika molekyler, medan däggdjur besitter endast 13, som distribueras av olika vävnader inklusive endotelial epitelvävnad och njure, lunga, exokrina körtlar och organ relaterade till matsmältningen.

Emellertid aquaporiner också uttrycks i vävnader som inte har en uppenbar och direkt samband med transport av vätskor i kroppen, såsom i astrocyter centrala nervsystemet och i vissa regioner i ögat, såsom hornhinnan och den ciliära epitelet.

Det finns aquaporiner upp i svampmembranet, av bakterier (som E. coli) och i membran av organeller, såsom kloroplaster och mitokondrier.

Medicinska patologier associerade med aquaporiner

Hos patienter som har viss defekt i sekvensen av aquaporin 2 som finns i njurcellerna måste de ta mer än 20 liter vatten för att hålla sig hydratiserade. I dessa medicinska fall finns det ingen tillräcklig koncentration av urin.

Det motsatta fallet resulterar också i ett intressant kliniskt fall: Produktionen av överskott av aquaporin 2 leder till överdriven vätskeretention i patienten.

Under graviditetsperioderna ökar syntesen av aquaporiner. Detta faktum förklarar den vätskeretention som är vanlig i framtida mammor. På liknande sätt har frånvaron av aquaporin 2 kopplats till utseendet av en viss typ av diabetes.

referenser

  1. Brown, D. (2017). Upptäckten av vattenkanaler (Aquaporins). Annaler om näring och metabolism, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). biologi. Editorial Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Cell- och molekylärbiologi. Editorial Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Identifiering av familjen av aquaporingener och deras uttryck i bomull i uppland (Gossypium hirsutum L.). BMC växtbiologi, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporiner i hälsa och sjukdom: En överblick som fokuserar på tarmar av olika arter. International journal of molecular sciences, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W.H. (2009). Liv: Vetenskapen om biologi. Editorial Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporiner i klinisk medicin. Årlig granskning av medicin, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., & Mitra, A. K. (2000). Strukturen och funktionen av aquaporin vattenkanaler. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). aquaporiner. Nuvarande biologi, 23 (2), R52-5.