AKVAPORĪNI: FUNKCIJAS, STRUKTŪRA UN VEIDI - BIOLOĢIJA - 2025

Par aquaporins , kas pazīstams arī kā ūdens kanāli olbaltumvielām molekulas, kas iet cauri bioloģiskajām membrānām. Viņi ir atbildīgi par starpniecību ātrai un efektīvai ūdens plūsmai šūnās un ārā no tām, neļaujot ūdenim mijiedarboties ar fosfolipīdu divslāņu slāņu tipiskajām hidrofobām porcijām.

Šie proteīni atgādina mucu, un tiem ir ļoti īpaša molekulārā struktūra, kas sastāv galvenokārt no helikām. Tie ir plaši izplatīti dažādās sugās, ieskaitot no maziem mikroorganismiem līdz dzīvniekiem un augiem, kur tie ir bagātīgi.

Avots: María Quezada Aranda, no Wikimedia Commons

Vēsturiskā perspektīva

Pamatzināšanas par fizioloģiju un mehānismiem, kas šķīst, pārvietojas pa membrānām (aktīvajām un pasīvajām), mēs varētu nojaust, ka ūdens transportēšana nerada nekādas problēmas, iekļūstot šūnā un iziet no tās ar vienkāršu difūziju.

Šī ideja pastāv jau daudzus gadus. Tomēr daži pētnieki atklāja kāda ūdens transporta kanāla esamību, jo dažos šūnu tipos ar augstu ūdens caurlaidību (piemēram, piemēram, nierēs) difūzija nebūtu pietiekams mehānisms transporta izskaidrošanai. no ūdens.

Ārsts un pētnieks Pēteris Agre šos olbaltumvielu kanālus atklāja 1992. gadā, strādājot ar eritrocītu membrānu. Pateicoties šim atklājumam, viņš 2003. gadā kopā ar saviem kolēģiem ieguva Nobela prēmiju. Šo pirmo akvaporīnu sauca par “aquaporin 1”.

Uzbūve

Akvaporīna forma atgādina smilšu pulksteni ar divām simetriskām pusēm, kas vērstas viena pret otru. Šī struktūra šķērso šūnas dubulto lipīdu membrānu.

Jāpiemin, ka akvaporīna forma ir ļoti īpaša un neatgādina nevienu citu membrānu saturošu olbaltumvielu veidu.

Aminoskābju sekvences pārsvarā ir polāras. Transmembranālajiem proteīniem ir raksturīgs segments, kas bagāts ar alfa spirālveida segmentiem. Tomēr akvaporīniem šādu reģionu trūkst.

Pateicoties pašreizējām tehnoloģijām, porīnas struktūra ir sīki noskaidrota: tie ir monomēri no 24 līdz 30 KDa, kas sastāv no sešiem spirālveida segmentiem ar diviem maziem segmentiem, kas ieskauj citoplazmu un ir savienoti ar nelielu poru.

Šie monomēri ir samontēti četru vienību grupā, lai gan katrs no tiem var darboties neatkarīgi. Mazās helikrijās ir daži konservatīvi motīvi, ieskaitot NPA.

Dažos akvaporīnos, kas atrodami zīdītājiem (AQP4), notiek augstākas agregācijas, kas veido supramolequal kristālu kompozīcijas.

Lai pārvadātu ūdeni, olbaltumvielu iekšpuse ir polāra, bet ārpuse - nepolāra, pretstatā parastajiem globālajiem proteīniem.

Avots: Autors nenodrošina nevienu mašīnlasāmu autoru. DanielMCR pieņēma (pamatojoties uz autortiesību pretenzijām). , izmantojot Wikimedia Commons

Iespējas

Akvaporīnu loma ir starpināt ūdens transportēšanu šūnā, reaģējot uz osmotisko gradientu. Tam nav nepieciešams papildu spēks vai sūknēšana: ūdens nonāk šūnā un iziet no tās ar osmozes palīdzību, ko medijē akvaporīns. Daži varianti pārvadā arī glicerīna molekulas.

Lai veiktu šo transportēšanu un ievērojami palielinātu ūdens caurlaidību, šūnu membrāna ir pildīta ar akvaporīna molekulām blīvuma secībā 10000 kvadrāt mikrometri.

Funkcijas dzīvniekiem

Ūdens transports ir ļoti svarīgs organismiem. Ņemsim konkrētu nieru piemēru: tām katru dienu jāfiltrē milzīgs ūdens daudzums. Ja šis process nenotiek pareizi, sekas būtu fatālas.

Papildus urīna koncentrācijai akvaporīni ir iesaistīti vispārējā ķermeņa šķidruma homeostāzē, smadzeņu darbībā, dziedzera sekrēcijā, ādas hidratācijā, vīriešu auglībā, redzējumā, dzirdi - tikai jāpiemin daži procesi bioloģiskā.

Eksperimentos, kas veikti ar pelēm, tika secināts, ka viņi arī piedalās šūnu migrācijā - lomā, kas ir tālu no ūdens transporta.

Funkcijas augos

Akvaporīni galvenokārt ir daudzveidīgi augu valstībā. Šajos organismos mediē tādi svarīgi procesi kā svīšana, vairošanās, metabolisms.

Turklāt tiem ir liela nozīme kā adaptīvam mehānismam vidēs, kuru vides apstākļi nav optimāli.

Funkcijas mikroorganismos

Lai arī akvaporīni atrodas mikroorganismos, īpaša funkcija vēl nav atrasta.

Galvenokārt divu iemeslu dēļ: mikrobu augstā virsmas un tilpuma attiecība nozīmē ātru osmotisko līdzsvaru (padarot akvaporīnus nevajadzīgus), un mikrobu deleciju pētījumos nav iegūts skaidrs fenotips.

Tomēr tiek spekulēts, ka akvaporīni var piedāvāt zināmu aizsardzību pret secīgiem sasalšanas un atkausēšanas gadījumiem, saglabājot ūdens caurlaidību membrānās zemā temperatūrā.

Veidi

Akvaporīna molekulas ir zināmas no dažādām sugām gan augos, gan dzīvniekos, gan mazāk sarežģītos organismos, un tās ļoti līdzinās viena otrai - mēs pieņemam, ka tās parādījās evolūcijas sākumā.

Augos ir atrastas apmēram 50 dažādas molekulas, savukārt zīdītājiem ir tikai 13, kas ir sadalītas dažādos audos, piemēram, nieru, plaušu, eksokrīno dziedzeru un gremošanas orgānu epitēlija un endotēlija audos.

Tomēr akvaporīnus var izteikt arī audos, kuriem nav acīmredzamas un tiešas saistības ar šķidruma transportēšanu organismā, piemēram, centrālās nervu sistēmas astrocītos un noteiktos acs reģionos, piemēram, radzenes un ciliāru epitēlijā.

Akvaporīni ir pat sēnīšu, baktēriju (piemēram, E. coli) membrānās un organellu membrānās, piemēram, hloroplastos un mitohondrijos.

Medicīniskās patoloģijas, kas saistītas ar akvaporīniem

Pacientiem, kuriem nieru šūnās ir 2. akvaporīna secības defekts, viņiem jādzer vairāk nekā 20 litri ūdens, lai saglabātu hidratāciju. Šajos medicīniskajos gadījumos nav pietiekamas koncentrācijas urīnā.

Pretējs gadījums rada arī interesantu klīnisku gadījumu: akvaporīna 2 veidošanās pārmērīgi noved pie tā, ka pacientā aizturi pārmērīgi daudz šķidruma.

Grūtniecības laikā palielinās akvaporīnu sintēze. Šis fakts izskaidro kopējo šķidruma aizturi topošajām māmiņām. Tāpat 2. akvaporīna trūkums ir saistīts ar noteikta veida diabēta attīstību.

Atsauces

1. Brauns, D. (2017). Ūdens kanālu (Aquaporins) atklāšana. Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (1. pieg.), 37–42.
2. Kempbela A, N., un Reece, JB (2005). Bioloģija. Redakcija Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Šūnu un molekulārā bioloģija. Redakcija Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Akvaporīna gēnu saimes identifikācija un to ekspresija augstienes kokvilnā (Gossypium hirsutum L.). BMC augu bioloģija, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Akvaporīni veselībā un slimībās: pārskats, kurā uzmanība tiek pievērsta dažādu sugu zarnām. Starptautiskais molekulāro zinātņu žurnāls, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Dzīve: bioloģijas zinātne. Redakcija Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Akvaporīni klīniskajā medicīnā. Gada zāļu pārskats, 63, 303-316.
8. Verkman, AS, & Mitra, AK (2000). Akvaporīna ūdens kanālu uzbūve un darbība. American Journal of Physiology-nieru fizioloģija, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Akvaporīni. Pašreizējā bioloģija, 23 (2), R52-5.