Aquaporins funktioner, struktur och typer

De akvariner, Även kända som vattenkanaler, de är molekyler av proteinkarakt som korsar biologiska membran. De är ansvariga för att förmedla det snabba och effektiva flödet av vatten in och ut ur cellerna, vilket förhindrar att vatten interagerar med de typiska hydrofoba delarna av fosfolipid dubbelskikten..

Dessa proteiner liknar ett fat och har en mycket speciell molekylär struktur, som huvudsakligen består av spiraler. De distribueras i stor utsträckning i olika släkter, inklusive från små mikroorganismer till djur och växter, där de är rikliga..

Artikelindex

• 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 akvaporiner
• 6 Referenser

Historiskt perspektiv

Med en grundläggande kunskap inom fysiologi och i de mekanismer som lösta ämnen rör sig genom membran (aktiva och passiva), kan vi gissa att vattentransport inte utgör något problem genom att komma in och lämna cellen genom enkel diffusion.

Denna idé har funnits i många år. Vissa forskare upptäckte emellertid förekomsten av en viss vattentransportkanal, eftersom diffusion inte skulle vara en tillräcklig mekanism för att förklara transport av vatten i vissa celltyper med hög permeabilitet för vatten (till exempel njuren)..

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

Strukturera

Aquaporinens form påminner om ett timglas, med två symmetriska halvor orienterade mitt emot varandra. Denna struktur korsar cellens dubbla lipidmembran.

Det är värt att nämna att formen på aquaporin är mycket speciell och inte liknar någon annan typ av membranomfattande proteiner..

Aminosyrasekvenserna är övervägande polära. Transmembranproteiner kännetecknas av att de har ett segment rikt på alfa-spiralformade segment. Emellertid saknar akvaporiner sådana regioner..

Tack vare användningen av nuvarande teknik har porinens struktur belysts i detalj: de är monomerer från 24 till 30 KDa som består av sex spiralformade segment med två små segment som omger cytoplasman och är förbundna med en liten por..

Dessa monomerer är sammansatta i en grupp om fyra enheter, även om var och en kan fungera oberoende. I små propellrar finns det några konserverade motiv, inklusive NPA.

I vissa akvaporiner som finns i däggdjur (AQP4) förekommer högre aggregeringar som bildar supramolequal kristallarrangemang.

För att transportera vatten är proteinets insida polärt och utsidan är icke-polärt, i motsats till vanliga globulära proteiner..

Funktioner

Aquaporins roll är att förmedla transporten av vatten in i cellen som svar på en osmotisk gradient. Det behöver inte någon ytterligare kraft eller pumpning: vattnet kommer in och lämnar cellen genom osmos, medierad av aquaporin. Vissa varianter har också glycerolmolekyler.

För att utföra denna transport och öka permeabiliteten för vatten väsentligt är cellmembranet fullt av aquaporinmolekyler, i en densitetsordning av 10 000 kvadrat mikrometer..

Funktioner hos djur

Vattentransport är avgörande för organismer. Ta det specifika exemplet på njurarna: de måste filtrera stora mängder vatten varje dag. Om denna process inte sker ordentligt kan konsekvenserna bli dödliga.

Förutom urinkoncentration är akvariner involverade i allmän kroppsvätskehomeostas, hjärnfunktion, körtelutsöndring, hudhydrering, manlig fertilitet, syn, hörsel - för att bara nämna några biologiska processer.

I experiment som utfördes på möss drogs slutsatsen att de också deltar i cellmigrering, en roll som är långt borta från vattentransport.

Funktioner i växter

Aquaporins är mestadels olika i växtriket. Avgörande processer som svett, reproduktion, metabolism förmedlar i dessa organismer.

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

Funktioner i mikroorganismer

Även om akvaporiner finns i mikroorganismer har en specifik funktion ännu inte hittats.

Huvudsakligen av två skäl: det höga förhållandet mellan yta och volym hos mikroberna förutsätter en snabb osmotisk jämvikt (vilket gör aquaporiner onödiga) och studier av raderingar i mikrober har inte gett en tydlig fenotyp.

Det spekuleras emellertid att aquaporiner kan erbjuda ett visst skydd mot successiva frys- och upptiningshändelser, vilket bibehåller permeabiliteten för vatten i membranen vid låga temperaturer..

Typer

Aquaporin-molekyler är kända från olika släkter, både i växter och djur och i mindre komplexa organismer, och dessa liknar varandra - vi antar då att de uppträdde tidigt i evolutionen.

I växter har cirka 50 olika molekyler hittats, medan däggdjur endast har 13, fördelade över olika vävnader, såsom epitel- och endotelvävnaden i njuren, lungan, exokrina körtlar och organ relaterade till matsmältningen..

Aquaporiner kan emellertid också uttryckas i vävnader som inte har ett uppenbart och direkt samband med vätsketransport i kroppen, såsom i astrocyter i centrala nervsystemet och i vissa regioner i ögat, såsom hornhinnan och ciliärepitel..

Det finns akvaporiner även i svampmembranet, bakterier (såsom E coli) och i organellmembran, såsom kloroplaster och mitokondrier.

Medicinska patologier associerade med akvaporiner

Hos patienter som har en defekt i sekvensen av aquaporin 2 i njurceller, måste de dricka mer än 20 liter vatten för att förbli hydratiserade. I dessa medicinska fall finns det ingen tillräcklig urinkoncentration..

Det motsatta fallet resulterar också i ett intressant kliniskt fall: produktionen av aquaporin 2 i överskott leder till kvarhållning av överdriven vätska hos patienten.

Under graviditeten ökar syntesen av akvaporiner. Detta faktum förklarar den vanliga vätskeretentionen hos blivande mammor. På samma sätt har frånvaron av aquaporin 2 kopplats till uppkomsten av en viss typ av diabetes.

Referenser

1. Brown, D. (2017). Upptäckten av vattenkanaler (Aquaporins). Annaler om näring och ämnesomsättning, 70(Tillägg 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). biologi. Panamerikansk medicinsk ledare.
3. Lodish, H. (2005). Cell- och molekylärbiologi. Panamerikansk medicinsk ledare.
4. Park, W., Scheffler, B. E., Bauer, P. J., & Campbell, B. T. (2010). Identifiering av familjen av aquaporingener och deras uttryck i högbomull (Gossypium hirsutum L.). BMC växtbiologi, 10(1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporins i hälsa och sjukdom: En översikt som fokuserar på tarmen från olika arter. International journal of molecular sciences, 17(8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Life: The Biology Science. Panamerikansk medicinsk ledare.
7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins i klinisk medicin. Årlig granskning av medicin, 63, 303-316.
8. Verkman, A. S. och Mitra, A. K. (2000). Struktur och funktion hos aquaporin vattenkanaler. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporins. Aktuell biologi, 23 (2), R52-5.