Aquaporini funktsioonid, struktuur ja tüübid



The aquaporins, tuntud ka kui veekanalid, on molekulid, millel on bioloogilisi membraane läbivad proteiinid. Nad vastutavad vee kiire ja tõhusa voolamise eest rakkudesse ja rakkudesse, vältides vee interakteerumist fosfolipiidi kahekihiliste osakeste hüdrofoobsete osadega..

Need valgud sarnanevad barreliga ja omavad väga spetsiifilist molekulaarset struktuuri, mis koosneb peamiselt heliksidest. Nad on laialt levinud erinevates liinides, sealhulgas väikestes mikroorganismides loomadele ja taimedele, kus nad on rikkalikud.

Indeks

  • 1 Ajalooline perspektiiv
  • 2 Struktuur
  • 3 Funktsioonid
    • 3.1 Loomade funktsioonid
    • 3.2 Taimede funktsioonid
    • 3.3 Funktsioonid mikroorganismides
  • 4 tüübid
  • 5 Aquaporinidega seotud meditsiinilised patoloogiad
  • 6 Viited

Ajalooline perspektiiv

Põhiteadmised füsioloogiast ja mehhanismidest, mida soluudid liiguvad läbi membraanide (aktiivsed ja passiivsed), võiksime intuitiivselt mõista, et vee transport ei eelda mingit probleemi, siseneb ja lahkub rakust lihtsa difusiooni teel.

Seda ideed käsitleti juba aastaid. Mõned uurijad nägid siiski veetranspordikanali olemasolu, kuna teatavates kõrge vee läbilaskvusega rakutüüpides (nt neerud) ei ole difusioon piisav, et selgitada transpordi \ t vett.

Arst ja uurija Peter Agre avastasid need valgukanalid 1992. aastal, töötades koos erütrotsüütide membraaniga. Tänu sellele avastusele võitis ta koos oma kolleegidega Nobeli preemia 2003. aastal. Seda esimest aquaporini nimetati "Aquaporin 1".

Struktuur

Aquaporini kuju sarnaneb liivakellale, kahe sümmeetrilise poolega, mis on suunatud vastassuunas. See struktuur ületab raku kahekordse lipiidmembraani.

Tuleb mainida, et akvaporiini vorm on väga spetsiifiline ega sarnane mistahes teist tüüpi membraanile läbivatele valkudele..

Aminohappejärjestused on valdavalt polaarsed. Transmembraanseid valke iseloomustab alfa-spiraalsetes segmentides rikas segment. Sellegipoolest puuduvad aquaporins sellised piirkonnad.

Tänu praeguste tehnoloogiate kasutamisele on olnud võimalik üksikasjalikult selgitada poriini struktuuri: need on 24 kuni 30 KDa monomeerid, mis koosnevad kuuest spiraalsest segmendist, millel on kaks väikest segmenti, mis ümbritsevad tsütoplasma ja on ühendatud väikese pooriga..

Need monomeerid on koondatud nelja ühiku rühma, kuigi igaüks võib tegutseda iseseisvalt. Väikeste sõukruvide puhul on mõned konserveeritud motiivid, sealhulgas NPA.

Mõnedes imetajatel (AQP4) leitud akvaporiinides tekivad kõrgemad agregatsioonid, mis moodustavad supramolekulaarse kristalli.

Vee transportimiseks on valgu sisemus polaarne ja välispind on apolaarne, vastupidiselt tavalistele globulaarsetele valkudele.

Funktsioonid

Akvakultiinide funktsioon on vahendada vee transportimist raku sisemusse vastuseks osmootsele gradiendile. See ei vaja mingit täiendavat jõudu ega pumpamist: vesi siseneb rakku ja lahkub sellest osmoosiga, mida vahendab aquaporin. Mõned variandid kannavad ka glütserooli molekule.

Selle transpordi teostamiseks ja vee läbilaskvuse suurendamiseks on rakumembraan täis akvaatoriinimolekule, mille tihedus on 10 000 ruutmeetrit..

Funktsioonid loomadel

Vee transport on organismidele eluliselt tähtis. Võtame täpne näide neerudest: nad peaksid filtreerima tohutuid koguseid vett päevas. Kui see protsess ei toimu korralikult, oleks tagajärjed surmavad.

Lisaks uriinikontsentratsioonile on akvaporiinid seotud kehavedelike, ajufunktsiooni, näärmete sekretsiooni, naha hüdratatsiooni, meeste viljakuse, nägemise, kuulmise üldise homöostaasiga. bioloogiline.

Hiirtel läbi viidud katsetes järeldati, et nad osalevad ka rakkude migratsioonis, mis on veetranspordist kaugel.

Funktsioonid taimedes

Aquaporins on taimeriigis enamasti erinevad. Nendes organismides vahendavad olulisi protsesse nagu higistamine, paljunemine, ainevahetus.

Lisaks on neil oluline roll kohanemismehhanismina keskkondades, mille keskkonnatingimused ei ole optimaalsed.

Funktsioonid mikroorganismides

Ehkki mikroorganismides on akvaporiine, ei ole spetsiifilist funktsiooni veel leitud.

Peamiselt kahel põhjusel: mikroobide kõrge pindalade suhe eeldab kiiret osmootilist tasakaalu (muutes akvaporiinid tarbetuks) ja mikroobide deletsioonide uuringud ei ole andnud selget fenotüüpi.

Siiski on spekuleeritud, et akvaariumid võivad pakkuda mõningast kaitset järjestikuste külmutamis- ja sulatamisjuhtumite eest, säilitades vee läbilaskvuse membraanides madalatel temperatuuridel.

Tüübid

Aquaporini molekulid on tuntud mitmesugustes lineaarsetes taimedes ja loomades ning vähem keerulistes organismides ning need sarnanevad üksteisega - eeldame, et nad ilmusid evolutsiooni alguses.

Taimedes on leitud umbes 50 erinevat molekuli, samal ajal kui imetajatel on ainult 13, mida jagavad erinevad kuded, nagu neerude, kopsu, eksokriinsete näärmete ja seedimisega seotud elundite epiteel- ja endoteelkoe..

Siiski võib akvaporiine ekspresseerida ka kudedes, millel ei ole ilmset ja otsest seost vedelike transportimisega kehas, näiteks kesknärvisüsteemi astrotsüütides ja teatavates silma piirkondades, nagu sarvkesta ja tsiliivne epiteel..

Bakterite seentmembraanidesse on akvatsiinid (nagu E. coli) ja organellide, näiteks kloroplastide ja mitokondrite membraanides.

Aquaporinidega seotud meditsiinilised patoloogiad

Patsientidel, kellel on neerude rakkudes esinev akvakultiini 2 järjestuse defekt, peab neil olema rohkem kui 20 liitrit vett. Nendel meditsiinilistel juhtudel ei ole uriini piisavat kontsentratsiooni.

Vastupidine juhtum toob kaasa ka huvitava kliinilise juhtumi: üleliigse akvaporiini 2 tootmine toob kaasa ülemäärase vedelikupeetuse patsiendil.

Raseduse perioodidel suureneb akvakultiinide süntees. See asjaolu selgitab tulevaste emade vedeliku peetust. Samamoodi on aquaporin 2 puudumine seotud teatud tüüpi diabeedi ilmumisega.

Viited

  1. Brown, D. (2017). Veekanalite avastamine (Aquaporins). Toitumise ja ainevahetuse annals, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). Bioloogia. Toimetaja Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Rakuline ja molekulaarbioloogia. Toimetaja Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Aquaporini geenide perekonna identifitseerimine ja nende ekspressioon mäestike puuvillas (Gossypium hirsutum L.). BMC taimebioloogia, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporins tervises ja haigustes: ülevaade erinevate liikide soolestikust. Rahvusvaheline molekulaarteaduste ajakiri, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Elu: bioloogia teadus. Toimetaja Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins kliinilises meditsiinis. Ravimi iga-aastane läbivaatamine, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., & Mitra, A. K. (2000). Vesikanalite struktuur ja funktsioon. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporins. Praegune bioloogia, 23 (2), R52-5.