Функции, структура и виды аквапоринов



аквапорины, также известны как водные каналы, молекулы белковой природы, которые пересекают биологические мембраны. Они отвечают за быстрый и эффективный поток воды внутрь и из клеток, предотвращая взаимодействие воды с гидрофобными частями, типичными для фосфолипидных бислоев..

Эти белки напоминают бочку и имеют очень специфическую молекулярную структуру, состоящую в основном из спиралей. Они широко распространены в разных линиях, в том числе от мелких микроорганизмов до животных и растений, где они в изобилии.

индекс

  • 1 Историческая перспектива
  • 2 Структура
  • 3 функции
    • 3.1 Функции у животных
    • 3.2 Функции в растениях
    • 3.3 Функции в микроорганизмах
  • 4 Типа
  • 5 Медицинские патологии, связанные с аквапоринами
  • 6 Ссылки

Историческая перспектива

С базовыми знаниями в области физиологии и механизмов, которые перемещаются растворенные через мембрану (активной и пассивной), мы могли бы чувствовать, что водный транспорт не является проблемой, и из клетки путем простой диффузии.

Эта идея управлялась в течение многих лет. Тем не менее, некоторые исследователи мелькают существование любого канала водного транспорта, так как в некоторых типах клеток с высокой проницаемостью для воды (например, почек, например), диффузия не достаточен механизма для объяснения транспорта вода.

Врач и исследователь Питер Агре открыл эти белковые каналы в 1992 году, работая с мембраной эритроцитов. Благодаря этому открытию он получил (вместе со своими коллегами) Нобелевскую премию в 2003 году. Этот первый аквапорин получил название «Аквапорин 1»..

структура

Форма аквапорина напоминает песочные часы с двумя симметричными половинами, ориентированными в противоположных направлениях. Эта структура пересекает двойную липидную мембрану клетки.

Следует отметить, что форма аквапоринов очень специфична и не похожа ни на какие другие типы белков, которые пересекают мембрану..

Аминокислотные последовательности являются преимущественно полярными. Трансмембранные белки характеризуются наличием сегмента, богатого альфа-спиральными сегментами. Однако у аквапоринов нет таких регионов.

Благодаря использованию современных технологий, стало возможным уточнить в деталях структуру порина: мономеры от 24 до 30 кДа, состоящий из шести геликоидов segmentes двух небольших сегментов, окружающих цитоплазму и соединены с малыми порами.

Эти мономеры собраны в группу из четырех единиц, хотя каждый может работать независимо. У маленьких пропеллеров есть некоторые законсервированные мотивы, включая NPA.

У некоторых аквапоринов, обнаруженных у млекопитающих (AQP4), наблюдаются более высокие скопления, которые образуют надмолекулярные кристаллические структуры..

Для транспортировки воды внутренняя часть белка является полярной, а внешняя - неполярной, в отличие от обычных глобулярных белков.

функции

Функция аквапоринов заключается в том, чтобы опосредовать перенос воды внутрь клетки в ответ на осмотический градиент. Для этого не требуется никакой дополнительной силы или перекачки: вода поступает в клетку и покидает ее посредством осмоса, опосредованного аквапорином. Некоторые варианты также несут молекулы глицерина.

Чтобы осуществить этот транспорт и существенно увеличить водопроницаемость, клеточная мембрана изобилует молекулами аквапорина, порядка плотности 10000 квадратных микрометров..

Функции у животных

Перевозка воды жизненно важна для организмов. Давайте возьмем пунктуальный пример почек: они должны ежедневно фильтровать огромное количество воды. Если этот процесс не происходит должным образом, последствия будут фатальными.

Кроме того, концентрация мочи, аквапорины участвуют в общем гомеостазе организма жидкости в функции мозга, секреции желез, увлажнения кожи, мужской фертильности, зрение, слух это лишь некоторые процессы биологический.

В экспериментах, проведенных на мышах, был сделан вывод о том, что они также участвуют в миграции клеток, роль, которая далека от водного транспорта..

Функции в растениях

Аквапорины в основном разнообразны в царстве растений. В этих организмах опосредуют важные процессы, такие как пот, размножение, обмен веществ.

Кроме того, они играют важную роль в качестве адаптивного механизма в средах, где условия окружающей среды не являются оптимальными.

Функции в микроорганизмах

Хотя аквапорины присутствуют в микроорганизмах, конкретная функция еще не найдена.

Главным образом по двум причинам: высокое отношение объема поверхности микробов предполагает быстрое осмотическое равновесие (исключая необходимость в аквапоринах), а исследования делеций микробов не дали четкого фенотипа..

Тем не менее, предполагается, что аквапорины могут обеспечить некоторую защиту от последовательных событий замерзания и оттаивания, поддерживая водопроницаемость в мембранах при низких температурах..

тип

Молекулы аквапорина известны в различных линиях, как у растений, так и у животных и у менее сложных организмов, и они очень похожи друг на друга - тогда мы предполагаем, что они появились на ранних стадиях эволюции..

Растения найдены в 50 различных молекулах, в то время как млекопитающие обладают только 13, распределенными по различным тканям, включая эндотелиальную эпителиальную ткань и почки, легкие, экзокринные железы и органы пищеварения, связанную с.

Тем не менее, аквапорины также выражены в тканях, которые не имеют очевидную и прямую связь с транспортировкой жидкостей в организме, как и в астроцитах центральной нервной системы и в некоторых регионах глаз, такие, как роговицы и ресничный эпителий.

Есть аквапорины в грибковой мембране бактерий (как Кишечная палочка) и в мембранах органелл, таких как хлоропласты и митохондрии.

Медицинские патологии, связанные с аквапоринами

У пациентов, у которых есть некоторый дефект в последовательности аквапорина 2, присутствующего в клетках почки, они должны потреблять более 20 литров воды, чтобы поддерживать себя в увлажненном состоянии. В этих медицинских случаях адекватная концентрация мочи отсутствует.

Противоположный случай также приводит к интересному клиническому случаю: выработка избытка аквапорина 2 приводит к чрезмерной задержке жидкости у пациента.

В периоды беременности происходит увеличение синтеза аквапоринов. Этот факт объясняет задержку жидкости, которая часто встречается у будущих мам. Точно так же отсутствие аквапорина 2 было связано с появлением определенного типа диабета..

ссылки

  1. Браун Д. (2017). Открытие водных каналов (Аквапорины). Летопись питания и обмена веществ, 70(Приложение 1), 37-42.
  2. Кэмпбелл А., Н. & Рис, Дж. Б. (2005). биология. Редакция Панамерикана Медикал.
  3. Лодиш, Х. (2005). Клеточная и молекулярная биология. Редакция Панамерикана Медикал.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Идентификация семейства генов аквапоринов и их экспрессия в высокогорных хлопках (Gossypium hirsutum Л.). BMC биология растений, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N. & Meli, R. (2016). Аквапорины в здоровье и болезни: обзор, посвященный кишечнику различных видов. Международный журнал молекулярных наук, 17(8), 1213.
  6. Садава, Д. & Пурвес, В. Х. (2009). Жизнь: наука биологии. Редакция Панамерикана Медикал.
  7. Веркман А.С. (2012). Аквапорины в клинической медицине. Ежегодный обзор медицины, 63, 303-316.
  8. Verkman, A.S. & Mitra, A.K. (2000). Структура и функционирование аквапориновых водоканалов. Американский журнал физиологии почечной физиологии, 278(1), F13-F28.
  9. Веркман А.С. (2013). аквапорины. Современная биология, 23 (2), R52-5.