AKVAPORIINIT: TOIMINNOT, RAKENNE JA TYYPIT - BIOLOGIA - 2026

Akvaporiineja, joka tunnetaan myös veden kanavat ovat proteiinipitoisia molekyylejä, jotka käyvät läpi biologisia kalvoja. Niiden tehtävänä on välittää nopeaa ja tehokasta veden virtausta soluihin ja niistä pois, estäen veden vuorovaikutusta fosfolipidikaksoiskerrosten tyypillisten hydrofobisten osien kanssa.

Nämä proteiinit muistuttavat tynnyriä ja niillä on hyvin erityinen molekyylirakenne, joka koostuu pääasiassa helikeseistä. Ne ovat laajalle levinneet eri sukupolvilta, mukaan lukien pienistä mikro-organismeista eläimiin ja kasveihin, joissa niitä on runsaasti.

Lähde: María Quezada Aranda, Wikimedia Commonsista

Historiallinen näkökulma

Perustiedot fysiologiasta ja mekanismeista, jotka liukenevat liikkuvat kalvojen läpi (aktiiviset ja passiiviset), voimme arvata, että veden kuljetus ei ole ongelma, koska soluun pääsy ja siitä poistuminen tapahtuu yksinkertaisella diffuusion avulla.

Tämä ajatus on ollut olemassa jo vuosia. Jotkut tutkijat havaitsivat kuitenkin joidenkin veden kuljetuskanavien olemassaolon, koska tietyissä solutyypeissä, joilla on suuri vedenläpäisevyys (kuten esimerkiksi munuaiset), diffuusio ei olisi riittävä mekanismi selittämään kuljetusta vedestä.

Lääkäri ja tutkija Peter Agre löysi nämä proteiinikanavat vuonna 1992 työskennellessään punasolujen kalvon kanssa. Tämän löytön ansiosta hän voitti (yhdessä kollegoidensa) kanssa Nobel-palkinnon vuonna 2003. Tätä ensimmäistä akvaporinia kutsuttiin nimellä "aquaporin 1".

Rakenne

Akvaporiinin muoto muistuttaa tiimalasia, jossa on kaksi symmetristä puolikkaata, jotka on suunnattu vastakkain. Tämä rakenne ylittää solun kaksois-lipidikalvon.

On syytä mainita, että akvaporiinin muoto on hyvin erityinen eikä se muistuta minkään muun tyyppisiä kalvoa kattavia proteiineja.

Aminohapposekvenssit ovat pääosin polaarisia. Transmembraanisiin proteiineihin on tunnusomaista, että niissä on segmentti, jossa on runsaasti alfa-spiraalisegmenttejä. Vesaporineista puuttuu kuitenkin tällaisia ​​alueita.

Nykyisen tekniikan käytön ansiosta poriinin rakenne on selvitetty yksityiskohtaisesti: ne ovat monomeerejä välillä 24-30 KDa, jotka koostuvat kuudesta spiraalisegmentistä, joissa on kaksi pientä segmenttiä, jotka ympäröivät sytoplasmaa ja joita yhdistää pieni huokos.

Nämä monomeerit on koottu neljän yksikön ryhmään, vaikka kukin voi toimia itsenäisesti. Pienissä helikkeissä on joitain konservoituneita aiheita, mukaan lukien NPA.

Joissakin nisäkkäissä löydetyissä akvaporiinissa (AQP4) esiintyy korkeampia aggregaatioita, jotka muodostavat supramolekyaliset kidejärjestelyt.

Veden kuljettamiseksi proteiinin sisäpuoli on polaarinen ja ulkopuolelta polaarinen, toisin kuin tavalliset globaalit proteiinit.

Lähde: Lähettäjä Ei toimittanut koneellisesti luettavaa kirjailijaa. DanielMCR olettaa (perustuu tekijänoikeusvaatimuksiin)., Wikimedia Commonsin kautta

ominaisuudet

Akvaporiinien tehtävä on välittää veden kuljetusta soluun vasteena osmoottiseen gradientiin. Se ei tarvitse ylimääräistä voimaa tai pumppaamista: vesi tulee ja poistuu soluun osmoosilla, akvaporiinin välityksellä. Jotkut variantit sisältävät myös glyserolimolekyylejä.

Tämän kuljetuksen suorittamiseksi ja veden läpäisevyyden lisäämiseksi olennaisesti solukalvo pakataan akvaporiinimolekyyleillä, tiheysjärjestyksessä 10 000 neliö mikrometriä.

Toiminnot eläimissä

Vesikuljetus on elintärkeää organismeille. Otetaanpa erityinen esimerkki munuaisista: niiden on suodatettava valtavia määriä vettä päivittäin. Jos tätä prosessia ei tapahdu kunnolla, seuraukset olisivat kohtalokkaita.

Virtsapitoisuuden lisäksi akvaporiinit osallistuvat kehon nesteiden homeostaasiin, aivojen toimintaan, rauhasten eritykseen, ihon nesteytykseen, miesten hedelmällisyyteen, visioon, kuuloon - mainitakseni vain muutamia prosesseja biologisia.

Hiirillä tehdyissä kokeissa pääteltiin, että ne osallistuvat myös solujen migraatioon, rooliin, joka on kaukana veden kuljetuksesta.

Toiminnot kasveissa

Akvaporiinit ovat useimmiten moninaisia ​​kasvien valtakunnassa. Näissä organismeissa välittyvät tärkeät prosessit, kuten hikoilu, lisääntyminen ja aineenvaihdunta.

Lisäksi niillä on tärkeä rooli adaptiivisena mekanismina ympäristöissä, joiden ympäristöolosuhteet eivät ole optimaaliset.

Mikro-organismien toiminnot

Vaikka akvaporiinia on läsnä mikro-organismeissa, erityistä toimintaa ei ole vielä löydetty.

Pääasiassa kahdesta syystä: mikrobien suuri pinta-tilavuus -suhde edellyttää nopeaa osmoottista tasapainoa (mikä tekee vesiporiinit tarpeettomiksi) ja mikrobien deleetiotutkimukset eivät ole antaneet selvää fenotyyppiä.

Kuitenkin arvellaan, että vesiporiinit voivat tarjota jonkin verran suojaa peräkkäisiltä jäätymis- ja sulamistapahtumilta, pitäen veden läpäisevyyden kalvoissa alhaisissa lämpötiloissa.

Tyypit

Aquaporin-molekyylejä tunnetaan erilaisista linjista, sekä kasveissa että eläimissä ja vähemmän monimutkaisissa organismeissa, ja nämä muistuttavat läheisesti toisiaan - oletamme silloin, että ne ilmestyivät kehityksen varhaisessa vaiheessa.

Kasveista on löydetty noin 50 erilaista molekyyliä, kun taas nisäkkäillä on vain 13 jakautuneena erilaisiin kudoksiin, kuten munuaisen, keuhkojen, eksokriinisten rauhasten epiteeli- ja endoteelikudokseen ja ruuansulatukseen liittyviin elimiin.

Akvaporiinit voidaan kuitenkin ekspressoida myös kudoksissa, joilla ei ole selvää ja suoraa yhteyttä nesteen kuljetukseen kehossa, kuten keskushermoston astrosyyteissä ja silmän tietyillä alueilla, kuten sarveiskalvossa ja siliaarisessa epiteelissä.

Akvaporiineja on jopa sienten, bakteerien (kuten E. coli) kalvoissa ja organelleiden kalvoissa, kuten kloroplasti ja mitokondriot.

Akvaporiiniin liittyvät lääketieteelliset patologiat

Potilailla, joilla on puutos munuaissoluissa olevassa akvaporiini 2 -järjestyksessä, heidän on juoda yli 20 litraa vettä hydratoitumisen ylläpitämiseksi. Näissä lääketieteellisissä tapauksissa virtsan pitoisuus ei ole riittävä.

Päinvastainen tapaus johtaa myös mielenkiintoiseen kliiniseen tapaukseen: ylimääräisen akvaporiinin 2 tuottaminen johtaa liiallisen nesteen pidättämiseen potilaassa.

Raskauden aikana akvaporiinien synteesi lisääntyy. Tämä tosiasia selittää odotettavien äitien yleisen nesteretention. Samoin akvaporiini 2: n puuttuminen on liitetty tietyn tyyppisen diabeteksen kehittymiseen.

Viitteet

1. Brown, D. (2017). Vesikanavien (Aquaporins) löytö. Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (Suppl. 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologia. Toimittaja Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Solu- ja molekyylibiologia. Toimittaja Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ ja Campbell, BT (2010). Akvaporiinigeenien perheen tunnistaminen ja niiden ilmentyminen mäntymetsässä (Gossypium hirsutum L.). BMC-kasvibiologia, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., ja Meli, R. (2016). Akvaporiinit terveydessä ja sairauksissa: yleiskatsaus eri lajien suolistoon. Kansainvälinen molekyylitieteiden lehti, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Elämä: Biologian tiede. Toimittaja Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Akvaporiinit kliinisessä lääketieteessä. Lääketieteen vuosikatsaus, 63, 303-316.
8. Verkman, AS, ja Mitra, AK (2000). Akvaporiinin vesikanavien rakenne ja toiminta. American Journal of Physiology-munuaisten fysiologia, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Akvaporiineja. Nykyinen biologia, 23 (2), R52-5.