AQUAPORINE: FUNCȚII, STRUCTURĂ ȘI TIPURI - BIOLOGIE - 2025

De aquaporins , de asemenea , cunoscut sub numele de canale de apă sunt molecule proteiforme care trec prin membranele biologice. Aceștia sunt responsabili pentru medierea fluxului rapid și eficient al apei în și din celule, prevenind interacțiunea apei cu porțiunile hidrofobe tipice ale straturilor fosfolipidice.

Aceste proteine ​​seamănă cu un baril și au o structură moleculară deosebită, formată în principal din elicele. Sunt distribuite pe scară largă în diferite linii, inclusiv de la microorganisme mici la animale și plante, unde sunt abundente.

Sursa: De María Quezada Aranda, de la Wikimedia Commons

Perspectiva istorica

Cu o cunoaștere de bază a fiziologiei și a mecanismelor care se mișcă solutii prin membrane (active și pasive), am putea ghici că transportul pe apă nu prezintă nici o problemă, intrând și părăsind celula printr-o simplă difuzie.

Această idee este de mai mulți ani. Cu toate acestea, unii cercetători au detectat existența unui canal de transport al apei, deoarece în anumite tipuri de celule cu permeabilitate ridicată la apă (cum ar fi rinichiul, de exemplu), difuzarea nu ar fi un mecanism suficient pentru a explica transportul de apa.

Medicul și cercetătorul Peter Agre au descoperit aceste canale proteice în 1992, în timp ce lucrau cu membrana eritrocitelor. Datorită acestei descoperiri, el a câștigat (împreună cu colegii săi), Premiul Nobel în 2003. Acest prim aquaporin a fost numit „aquaporin 1”.

Structura

Forma aquaporinei este o reminiscență a unei clepsidre, cu două jumătăți simetrice orientate unul față de celălalt. Această structură traversează membrana dublă lipidică a celulei.

Trebuie menționat că forma aquaporinei este foarte particulară și nu seamănă cu niciun alt tip de proteine ​​care se întind pe membrană.

Secvențele de aminoacizi sunt predominant polare. Proteinele transmembrane se caracterizează prin faptul că au un segment bogat în segmente alico-elicoidale. Cu toate acestea, acvaporinele nu au asemenea regiuni.

Datorită utilizării tehnologiilor actuale, structura porinei a fost elucidată în detaliu: sunt monomeri de la 24 la 30 KDa, care constau din șase segmente elicoidale cu două segmente mici care înconjoară citoplasma și sunt conectate de un poru mic.

Aceste monomeri sunt asamblate într-un grup de patru unități, deși fiecare poate funcționa independent. În elicele mici, există câteva motive conservate, inclusiv NPA.

În unele acvaporine găsite la mamifere (AQP4) apar agregări mai mari, care formează aranjamente supramolecale de cristal.

Pentru a transporta apa, interiorul proteinei este polar și exteriorul este nepolar, spre deosebire de proteinele globulare comune.

Sursa: De către niciun autor care nu poate fi citit de mașină. DanielMCR și-a asumat (bazat pe revendicări de copyright). , prin Wikimedia Commons

Caracteristici

Rolul acvaporinelor este de a media transportul apei în celulă ca răspuns la un gradient osmotic. Nu are nevoie de forță sau pompare suplimentară: apa intră și părăsește celula prin osmoză, mediată de aquaporină. Unele variante poartă, de asemenea, molecule de glicerol.

Pentru a efectua acest transport și pentru a crește substanțial permeabilitatea la apă, membrana celulară este ambalată cu molecule de aquaporină, în ordinea densității de 10.000 micrometri pătrați.

Funcții la animale

Transportul pe apă este vital pentru organisme. Să luăm exemplul specific al rinichilor: ei trebuie să filtreze cantități uriașe de apă în fiecare zi. Dacă acest proces nu are loc corect, consecințele ar fi fatale.

Pe lângă concentrația de urină, acvaporinele sunt implicate în homeostazia fluidului general, funcția creierului, secreția glandelor, hidratarea pielii, fertilitatea masculină, vederea, auzul - doar pentru a menționa câteva procese biologic.

În experimentele efectuate la șoareci, s-a ajuns la concluzia că aceștia participă și la migrația celulară, rol care este departe de transportul apei.

Funcții în plante

Aquaporinele sunt mai ales diverse în regnul vegetal. Procesele cruciale, cum ar fi transpirația, reproducerea, metabolismul mediază în aceste organisme.

În plus, acestea joacă un rol important ca mecanism de adaptare în mediile ale căror condiții de mediu nu sunt optime.

Funcții în microorganisme

Deși aquaporinele sunt prezente în microorganisme, nu a fost încă găsită o funcție specifică.

În principal din două motive: raportul mare suprafață-volum al microbilor implică un echilibru osmotic rapid (ceea ce face aquaporinele inutile), iar studiile ștergerilor la microbi nu au dat un fenotip clar.

Cu toate acestea, se speculează că aquaporinele pot oferi o oarecare protecție împotriva evenimentelor de îngheț și decongelare succesive, menținând permeabilitatea apei în membrane la temperaturi scăzute.

Tipuri

Moleculele de aquaporină sunt cunoscute din diferite linii, atât la plante, cât și la animale și la organisme mai puțin complexe, iar acestea se aseamănă strâns între ele - presupunem atunci că au apărut devreme în evoluție.

Aproximativ 50 de molecule diferite au fost găsite la plante, în timp ce mamiferele au doar 13, distribuite pe diferite țesuturi, cum ar fi țesutul epitelial și endotelial al rinichiului, plămânului, glandelor exocrine și organelor legate de digestie.

Cu toate acestea, aquaporinele pot fi exprimate și în țesuturi care nu au o relație evidentă și directă cu transportul de lichide în organism, cum ar fi în astrocitele sistemului nervos central și în anumite regiuni ale ochiului, cum ar fi corneea și epiteliul ciliar.

Există aquaporine chiar și în membrana ciupercilor, bacteriilor (precum E. coli) și în membranele organelelor, cum ar fi cloroplastele și mitocondriile.

Patologii medicale asociate cu aquaporine

La pacienții care au un defect în secvența aquaporinei 2 prezente în celulele renale, trebuie să bea mai mult de 20 de litri de apă pentru a rămâne hidratat. În aceste cazuri medicale, nu există o concentrație adecvată de urină.

În caz contrar rezultă și un caz clinic interesant: producerea de exces de aquaporină 2 duce la reținerea lichidului excesiv la pacient.

În timpul sarcinii, există o creștere a sintezei acvaporinelor. Acest fapt explică retenția de lichide obișnuită la mamele în așteptare. În mod similar, absența aquaporinei 2 a fost legată de dezvoltarea unui anumit tip de diabet.

Referințe

1. Brown, D. (2017). Descoperirea canalelor de apă (Aquaporins). Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (Supliment 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologie. Editorial Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Biologie celulară și moleculară. Editorial Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ și Campbell, BT (2010). Identificarea familiei genelor aquaporine și expresia acestora în bumbacul din partea superioară (Gossypium hirsutum L.). Biologie vegetală BMC, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporine în sănătate și boli: o imagine de ansamblu care se concentrează pe intestinul diferitelor specii. Revista internațională de științe moleculare, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Viața: Știința Biologiei. Editorial Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Aquaporine în medicina clinică. Revizuirea anuală a medicamentului, 63, 303-316.
8. Verkman, AS, & Mitra, AK (2000). Structura și funcția canalelor de apă ale aquaporinei. American Journal of Physiology-Fiziologie renală, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Acvaporinele. Biologie actuală, 23 (2), R52-5.