АКВАПОРИНИ: ФУНКЦИЈЕ, СТРУКТУРА И ВРСТЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

У аквапорини , такође познат као вода каналима су протеинских молекула који иду кроз биолошке мембране. Они су одговорни за посредовање брзог и ефикасног протока воде у ћелије и изван ње, спречавајући интеракцију воде са типичним хидрофобним деловима фосфолипидних слојева.

Ови протеини подсећају на бурад и имају врло специфичну молекуларну структуру, коју чине углавном хелике. Распрострањене су у различитим родовима, укључујући од малих микроорганизама до животиња и биљака, којих има у изобиљу.

Извор: Аутор: Мариа Куезада Аранда, из Викимедиа Цоммонс

Историјска перспектива

Уз основно знање о физиологији и механизмима који се растварачи крећу кроз мембране (активне и пасивне), могли бисмо претпоставити да транспорт воде не представља никакав проблем, улазак и излазак из ћелије једноставном дифузијом.

Ова идеја постоји већ дуги низ година. Међутим, неки истраживачи открили су постојање неког водног транспортног канала, јер у одређеним типовима ћелија са великом пропусношћу за воду (као што је бубрег, на пример), дифузија не би била довољан механизам за објашњење транспорта воде.

Лекар и истраживач Петер Агре открио је ове протеинске канале 1992. године, радећи са мембраном еритроцита. Захваљујући овом открићу, освојио је (заједно са колегама) Нобелову награду 2003. Овај први аквапорин је назван "аквапорин 1".

Структура

Облик аквапорина подсећа на пешчани сат, са две симетричне половине оријентисане једна према другој. Ова структура прелази двоструку липидну мембрану ћелије.

Треба напоменути да је облик аквапорина врло посебан и да не личи на било коју другу врсту протеина који се протежу на мембрани.

Аминокиселинске секвенце су претежно поларне. За трансмембранске протеине карактеристично је да имају сегмент богат алфа-спиралним сегментима. Међутим, аквапоринима недостају такви региони.

Захваљујући употреби тренутних технологија, структура порина је детаљно расветљена: они су мономери од 24 до 30 КДа који се састоје од шест спиралних сегмената са два мала сегмента који окружују цитоплазму и повезани су малим порама.

Ови мономери су састављени у групи од четири јединице, мада сваки може функционисати независно. У малим хеликоптерима постоје сачувани мотиви, укључујући НПА.

У неким аквапоринима који се налазе у сисара (АКП4) долази до већих агрегација које формирају супрамолекуалне кристалне аранжмане.

Да би се транспортовала вода, унутрашњост протеина је поларна, а споља неполарна, за разлику од уобичајених глобуларних протеина.

Извор: Није достављен ниједан ауторски читљив аутор. ДаниелМЦР претпоставио (на основу тврдњи о ауторским правима). , путем Викимедиа Цоммонса

Карактеристике

Улога аквапорина је посредовање у преношењу воде у ћелију као одговор на осмотски градијент. Не треба јој додатна сила или пумпање: вода улази и излази из ћелије осмозом, посредованом аквапорином. Неке варијанте такође носе молекуле глицерола.

Да би извршили овај транспорт и значајно повећали пропусност за воду, ћелијска мембрана је напуњена молекулима аквапорина, у редоследу густине од 10 000 квадратних микрометара.

Функције у животињама

Водени транспорт је од виталног значаја за организме. Узмимо конкретни пример бубрега: они морају филтрирати огромне количине воде сваки дан. Ако се овај процес не одвија правилно, последице би биле фаталне.

Осим концентрације у урину, аквапорини су укључени у општу хомеостазу течности у организму, функцију мозга, излучивање жлезда, хидратацију коже, плодност мушкараца, вид, слух - само да напоменем неколико процеса биолошки.

У експериментима са мишевима закључено је да они такође учествују у ћелијској миграцији, улози која је далеко од воденог транспорта.

Функције у биљкама

Аквапорини су углавном разнолики у биљном царству. Кључни процеси попут знојења, репродукције, метаболизма посредују у тим организмима.

Поред тога, они играју важну улогу као адаптивни механизам у окружењима чији услови у окружењу нису оптимални.

Функције у микроорганизмима

Иако су аквапорини присутни у микроорганизмима, специфична функција још увек није пронађена.

Углавном из два разлога: висок омјер микроба између површине и волумена претпоставља брзу осмотску равнотежу (чинећи аквапорине непотребним), а испитивања делеција микроба нису дала јасан фенотип.

Међутим, нагађа се да аквапорини могу пружити одређену заштиту од узастопних замрзавања и отапања, одржавајући пропусност воде у мембранама на ниским температурама.

Врсте

Молекули аквапорина су познати из различитих родова, како у биљкама, тако и у животињама и у мање сложеним организмима, и они су врло слични једни другима - претпостављамо да су се тада појавили рано у еволуцији.

Отприлике 50 различитих молекула пронађено је у биљкама, док сисари имају само 13, распоређених у разним ткивима, попут епителног и ендотелног ткива бубрега, плућа, егзокриних жлезда и органа повезаних са варењем.

Међутим, аквапорини се такође могу изразити у ткивима која немају очигледну и директну везу са транспортом течности у телу, као што је то у астроцитима централног нервног система и одређеним регионима ока, попут рожнице и цилијарног епитела.

Аквапорини постоје чак и у мембрани гљивица, бактерија (као што је Е. цоли) и у мембранама органела, као што су хлоропласти и митохондрије.

Медицинске патологије повезане са аквапоринима

Код пацијената који имају дефект у редоследу аквапорина 2 који се налази у ћелијама бубрега, морају пити више од 20 литара воде да би остали хидрирани. У овим медицинским случајевима не постоји адекватна концентрација у урину.

Супротан случај такође резултира занимљивим клиничким случајем: производња аквапорина 2 у вишку доводи до задржавања вишка течности у пацијенту.

Током трудноће долази до повећања синтезе аквапорина. Ова чињеница објашњава уобичајено задржавање течности код будућих мајки. Слично томе, одсуство аквапорина 2 повезано је са развојем одређене врсте дијабетеса.

Референце

1. Бровн, Д. (2017). Откривање водених канала (Акуапоринс). Анали исхране и метаболизма, 70 (Суппл. 1), 37-42.
2. Цампбелл А, Н., & Рееце, ЈБ (2005). Биологија. Уредништво Медица Панамерицана.
3. Лодисх, Х. (2005). Ћелијска и молекуларна биологија. Уредништво Медица Панамерицана.
4. Парк, В., Сцхеффлер, БЕ, Бауер, ПЈ и Цампбелл, БТ (2010). Идентификација породице аквапоринских гена и њихова експресија у горком памуку (Госсипиум хирсутум Л.). БМЦ биљне биологије, 10 (1), 142.
5. Пелагалли, А., Скуиллациоти, Ц., Мирабелла, Н., & Мели, Р. (2016). Аквапорини у здрављу и болести: преглед који се фокусира на цревима различитих врста. Међународни часопис за молекуларне науке, 17 (8), 1213.
6. Садава, Д. и Пурвес, ВХ (2009). Живот: Наука о биологији. Уредништво Медица Панамерицана.
7. Веркман, АС (2012). Аквапорини у клиничкој медицини. Годишњи преглед медицине, 63, 303-316.
8. Веркман, АС, и Митра, АК (2000). Структура и функција водних канала аквапорина. Америцан Јоурнал оф Пхисиологи-Ренал Пхисиологи, 278 (1), Ф13-Ф28.
9. Веркман, АС (2013). Акуапоринс. Тренутна биологија, 23 (2), Р52-5.