ฟังก์ชั่น Aquaporins โครงสร้างและประเภท

aquaporins, ยังเป็นที่รู้จักกันในนามช่องทางน้ำเป็นโมเลกุลของโปรตีนธรรมชาติที่ผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพ พวกเขามีหน้าที่รับผิดชอบในการไกล่เกลี่ยการไหลของน้ำเข้าและออกจากเซลล์อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพป้องกันไม่ให้น้ำมีปฏิสัมพันธ์กับส่วนที่ไม่เข้ากับน้ำตามปกติของ bilolers ฟอสโฟไลปิด.

โปรตีนเหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับบาร์เรลและมีโครงสร้างโมเลกุลโดยเฉพาะอย่างยิ่งประกอบด้วย helices พวกมันถูกกระจายอย่างกว้างขวางในเชื้อสายที่แตกต่างกันรวมถึงจากจุลินทรีย์ขนาดเล็กไปจนถึงสัตว์และพืชที่พวกเขาอยู่มากมาย.

ดัชนี

• 1 มุมมองทางประวัติศาสตร์
• 2 โครงสร้าง
• 3 ฟังก์ชั่น
  • 3.1 ฟังก์ชั่นในสัตว์
  • 3.2 ฟังก์ชั่นในพืช
  • 3.3 ฟังก์ชั่นในจุลินทรีย์
• 4 ประเภท
• 5 โรคทางการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับ aquaporins
• 6 อ้างอิง

มุมมองทางประวัติศาสตร์

ด้วยความรู้พื้นฐานทางสรีรวิทยาและกลไกที่ตัวละลายเคลื่อนผ่านเยื่อหุ้ม (แอคทีฟและพาสซีฟ) เราสามารถพูดได้ว่าการขนส่งทางน้ำไม่ได้คิดว่ามีปัญหาใด ๆ เข้าและออกจากเซลล์โดยการแพร่อย่างง่าย.

ความคิดนี้ได้รับการจัดการเป็นเวลาหลายปี อย่างไรก็ตามนักวิจัยบางคนเห็นการมีอยู่ของช่องทางการขนส่งทางน้ำเนื่องจากในเซลล์บางประเภทที่มีการซึมผ่านของน้ำสูง (เช่นไตเป็นต้น) การแพร่กระจายจะไม่เพียงพอที่จะอธิบายการขนส่ง ของน้ำ.

แพทย์และนักวิจัย Peter Agre ค้นพบช่องโปรตีนเหล่านี้ในปี 1992 ในขณะที่ทำงานกับเยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดง จากการค้นพบครั้งนี้เขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 2546 (รวมถึงเพื่อนร่วมงาน) รางวัลแรกที่เรียกว่า "Aquaporin 1".

โครงสร้าง

รูปร่างของ aquaporin นั้นมีลักษณะคล้ายกับนาฬิกาทรายโดยมีส่วนสมมาตรสองส่วนที่มุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม โครงสร้างนี้ข้ามเมมเบรนไขมันสองชั้นของเซลล์.

มีความจำเป็นต้องพูดถึงว่ารูปแบบของไอระเหยนั้นมีลักษณะเฉพาะอย่างมากและไม่เหมือนกับโปรตีนชนิดอื่น ๆ ที่ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์.

ลำดับกรดอะมิโนนั้นมีขั้วเป็นส่วนใหญ่ โปรตีนชนิดนี้มีลักษณะของ Transmembrane โดยมีส่วนที่อุดมไปด้วยส่วนที่เป็นเกลียว อย่างไรก็ตาม aquaporins ขาดภูมิภาคดังกล่าว.

ด้วยการใช้เทคโนโลยีในปัจจุบันมันเป็นไปได้ที่จะอธิบายโครงสร้าง porin อย่างละเอียด: พวกมันเป็นโมโนเมอร์ตั้งแต่ 24 ถึง 30 KDa ซึ่งประกอบด้วยขดลวดหกส่วนที่มีสองส่วนเล็ก ๆ ที่ล้อมรอบไซโตพลาสซึมและเชื่อมต่อกัน.

โมโนเมอร์เหล่านี้ถูกรวมเป็นกลุ่มสี่ยูนิตแม้ว่าแต่ละอันสามารถทำงานได้อย่างอิสระ ในใบพัดขนาดเล็กมีลวดลายบางอย่างที่อนุรักษ์รวมถึง NPA.

ใน aquaporins บางชนิดที่พบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (AQP4) มีการรวมตัวที่สูงกว่าซึ่งเกิดจากการเรียงตัวของผลึกโมเลกุล.

เพื่อที่จะส่งน้ำการตกแต่งภายในของโปรตีนนั้นมีขั้วและด้านนอกเป็น apolar ตรงกันข้ามกับโปรตีนทรงกลมทั่วไป.

ฟังก์ชั่น

หน้าที่ของ aquaporins คือทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการเคลื่อนย้ายของน้ำไปยังด้านในของเซลล์เพื่อตอบสนองต่อการไล่ระดับสีออสโมติก ไม่จำเป็นต้องใช้กำลังเพิ่มเติมหรือการปั๊มชนิดใด ๆ : น้ำเข้าและออกจากเซลล์โดยการดูดซึม, ทำหน้าที่ไกล่เกลี่ยโดย aquaporin บางสายพันธุ์ยังมีโมเลกุลของกลีเซอรอล.

เพื่อดำเนินการขนส่งนี้และเพิ่มการซึมผ่านของน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญเยื่อหุ้มเซลล์จะประกอบไปด้วยโมเลกุลของสารระเหยในลำดับความหนาแน่น 10,000 ตารางไมโครเมตร.

ฟังก์ชั่นในสัตว์

การขนส่งน้ำมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต มาดูตัวอย่างที่ตรงเวลาของไต: พวกเขาควรกรองน้ำปริมาณมหาศาลทุกวัน หากกระบวนการนี้ไม่เกิดขึ้นอย่างถูกต้องผลที่ตามมาจะเป็นอันตรายถึงชีวิต.

นอกจากความเข้มข้นของปัสสาวะแล้ว aquaporins ยังมีส่วนร่วมในสภาวะสมดุลของของเหลวในร่างกาย, การทำงานของสมอง, การหลั่งของต่อม, ความชุ่มชื้นของผิวหนัง, ความอุดมสมบูรณ์ในเพศชาย, การมองเห็น, การได้ยิน - เพียงแค่พูดถึงกระบวนการบางอย่าง ชีวภาพ.

ในการทดลองที่ดำเนินการในหนูมันสรุปได้ว่าพวกเขายังมีส่วนร่วมในการโยกย้ายเซลล์บทบาทที่อยู่ห่างไกลจากการขนส่งทางน้ำ.

ฟังก์ชั่นในพืช

Aquaporins ส่วนใหญ่มีความหลากหลายในอาณาจักรพืช ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เป็นสื่อกลางกระบวนการที่สำคัญเช่นเหงื่อ, การสืบพันธุ์, การเผาผลาญ.

นอกจากนี้พวกเขายังมีบทบาทสำคัญในฐานะกลไกการปรับตัวในสภาพแวดล้อมที่สภาพแวดล้อมไม่เหมาะสม.

หน้าที่ของจุลินทรีย์

แม้ว่าจะมี aquaporins อยู่ในจุลินทรีย์ แต่ก็ยังไม่พบฟังก์ชั่นเฉพาะ.

สาเหตุหลักมาจากสองสาเหตุ: อัตราส่วนของพื้นผิวที่มีปริมาณสูงของจุลินทรีย์ทำให้เกิดภาวะสมดุลย์ออสโมติกอย่างรวดเร็ว (ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ aquaporins) และการศึกษาการลบจุลินทรีย์ไม่ได้ทำให้เกิดฟีโนไทป์ที่ชัดเจน.

อย่างไรก็ตามมันคาดการณ์ว่า aquaporins สามารถให้การป้องกันการแช่แข็งและการละลายอย่างต่อเนื่องบางเหตุการณ์รักษาการซึมผ่านของน้ำในเยื่อหุ้มที่อุณหภูมิต่ำ.

ชนิด

โมเลกุลของอะควาซินนั้นเป็นที่รู้จักกันในเชื้อสายต่าง ๆ ทั้งในพืชและสัตว์และในสิ่งมีชีวิตที่มีความซับซ้อนน้อยกว่า.

ในพืชมีการค้นพบโมเลกุลที่แตกต่างกันประมาณ 50 โมเลกุลในขณะที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีเพียง 13 ชนิดที่เนื้อเยื่อต่าง ๆ เช่นเนื้อเยื่อเยื่อบุผิวและเนื้อเยื่อบุผนังหลอดเลือดของไต, ปอด, ต่อมไร้ท่อและอวัยวะที่เกี่ยวข้องกับการย่อยอาหาร.

อย่างไรก็ตาม aquaporins ยังสามารถแสดงออกในเนื้อเยื่อที่ไม่มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนและโดยตรงกับการขนส่งของของเหลวในร่างกายเช่นใน astrocytes ของระบบประสาทส่วนกลางและในบางภูมิภาคของดวงตาเช่นกระจกตาและเยื่อบุเลนส์ปรับเลนส์.

มี aquaporins ขึ้นในเยื่อของเชื้อราแบคทีเรีย (เช่น อี. โคไล) และในเยื่อหุ้มของ organelles เช่น chloroplasts และ mitochondria.

พยาธิสภาพทางการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับ aquaporins

ในผู้ป่วยที่มีข้อบกพร่องในลำดับของ aquaporin 2 ที่มีอยู่ในเซลล์ของไตพวกเขาจะต้องใช้น้ำมากกว่า 20 ลิตรเพื่อให้ร่างกายชุ่มชื้น ในกรณีทางการแพทย์เหล่านี้ไม่มีความเข้มข้นของปัสสาวะที่เพียงพอ.

กรณีตรงข้ามยังส่งผลให้เกิดกรณีทางคลินิกที่น่าสนใจเช่นการผลิต aquaporin 2 ที่มากเกินไปนำไปสู่การกักเก็บของเหลวในผู้ป่วยมากเกินไป.

ในช่วงระยะเวลาของการตั้งครรภ์มีการสังเคราะห์อควาซินเพิ่มขึ้น ความจริงนี้อธิบายถึงการกักเก็บของเหลวที่พบได้ทั่วไปในมารดาในอนาคต ในทำนองเดียวกันการขาด aquaporin 2 นั้นเชื่อมโยงกับการปรากฏตัวของโรคเบาหวานชนิดหนึ่ง.

การอ้างอิง

1. บราวน์, D. (2017) การค้นพบช่องทางน้ำ (Aquaporins). พงศาวดารของโภชนาการและการเผาผลาญ, 70(Suppl 1), 37-42.
2. Campbell A, N. , & Reece, J. B. (2005). ชีววิทยา. บรรณาธิการ Panamericana การแพทย์.
3. Lodish, H. (2005). ชีววิทยาของเซลล์และโมเลกุล. บรรณาธิการ Panamericana การแพทย์.
4. Park, W. , Scheffler, B.E. , Bauer, P.J. , & Campbell, B.T. (2010) การจำแนกตระกูลยีน aquaporin และการแสดงออกของพวกมันในฝ้ายดอนGossypium hirsutum L. ). ชีววิทยาของพืช BMC, 10(1), 142.
5. Pelagalli, A. , Squillacioti, C. , Mirabella, N. , & Meli, R. (2016) Aquaporins ในสุขภาพและโรค: ภาพรวมมุ่งเน้นไปที่ลำไส้ของสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน. วารสารนานาชาติของวิทยาศาสตร์โมเลกุล, 17(8), 1213.
6. Sadava, D. , & Purves, W. H. (2009). ชีวิต: วิทยาศาสตร์ของชีววิทยา. บรรณาธิการ Panamericana การแพทย์.
7. Verkman, A. S. (2012) Aquaporins ในคลินิกเวชกรรม. ทบทวนยาประจำปี, 63, 303-316.
8. Verkman, A. S. , & Mitra, A. K. (2000) โครงสร้างและหน้าที่ของช่องทางคายน้ำ. วารสารอเมริกันสรีรวิทยา - สรีรวิทยาการทำงานของไต, 278(1), F13-F28.
9. Verkman, A.S. (2013) aquaporins. ชีววิทยาปัจจุบัน, 23 (2), R52-5.