Chức năng, cấu trúc và loại Aquaporin



các aquaporin, còn được gọi là kênh nước, là các phân tử có bản chất protein vượt qua màng sinh học. Chúng chịu trách nhiệm trung gian dòng nước chảy vào và ra khỏi tế bào một cách nhanh chóng và hiệu quả, ngăn không cho nước tương tác với các phần kỵ nước điển hình của hai lớp phospholipid..

Những protein này giống như một cái thùng và có cấu trúc phân tử rất đặc biệt, bao gồm chủ yếu là các vòng xoắn. Chúng phân bố rộng rãi trong các dòng dõi khác nhau, bao gồm từ các vi sinh vật nhỏ đến động vật và thực vật, nơi chúng có rất nhiều.

Chỉ số

  • 1 quan điểm lịch sử
  • 2 cấu trúc
  • 3 chức năng
    • 3.1 Chức năng ở động vật
    • 3.2 Chức năng trong thực vật
    • 3.3 Chức năng của vi sinh vật
  • 4 loại
  • 5 bệnh lý y tế liên quan đến aquaporin
  • 6 tài liệu tham khảo

Quan điểm lịch sử

Với kiến ​​thức cơ bản về sinh lý học và trong các cơ chế mà các chất hòa tan di chuyển qua màng (chủ động và thụ động), chúng ta có thể hiểu rằng việc vận chuyển nước không giả sử bất kỳ vấn đề nào, xâm nhập và rời khỏi tế bào bằng cách khuếch tán đơn giản.

Ý tưởng này đã được xử lý trong nhiều năm. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu đã thấy sự tồn tại của một số kênh vận chuyển nước, vì trong một số loại tế bào có tính thấm nước cao (chẳng hạn như thận), sự khuếch tán sẽ không đủ để giải thích sự vận chuyển nước.

Bác sĩ và nhà nghiên cứu Peter Agre đã phát hiện ra các kênh protein này vào năm 1992, trong khi làm việc với màng hồng cầu. Nhờ khám phá này, ông đã giành được (cùng với các đồng nghiệp của mình), giải thưởng Nobel năm 2003. aquaporin đầu tiên này được gọi là "Aquaporin 1".

Cấu trúc

Hình dạng của aquaporin giống như một chiếc đồng hồ cát, với hai nửa đối xứng được định hướng ngược nhau. Cấu trúc này xuyên qua màng lipid kép của tế bào.

Cần phải đề cập rằng dạng aquaporin rất đặc biệt và không giống với bất kỳ loại protein nào khác đi qua màng.

Các chuỗi axit amin chủ yếu là cực. Protein xuyên màng được đặc trưng bởi có một phân đoạn giàu các phân đoạn xoắn ốc alpha. Tuy nhiên, aquaporin thiếu các khu vực như vậy.

Nhờ sử dụng các công nghệ hiện tại, có thể làm sáng tỏ cấu trúc porin một cách chi tiết: chúng là các đơn phân từ 24 đến 30 KDa bao gồm sáu phân đoạn xoắn ốc với hai phân đoạn nhỏ bao quanh tế bào chất và được nối với nhau bằng một lỗ nhỏ.

Các đơn phân này được tập hợp thành một nhóm gồm bốn đơn vị, mặc dù mỗi đơn vị có thể hoạt động độc lập. Trong các cánh quạt nhỏ, có một số họa tiết được bảo tồn, bao gồm NPA.

Trong một số aquaporin được tìm thấy ở động vật có vú (AQP4) tập hợp cao hơn hình thành sự sắp xếp tinh thể siêu phân tử xảy ra.

Để vận chuyển nước, phần bên trong của protein là cực và bên ngoài là cực, trái với protein hình cầu thông thường.

Chức năng

Chức năng của aquaporin là trung gian vận chuyển nước vào bên trong tế bào để đáp ứng với độ dốc thẩm thấu. Nó không cần bất kỳ loại lực hoặc bơm bổ sung nào: nước xâm nhập và rời khỏi tế bào bằng thẩm thấu, qua trung gian là aquaporin. Một số biến thể cũng mang phân tử glycerol.

Để thực hiện việc vận chuyển này và làm tăng đáng kể tính thấm nước, màng tế bào được hoàn thiện với các phân tử aquaporin, theo thứ tự mật độ 10.000 micromet vuông.

Chức năng ở động vật

Việc vận chuyển nước là rất quan trọng đối với các sinh vật. Chúng ta hãy lấy ví dụ đúng giờ của thận: họ nên lọc lượng nước lớn hàng ngày. Nếu quá trình này không xảy ra đúng cách, hậu quả sẽ gây tử vong.

Ngoài nồng độ của nước tiểu, aquaporin có liên quan đến cân bằng nội môi chung của chất lỏng cơ thể, chức năng não, bài tiết tuyến, hydrat hóa da, khả năng sinh sản ở nam giới, thị giác, thính giác - chỉ đề cập đến một vài quá trình sinh học.

Trong các thí nghiệm được thực hiện trên chuột, người ta đã kết luận rằng chúng cũng tham gia vào quá trình di chuyển tế bào, một vai trò khác xa với vận chuyển nước.

Chức năng trong thực vật

Aquaporin chủ yếu là đa dạng trong vương quốc thực vật. Trong các sinh vật này làm trung gian cho các quá trình quan trọng như mồ hôi, sinh sản, trao đổi chất.

Ngoài ra, chúng đóng vai trò quan trọng như một cơ chế thích nghi trong môi trường có điều kiện môi trường không tối ưu.

Chức năng trong vi sinh vật

Mặc dù aquaporin có trong vi sinh vật, một chức năng cụ thể chưa được tìm thấy.

Chủ yếu vì hai lý do: tỷ lệ thể tích bề mặt cao của vi khuẩn cho thấy trạng thái cân bằng thẩm thấu nhanh (làm cho aquaporin không cần thiết) và các nghiên cứu về việc xóa vi khuẩn không mang lại kiểu hình rõ ràng.

Tuy nhiên, người ta suy đoán rằng aquaporin có thể cung cấp một số bảo vệ chống lại sự đóng băng và tan băng liên tiếp, duy trì tính thấm nước trong màng ở nhiệt độ thấp.

Các loại

Các phân tử Aquaporin được biết đến trong các dòng dõi khác nhau, cả ở thực vật và động vật và trong các sinh vật ít phức tạp hơn và chúng gần giống nhau - chúng tôi giả sử rằng chúng xuất hiện sớm trong quá trình tiến hóa.

Trong thực vật đã được tìm thấy khoảng 50 phân tử khác nhau, trong khi động vật có vú chỉ có 13, được phân phối bởi các mô khác nhau, chẳng hạn như mô biểu mô và nội mô của thận, phổi, tuyến ngoại tiết và các cơ quan liên quan đến tiêu hóa.

Tuy nhiên, aquaporin cũng có thể được biểu hiện trong các mô không có mối quan hệ rõ ràng và trực tiếp với việc vận chuyển chất lỏng trong cơ thể, như trong tế bào hình sao của hệ thần kinh trung ương và ở một số vùng nhất định của mắt, như giác mạc và biểu mô đường mật..

Có aquaporin lên trong màng nấm, của vi khuẩn (như E.coli) và trong màng của các bào quan, chẳng hạn như lục lạp và ty thể.

Bệnh lý y tế liên quan đến aquaporin

Ở những bệnh nhân có một số khiếm khuyết trong chuỗi aquaporin 2 có trong các tế bào của thận, họ phải uống hơn 20 lít nước để giữ cho mình ngậm nước. Trong những trường hợp y tế này, không có nồng độ nước tiểu đầy đủ.

Trường hợp ngược lại cũng dẫn đến một trường hợp lâm sàng thú vị: sản xuất thừa aquaporin 2 dẫn đến tình trạng giữ nước quá mức ở bệnh nhân.

Trong thời kỳ mang thai, có sự gia tăng tổng hợp aquaporin. Thực tế này giải thích sự lưu giữ chất lỏng phổ biến ở các bà mẹ tương lai. Tương tự như vậy, sự vắng mặt của aquaporin 2 có liên quan đến sự xuất hiện của một loại bệnh tiểu đường nhất định.

Tài liệu tham khảo

  1. Nâu, D. (2017). Việc phát hiện ra các kênh nước (Aquaporin). Biên niên sử về dinh dưỡng và chuyển hóa, 70(Bổ sung 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). Sinh học. Biên tập Panamericana Y tế.
  3. Tạm biệt, H. (2005). Sinh học tế bào và phân tử. Biên tập Panamericana Y tế.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Xác định họ gen aquaporin và biểu hiện của chúng trên bông vùng cao (Gossypium hirsutum L.). Sinh học thực vật BMC, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporin trong sức khỏe và bệnh tật: Một tổng quan tập trung vào ruột của các loài khác nhau. Tạp chí khoa học phân tử quốc tế, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Cuộc sống: Khoa học sinh học. Biên tập Panamericana Y tế.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporin trong y học lâm sàng. Đánh giá hàng năm của y học, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., & Mitra, A. K. (2000). Cấu trúc và chức năng của các kênh nước aquaporin. Tạp chí Sinh lý học Hoa Kỳ-Sinh lý thận, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporin. Sinh học hiện tại, 23 (2), R52-5.