AQUAPORINLER: IŞLEVLERI, YAPILARI VE TÜRLERI - BIYOLOJI - 2025

Aquaporinler ayrıca su kanalları olarak da bilinen, biyolojik membranların geçmesi proteinli moleküllerdir. Suyun hücrelerin içine ve dışına hızlı ve verimli akışına aracılık etmekten, suyun fosfolipid çift katmanlarının tipik hidrofobik kısımlarıyla etkileşime girmesini önlemekten sorumludurlar.

Bu proteinler bir varile benzer ve esas olarak sarmallardan oluşan çok özel bir moleküler yapıya sahiptir. Küçük mikroorganizmalardan bol miktarda bulundukları hayvanlara ve bitkilere kadar farklı soylarda geniş çapta dağılmıştır.

Kaynak: Maria Quezada Aranda, Wikimedia Commons'tan

Tarihi bakış açısı

Temel fizyoloji bilgisi ve çözünen maddelerin zarlardan geçen mekanizmalarla (aktif ve pasif), basit difüzyonla hücreye girip çıkarken su taşınmasının herhangi bir sorun yaratmadığını tahmin edebiliriz.

Bu fikir yıllardır etrafta. Bununla birlikte, bazı araştırmacılar su geçirgenliği yüksek bazı hücre türlerinde (örneğin böbrek gibi) difüzyon, taşımayı açıklamak için yeterli bir mekanizma olmayacağından bazı su nakil kanallarının varlığını tespit ettiler. suyun.

Doktor ve araştırmacı Peter Agre, bu protein kanallarını 1992'de eritrosit zarı üzerinde çalışırken keşfetti. Bu keşif sayesinde, 2003 yılında (meslektaşları ile birlikte) Nobel Ödülü'nü kazandı. Bu ilk aquaporine "aquaporin 1" adı verildi.

yapı

Aquaporinin şekli, birbirine zıt iki simetrik yarım ile bir kum saatini andırır. Bu yapı, hücrenin çift lipit zarını geçer.

Akuaporinin şeklinin çok özel olduğu ve başka herhangi bir tür zar-kapsayan proteinlere benzemediği belirtilmelidir.

Amino asit sekansları ağırlıklı olarak kutupsaldır. Transmembran proteinleri, alfa helisel segmentler bakımından zengin bir segmente sahip olmasıyla karakterize edilir. Ancak, akuaporinler bu tür bölgelerden yoksundur.

Mevcut teknolojilerin kullanımı sayesinde, porinin yapısı ayrıntılı olarak açıklanmıştır: bunlar, sitoplazmayı çevreleyen ve küçük bir gözenekle birbirine bağlanan iki küçük segmente sahip altı sarmal segmentten oluşan 24 ila 30 KDa arasında monomerlerdir.

Bu monomerler, her biri bağımsız olarak işlev görebilmesine rağmen, dört birimden oluşan bir grupta toplanmıştır. Küçük sarmallarda, NPA dahil olmak üzere bazı korunmuş motifler vardır.

Memelilerde bulunan bazı akuaporinlerde (AQP4), supramolequal kristal düzenlemeleri oluşturan daha yüksek agregasyonlar meydana gelir.

Suyu taşımak için, ortak küresel proteinlerin aksine, proteinin içi polar ve dışı polar değildir.

Kaynak: Yazan Makine tarafından okunabilen bir yazar sağlanmadı. DanielMCR varsaydı (telif hakkı taleplerine dayanarak). , Wikimedia Commons aracılığıyla

Özellikleri

Akuaporinlerin rolü, ozmotik gradyana yanıt olarak suyun hücreye taşınmasına aracılık etmektir. Ek bir kuvvete veya pompalamaya ihtiyaç duymaz: Su hücreye aquaporin aracılığıyla ozmoz yoluyla girer ve çıkar. Bazı varyantlar ayrıca gliserol molekülleri taşır.

Bu taşımayı gerçekleştirmek ve su geçirgenliğini önemli ölçüde artırmak için hücre zarı, 10.000 mikrometre'lik bir yoğunluk düzeninde akuaporin molekülleri ile doldurulur.

Hayvanlarda işlevler

Su taşınması organizmalar için hayati önem taşır. Böbreklere özel bir örnek verelim: Her gün büyük miktarda suyu filtrelemeleri gerekir. Bu süreç gerektiği gibi gerçekleşmezse, sonuçları ölümcül olacaktır.

İdrar konsantrasyonuna ek olarak, aquaporinler genel vücut sıvısı homeostazı, beyin fonksiyonu, bez salgılanması, cilt hidrasyonu, erkek doğurganlığı, görme, işitme ile ilgilidir - sadece birkaç işlemden bahsetmek gerekirse biyolojik.

Farelerde yapılan deneylerde, su taşımacılığından çok uzak bir rol olan hücre göçüne de katıldıkları sonucuna varıldı.

Bitkilerdeki fonksiyonlar

Aquaporinler, bitkiler aleminde çoğunlukla çeşitlidir. Bu organizmalarda terleme, üreme, metabolizma gibi önemli süreçler aracılık eder.

Ek olarak, çevresel koşulları optimal olmayan ortamlarda uyarlanabilir bir mekanizma olarak önemli bir rol oynarlar.

Mikroorganizmalardaki işlevler

Akuaporinler mikroorganizmalarda bulunmasına rağmen, henüz belirli bir işlev bulunamamıştır.

Temelde iki nedenden ötürü: Mikropların yüksek yüzey-hacim oranı hızlı bir ozmotik denge anlamına gelir (akuaporinleri gereksiz kılar) ve mikroplarda silinme çalışmaları net bir fenotip vermemiştir.

Bununla birlikte, aquaporinlerin, düşük sıcaklıklarda membranlardaki su geçirgenliğini koruyarak ardışık donma ve çözülme olaylarına karşı bir miktar koruma sağlayabileceği tahmin edilmektedir.

Türleri

Aquaporin molekülleri, hem bitkilerde hem de hayvanlarda ve daha az karmaşık organizmalarda çeşitli soylardan bilinmektedir ve bunlar birbirine çok benzer - o zaman evrimin erken dönemlerinde ortaya çıktıklarını varsayıyoruz.

Bitkilerde yaklaşık 50 farklı molekül bulunurken, memelilerde böbrek, akciğer, ekzokrin bezleri ve sindirimle ilgili organların epitel ve endotelyal dokusu gibi çeşitli dokulara dağılmış yalnızca 13 tane vardır.

Bununla birlikte, akuaporinler, merkezi sinir sisteminin astrositleri ve kornea ve siliyer epitel gibi gözün belirli bölgelerinde olduğu gibi vücuttaki sıvı taşınmasıyla açık ve doğrudan bir ilişkisi olmayan dokularda da ifade edilebilir.

Mantar zarında, bakterilerde (E. coli gibi) ve kloroplast ve mitokondri gibi organellerin zarlarında bile akuaporinler vardır.

Akuaporinlerle ilişkili tıbbi patolojiler

Böbrek hücrelerinde bulunan aquaporin 2 sekansında bir kusuru olan hastalarda, susuz kalmamak için 20 litreden fazla su içmeleri gerekir. Bu tıbbi durumlarda, yeterli idrar konsantrasyonu yoktur.

Tersi durum da ilginç bir klinik vaka ile sonuçlanır: fazla miktarda aquaporin 2 üretimi hastada aşırı sıvı tutulmasına yol açar.

Hamilelik sırasında akuaporinlerin sentezinde artış olur. Bu gerçek, hamile annelerde yaygın sıvı tutulmasını açıklar. Benzer şekilde, aquaporin 2'nin yokluğu, belirli bir diyabet türünün gelişmesiyle ilişkilendirilmiştir.

Referanslar

1. Brown, D. (2017). Su kanallarının keşfi (Aquaporinler). Beslenme ve Metabolizma Yıllıkları, 70 (Ek 1), 37-42.
2. Campbell A, N. ve Reece, JB (2005). Biyoloji. Editoryal Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Hücresel ve moleküler biyoloji. Editoryal Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ ve Campbell, BT (2010). Aquaporin gen ailesinin tanımlanması ve yayla pamuklarında (Gossypium hirsutum L.) ekspresyonu. BMC bitki biyolojisi, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N. ve Meli, R. (2016). Sağlık ve hastalıkta akuaporinler: Farklı türlerin bağırsaklarına odaklanan bir genel bakış. Uluslararası moleküler bilimler dergisi, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D. ve Purves, WH (2009). Yaşam: Biyoloji Bilimi. Editoryal Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Klinik tıpta akuaporinler. Tıbbın yıllık incelemesi, 63, 303-316.
8. Verkman, AS ve Mitra, AK (2000). Aquaporin su kanallarının yapısı ve işlevi. Amerikan Fizyoloji-Renal Fizyoloji Dergisi, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Aquaporinler. Güncel biyoloji, 23 (2), R52-5.