وظائف Aquaporins ، هيكل وأنواع

ال aquaporins, تُعرف أيضًا باسم قنوات المياه ، وهي جزيئات ذات طبيعة بروتينية تعبر الأغشية البيولوجية. وهي مسؤولة عن التوسط في التدفق السريع والفعال للمياه داخل وخارج الخلايا ، مما يمنع الماء من التفاعل مع الأجزاء غير المرهوبة للماء التي تتميز بها طبقات ثنائية الفسفورية..

تشبه هذه البروتينات البرميل ولها بنية جزيئية خاصة جدًا ، تتكون أساسًا من الهلس. يتم توزيعها على نطاق واسع في سلالات مختلفة ، بما في ذلك من الكائنات الحية الدقيقة الصغيرة إلى الحيوانات والنباتات ، حيث أنها وفيرة.

مؤشر

• 1 منظور تاريخي
• 2 هيكل
• 3 وظائف
  • 3.1 وظائف في الحيوانات
  • 3.2 وظائف في النباتات
  • 3.3 وظائف في الكائنات الحية الدقيقة
• 4 أنواع
• 5 الأمراض الطبية المرتبطة أكوابرين
• 6 المراجع

المنظور التاريخي

من خلال معرفة أساسية في علم وظائف الأعضاء والآليات التي تنتقل بها المواد المذابة عبر الأغشية (النشطة والسلبية) ، يمكننا أن نستنتج أن نقل الماء لا يفترض أي مشكلة ، حيث يدخل الخلية ويخرج منها عن طريق الانتشار البسيط.

تم التعامل مع هذه الفكرة لسنوات عديدة. ومع ذلك ، رأى بعض الباحثين وجود بعض قنوات النقل المائي ، لأنه في أنواع معينة من الخلايا ذات نفاذية عالية للمياه (مثل الكلى ، على سبيل المثال) ، لن يكون الانتشار كافياً لتفسير النقل من الماء.

اكتشف الطبيب والباحث بيتر أوب هذه القنوات البروتينية في عام 1992 ، بينما كان يعمل مع غشاء كريات الدم الحمراء. بفضل هذا الاكتشاف ، فاز (جنبا إلى جنب مع زملائه) ، بجائزة نوبل في عام 2003. أطلق على هذا aquaporin الأول "Aquaporin 1".

هيكل

يشبه شكل aquaporin الساعة الرملية ، مع نصفين متماثلين موجهين في اتجاهين متعاكسين. يعبر هذا الهيكل الغشاء الدهني المزدوج للخلية.

من الضروري الإشارة إلى أن شكل aquaporin خاص للغاية ولا يشبه أي نوع آخر من البروتينات التي تعبر الغشاء.

تسلسل الأحماض الأمينية قطبي في الغالب. تتميز البروتينات عبر الغشاء بوجود شريحة غنية بشرائح حلزونية ألفا. ومع ذلك ، تفتقر aquaporins مثل هذه المناطق.

بفضل استخدام التقنيات الحالية ، كان من الممكن توضيح بنية porin بالتفصيل: فهي مونومرات من 24 إلى 30 KDA تتكون من ستة قطاعات حلزونية مع اثنين من الشرائح الصغيرة التي تحيط السيتوبلازم ومتصلة بواسطة مسام صغيرة.

يتم تجميع هذه المونومرات في مجموعة من أربع وحدات ، على الرغم من أن كل منها يمكن أن تعمل بشكل مستقل. في المراوح الصغيرة ، هناك بعض الأشكال المحفوظة ، بما في ذلك NPA.

في بعض الأكواب الموجودة في الثدييات (AQP4) توجد تجمعات أعلى تشكل تشكيلات بلورات فوق الجزيئات.

من أجل نقل المياه ، يكون الجزء الداخلي من البروتين قطبيًا ، أما الجزء الخارجي من البروتين فهو قطبي ، على عكس البروتينات الكروية الشائعة.

وظائف

تتمثل وظيفة aquaporins في التوسط في نقل المياه إلى داخل الخلية استجابة لتدرج اسموزي. لا تحتاج إلى أي نوع من القوة الإضافية أو الضخ: يدخل الماء ويترك الخلية عن طريق التناضح ، بوساطة aquaporin. تحمل بعض المتغيرات أيضًا جزيئات الجلسرين.

لتنفيذ هذا النقل وزيادة نفاذية المياه بشكل كبير ، غشاء الخلية مليء جزيئات aquaporin ، في حدود الكثافة 10000 ميكرومتر مربع.

وظائف في الحيوانات

نقل المياه أمر حيوي للكائنات الحية. دعنا نأخذ مثالا دقيقا عن الكلى: يجب عليهم تصفية كميات هائلة من الماء يوميا. إذا لم تحدث هذه العملية بشكل صحيح ، فستكون النتائج قاتلة.

بالإضافة إلى تركيز البول ، تشارك أكوابين في التوازن العام لسوائل الجسم ، ووظيفة المخ ، وإفراز الغدة ، وترطيب الجلد ، والخصوبة عند الذكور ، والرؤية ، والسمع - فقط على سبيل المثال لا الحصر عمليات بيولوجي.

في التجارب التي أجريت على الفئران ، خلص إلى أنهم يشاركون أيضًا في هجرة الخلايا ، وهو دور بعيد عن النقل المائي.

وظائف في النباتات

Aquaporins هي في الغالب متنوعة في المملكة النباتية. في هذه الكائنات تتوسط العمليات الحاسمة مثل العرق والتكاثر والتمثيل الغذائي.

بالإضافة إلى ذلك ، فهي تلعب دورًا مهمًا كآلية تكيفية في البيئات التي لا تكون ظروفها البيئية مثالية.

وظائف في الكائنات الحية الدقيقة

على الرغم من وجود أكوابين في الكائنات الحية الدقيقة ، لم يتم العثور على وظيفة محددة بعد.

بشكل رئيسي لسببين: تفترض نسبة حجم السطح المرتفعة للميكروبات وجود توازن اسموزي سريع (مما يجعل استخدام أكوابين غير ضروري) ولم تسفر دراسات الحذف الميكروبي عن نمط ظاهري واضح.

ومع ذلك ، فمن المتوقع أن أكوابين يمكن أن توفر بعض الحماية ضد أحداث التجميد والذوبان المتعاقبة ، والحفاظ على نفاذية المياه في الأغشية في درجات حرارة منخفضة.

نوع

تُعرف جزيئات الأكورين في سلالات مختلفة ، سواء في النباتات أو الحيوانات وفي الكائنات الحية الأقل تعقيدًا ، وهذه تشبه بعضها بعضًا عن كثب - نحن نفترض بعد ذلك أنها ظهرت في وقت مبكر من التطور.

في النباتات ، تم العثور على حوالي 50 جزيئًا مختلفًا ، بينما تحتوي الثدييات على 13 فقط ، موزعة بواسطة أنسجة مختلفة ، مثل الأنسجة الظهارية والبطانية في الكلى والرئة والغدد الصماء والأعضاء المتعلقة بالهضم..

ومع ذلك ، يمكن التعبير عن aquaporins أيضًا في الأنسجة التي ليس لها علاقة واضحة ومباشرة بنقل السوائل في الجسم ، كما في الخلايا النجمية للجهاز العصبي المركزي وفي مناطق معينة من العين ، مثل القرنية وظهارة الهدبية..

هناك أكواب في الغشاء الفطري ، من البكتيريا (كما كولاي) وفي أغشية العضيات ، مثل البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا.

الأمراض الطبية المرتبطة أكوابرين

في المرضى الذين يعانون من بعض العيوب في تسلسل aquaporin 2 الموجود في خلايا الكلى ، يجب أن يأخذوا أكثر من 20 لترا من الماء للحفاظ على أنفسهم رطب. في هذه الحالات الطبية ، لا يوجد تركيز كافٍ للبول.

تؤدي الحالة المعاكسة أيضًا إلى حدوث حالة سريرية مثيرة للاهتمام: يؤدي إنتاج الزائدة من aquaporin 2 إلى احتباس السوائل بشكل مفرط في المريض.

خلال فترات الحمل ، هناك زيادة في تخليق aquaporins. هذه الحقيقة تفسر احتباس السوائل شائع في الأمهات المستقبل. وبالمثل ، تم ربط غياب aquaporin 2 بظهور نوع معين من مرض السكري.

مراجع

1. براون ، دي (2017). اكتشاف قنوات المياه (Aquaporins). حوليات التغذية والتمثيل الغذائي, 70(ملحق 1) ، 37-42.
2. Campbell A، N.، & Reece، J. B. (2005). علم الاحياء. افتتاحية Panamericana Medical.
3. لوديش ، هـ. (2005). البيولوجيا الخلوية والجزيئية. افتتاحية Panamericana Medical.
4. Park، W.، Scheffler، B.E.، Bauer، P.J.، & Campbell، B.T (2010). تحديد عائلة جينات aquaporin وتعبيرها في القطن المرتفع (ثرثرة القيلسيوم L.). بيولوجيا النبات BMC, 10(1) ، 142.
5. Pelagalli، A.، Squillacioti، C.، Mirabella، N.، & Meli، R. (2016). Aquaporins في الصحة والمرض: لمحة عامة تركز على الأمعاء من الأنواع المختلفة. المجلة الدولية للعلوم الجزيئية, 17(8) ، 1213.
6. Sadava، D.، & Purves، W. H. (2009). الحياة: علم الأحياء. افتتاحية Panamericana Medical.
7. Verkman، A. S. (2012). Aquaporins في الطب السريري. الاستعراض السنوي للطب, 63, 303-316.
8. Verkman، A. S.، & Mitra، A. K. (2000). هيكل ووظيفة قنوات مياه aquaporin. المجلة الأمريكية لعلم وظائف الأعضاء - فسيولوجيا الكلى, 278(1) ، F13-F28.
9. فيركمان ، إيه. (2013). aquaporins. علم الأحياء الحالي ، 23 (2) ، R52-5.