AQUAPORIN: FUNGSI, STRUKTUR DAN JENISNYA - BIOLOGI - 2025

The aquaporins , juga dikenali sebagai saluran air adalah molekul protin yang pergi melalui membran biologi. Mereka bertanggung jawab untuk memediasi aliran air yang cepat dan cekap ke dalam dan keluar dari sel, mencegah air berinteraksi dengan bahagian hidrofobik khas bilayers fosfolipid.

Protein ini menyerupai tong dan mempunyai struktur molekul yang sangat khusus, terdiri terutamanya dari heliks. Mereka diedarkan secara meluas dalam keturunan yang berbeza, termasuk dari mikroorganisma kecil ke haiwan dan tumbuh-tumbuhan, di mana mereka banyak.

Sumber: Oleh María Quezada Aranda, dari Wikimedia Commons

Perspektif bersejarah

Dengan pengetahuan asas fisiologi dan mekanisme zat terlarut bergerak melalui membran (aktif dan pasif), kita dapat meneka bahawa pengangkutan air tidak menimbulkan masalah, memasuki dan meninggalkan sel dengan penyebaran sederhana.

Idea ini telah wujud selama bertahun-tahun. Walau bagaimanapun, sebilangan penyelidik mengesan adanya saluran pengangkutan air, kerana pada jenis sel tertentu dengan kebolehtelapan tinggi terhadap air (seperti ginjal, misalnya), penyebaran tidak akan menjadi mekanisme yang mencukupi untuk menjelaskan pengangkutan air.

Doktor dan penyelidik Peter Agre menemui saluran protein ini pada tahun 1992, semasa bekerja dengan membran eritrosit. Berkat penemuan ini, dia memenangi (bersama dengan rakan-rakannya), Hadiah Nobel pada tahun 2003. Aquaporin pertama ini disebut "aquaporin 1".

Struktur

Bentuk aquaporin mengingatkan pada jam pasir, dengan dua bahagian simetri berorientasi satu sama lain. Struktur ini melintasi membran lipid ganda sel.

Perlu disebutkan bahawa bentuk aquaporin sangat khusus dan tidak menyerupai jenis protein membran lain.

Urutan asid amino terutamanya polar. Protein transmembran dicirikan dengan mempunyai segmen yang kaya dengan segmen heliks alfa. Walau bagaimanapun, akuaporin kekurangan kawasan tersebut.

Berkat penggunaan teknologi semasa, struktur porin telah dijelaskan secara terperinci: mereka adalah monomer dari 24 hingga 30 KDa yang terdiri daripada enam segmen heliks dengan dua segmen kecil yang mengelilingi sitoplasma dan dihubungkan oleh liang kecil.

Monomer ini dipasang dalam sekumpulan empat unit, walaupun masing-masing dapat berfungsi secara bebas. Dalam heliks kecil, terdapat beberapa motif terpelihara, termasuk NPA.

Di beberapa aquaporin yang terdapat pada mamalia (AQP4) agregasi yang lebih tinggi berlaku yang membentuk susunan kristal supramolequal.

Untuk mengangkut air, bahagian dalam protein adalah polar dan bahagian luarnya tidak polar, berbanding protein globular biasa.

Sumber: Oleh Tidak ada pengarang yang boleh dibaca oleh mesin. DanielMCR menganggap (berdasarkan tuntutan hak cipta). , melalui Wikimedia Commons

ciri-ciri

Peranan aquaporins adalah untuk memediasi pengangkutan air ke dalam sel sebagai tindak balas terhadap kecerunan osmotik. Ia tidak memerlukan kekuatan atau pam tambahan: air masuk dan meninggalkan sel oleh osmosis, dimediasi oleh aquaporin. Beberapa varian juga membawa molekul gliserol.

Untuk melaksanakan pengangkutan ini dan meningkatkan kebolehtelapan terhadap air, membran sel dibungkus dengan molekul aquaporin, dalam urutan ketumpatan 10.000 mikrometer persegi.

Fungsi pada haiwan

Pengangkutan air sangat penting untuk organisma. Mari kita ambil contoh khusus buah pinggang: mereka mesti menyaring sejumlah besar air setiap hari. Sekiranya proses ini tidak berlaku dengan betul, akibatnya akan membawa maut.

Sebagai tambahan kepada kepekatan air kencing, aquaporin juga terlibat dalam homeostasis cecair tubuh, fungsi otak, rembesan kelenjar, penghidratan kulit, kesuburan lelaki, penglihatan, pendengaran - untuk menyebutkan beberapa proses biologi.

Dalam eksperimen yang dilakukan pada tikus, disimpulkan bahawa mereka juga berpartisipasi dalam migrasi sel, peran yang jauh dari pengangkutan air.

Fungsi pada tumbuhan

Aquaporin kebanyakan terdapat di kerajaan tumbuhan. Proses penting seperti peluh, pembiakan, metabolisme menjadi perantaraan dalam organisma ini.

Di samping itu, mereka memainkan peranan penting sebagai mekanisme penyesuaian dalam persekitaran yang keadaan persekitarannya tidak optimum.

Fungsi dalam mikroorganisma

Walaupun akuaporin terdapat dalam mikroorganisma, fungsi tertentu belum dijumpai.

Terutama kerana dua sebab: nisbah permukaan-ke-volume mikroba yang tinggi menunjukkan keseimbangan osmotik yang cepat (menjadikan akuaporin tidak perlu) dan kajian mengenai penghapusan mikroba tidak menghasilkan fenotip yang jelas.

Namun, ada spekulasi bahwa akuaporin dapat memberikan perlindungan terhadap kejadian pembekuan dan pencairan berturut-turut, menjaga kebolehtelapan air dalam membran pada suhu rendah.

Jenis-Jenis

Molekul Aquaporin diketahui dari pelbagai garis keturunan, baik pada tumbuhan dan haiwan dan dalam organisma yang kurang kompleks, dan ini mirip satu sama lain - kita menganggap bahawa ia muncul pada awal evolusi.

Kira-kira 50 molekul yang berbeza telah dijumpai pada tumbuhan, sementara mamalia hanya 13, tersebar di pelbagai tisu, seperti tisu epitel dan endotel ginjal, paru-paru, kelenjar eksokrin dan organ yang berkaitan dengan pencernaan.

Walau bagaimanapun, aquaporin juga dapat dinyatakan dalam tisu yang tidak mempunyai hubungan yang jelas dan langsung dengan pengangkutan bendalir di dalam badan, seperti di astrosit sistem saraf pusat dan di kawasan mata tertentu, seperti kornea dan epitel silia.

Terdapat aquaporin walaupun pada membran kulat, bakteria (seperti E. coli) dan pada membran organel, seperti kloroplas dan mitokondria.

Patologi perubatan yang berkaitan dengan aquaporin

Pada pesakit yang mengalami kecacatan dalam urutan aquaporin 2 yang terdapat pada sel ginjal, mereka mesti minum lebih dari 20 liter air agar tetap terhidrasi. Dalam kes perubatan ini, tidak ada kepekatan air kencing yang mencukupi.

Kes yang berlawanan juga menghasilkan kes klinikal yang menarik: pengeluaran aquaporin 2 yang berlebihan membawa kepada pengekalan cecair berlebihan pada pesakit.

Semasa kehamilan, terdapat peningkatan sintesis aquaporin. Fakta ini menjelaskan pengekalan cecair biasa pada ibu hamil. Begitu juga, ketiadaan aquaporin 2 telah dikaitkan dengan perkembangan jenis diabetes tertentu.

Rujukan

1. Brown, D. (2017). Penemuan saluran air (Aquaporins). Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (Suppl. 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologi. Editorial Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Biologi selular dan molekul. Editorial Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Pengenalpastian keluarga gen aquaporin dan ekspresinya dalam kapas dataran tinggi (Gossypium hirsutum L.). Biologi tumbuhan BMC, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporin dalam kesihatan dan penyakit: Gambaran keseluruhan yang berfokus pada usus pelbagai spesies. Jurnal sains molekul antarabangsa, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Kehidupan: Sains Biologi. Editorial Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Aquaporin dalam perubatan klinikal. Ulasan tahunan perubatan, 63, 303-316.
8. Verkman, AS, & Mitra, AK (2000). Struktur dan fungsi saluran air aquaporin. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Aquaporin. Biologi semasa, 23 (2), R52-5.