Aquaporins

Le acquaporine sono canali proteici che formano pori nelle membrane cellulari per trasportare l'acqua. Fonte: Wikimedia Commons

Cosa sono le acquaporine?

IL Aquaporins, Conosciuti anche come canali d'acqua, sono molecole proteiche che attraversano le membrane biologiche. Sono responsabili della mediazione del flusso d'acqua rapido ed efficiente all'interno e all'esterno delle cellule, impedendo all'acqua di interagire con le tipiche porzioni idrofobiche dei doppi strati fosfolipidi.

Queste proteine ​​assomigliano a un barile e hanno una struttura molecolare molto particolare, composta principalmente da elica. Sono ampiamente distribuiti in diversi lignaggi, anche da piccoli microrganismi agli animali e alle piante, dove sono abbondanti.

Prospettiva storica

Con la conoscenza di base in fisiologia e nei meccanismi che i soluti si muovono attraverso le membrane (attive e passive), potremmo intuire che il trasporto di acqua non è un problema, entrando e lasciando la cellula mediante semplice diffusione.

Questa idea è stata gestita per molti anni. Tuttavia, alcuni ricercatori hanno individuato l'esistenza di alcuni canali di trasporto dell'acqua, poiché in alcuni tipi di cellule con alte permeabilità all'acqua (come quelle del rene, per esempio), la diffusione non sarebbe un meccanismo sufficiente per spiegare il trasporto di acqua.

Il medico e ricercatore Peter Agort (1949) scoprì questi canali proteici nel 1992, mentre lavorava con la membrana degli eritrociti.

Grazie a questa scoperta, ha vinto (insieme ai suoi colleghi), il premio Nobel nel 2003. Questa prima Aquaporina si chiamava "Aquaporina 1".

Struttura

La forma dell'acquaporina ricorda un orologio di sabbia, con due metà simmetriche orientate in modo opposto. Questa struttura attraversa la membrana lipidica doppia della cellula.

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Va detto che la forma di acquaporina è molto particolare e non assomiglia a nessun altro tipo di proteine ​​che attraversano la membrana.

Le sequenze di aminoacidi sono prevalentemente polari. Le proteine ​​transmembranali sono caratterizzate dal possesso di un segmento ricco di segmenti elicoidali alfa. Tuttavia, le acquaporine mancano di queste regioni.

Grazie alle attuali tecnologie, la struttura della porina è stata chiarita in dettaglio: sono monomeri da 24 a 30 kDa, che consistono in sei segmenti elicoidali con due piccoli segmenti che circondano il citoplasma e si collegano attraverso un piccolo poro.

Questi monomeri sono assemblati in un gruppo di quattro unità, anche se ognuna può funzionare in modo indipendente. In piccoli eliche, ci sono alcuni motivi conservati, incluso l'NPA.

In alcune acquaporine trovate nei mammiferi (AQP4) Aggregazioni più alte che formano accordi cristallini oleari supermoli.

Per trasportare l'acqua, l'interno della proteina è polare e l'esterno è apolare, contrariamente alle proteine ​​globulari comuni.

Aquaporins. Fonte: Wikimedia Commons

Funzioni di AuPorininas

La funzione delle acquaporine è quella di trasportare l'acqua all'interno della cellula in risposta a un gradiente osmotico.

Non ha bisogno di ulteriori resistenza o pompaggio: l'acqua entra e lascia la cellula per osmosi, mediata da acquaporino. Alcune varianti trasportano anche molecole di glicerolo.

Per eseguire questo trasporto e aumentare la permeabilità all'acqua sostanzialmente, la membrana cellulare è piena di molecole di acquaporine, in un ordine di densità di 10.000 micrometri quadrati.

Funzioni negli animali

Il trasporto dell'acqua è vitale per gli organismi. Prendiamo l'esempio puntuale dei reni: questi devono filtrare immensi quantità di acqua ogni giorno. Se questo processo non si verifica correttamente, le conseguenze sarebbero fatali.

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Oltre alla concentrazione di urina, le acquaporine sono coinvolte nell'omeostasi generale dei fluidi corporei, nella funzione cerebrale, secrezione delle ghiandole, idratazione cutanea, fertilità nei maschi, visione o audizione, solo per menzionare alcuni processi biologici-.

Negli esperimenti condotti nei topi, si è concluso che partecipano anche alla migrazione cellulare, un documento che si allontana molto dal trasporto dell'acqua.

Funzioni nelle piante

Le acquaporine sono per lo più diverse nel regno delle verdure. In questi organismi mediano processi cruciali come il sudore, la riproduzione o il metabolismo.

Inoltre, svolgono un ruolo importante come meccanismo adattivo in ambienti le cui condizioni ambientali non sono ottimali.

Funzioni nei microrganismi

Sebbene le acquaporine siano presenti nei microrganismi, non è stata ancora trovata una funzione specifica.

Principalmente per due motivi: l'elevato rapporto di volume superficiale dei microbi è un rapido equilibrio osmotico (non necessario per le acquaporine) e gli studi di cancellazione dei microbi non hanno lanciato un fenotipo chiaro.

Tuttavia, si ipotizza che le acquaporine possano offrire una certa protezione contro gli eventi successivi di congelamento e scongelamento, mantenendo la permeabilità dell'acqua nelle membrane a basse temperature.

Tipi di acquaporine

Le molecole di acquaporine sono note in vari lignaggi, sia nelle piante che negli animali e in organismi meno complessi, e queste si assomigliano a vicenda -supponiamo che siano apparse all'inizio dell'evoluzione-.

Nelle piante ci sono stati circa 50 molecole diverse, mentre i mammiferi hanno solo 13, distribuiti da vari tessuti, come il tessuto epiteliale ed endoteliale dei reni, polmoni, ghiandole esocrini e organi legati alla digestione.

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Tuttavia, le acquaporine possono anche essere espresse in tessuti che non hanno una relazione evidente e diretta con il trasporto di fluidi nel corpo, come negli astrociti del sistema nervoso centrale e in alcune regioni dell'occhio, come la cornea e Epitelio ciliare.

Ci sono acquaporine anche nella membrana dei funghi, di batteri (come E. coli) e nelle membrane di organelli, come cloroplasti e mitocondri.

Patologie mediche associate alle acquaporine

Nei pazienti che hanno un certo difetto nella sequenza di acquaporina 2 presente nelle cellule renali, dovrebbero richiedere più di 20 litri di acqua per rimanere idratati. In questi casi medici, non vi è alcuna concentrazione adeguata di urina.

Il caso opposto si traduce anche in un interessante caso clinico: la produzione di acquaporina 2 in eccesso porta alla ritenzione di un fluido eccessivo nel paziente.

Nei periodi di gravidanza, ha luogo un aumento della sintesi di acquaporine. Questo fatto spiega la comune ritenzione fluida nelle donne in gravidanza. Allo stesso modo, l'assenza di acquaporina 2 è stata correlata alla comparsa di alcuni tipi di diabete.

Riferimenti

1. Brown, d. La scoperta di canali d'acqua (acquaporine). Annali di nutrizione e metabolismo.
2. Campbell, a, n., & Reece, J. B. biologia. Pan -American Medical Editoriale.
3. Lodish, h. Biologia cellulare e molecolare. Pan -American Medical Editoriale.
4. Sadava, d., & Purves, W. H. Vita: la scienza della biologia. Pan -American Medical Editoriale.
5. Verkman, a. S. Aquorin in medicina clinica. Revisione annuale della medicina.