- มุมมองทางประวัติศาสตร์
- โครงสร้าง
- คุณสมบัติ
- หน้าที่ในสัตว์
- หน้าที่ในพืช
- หน้าที่ในจุลินทรีย์
- ประเภท
- พยาธิสภาพทางการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับ aquaporins
- อ้างอิง
aquaporinsยังเป็นที่รู้จักเป็นช่องทางน้ำเป็นโมเลกุลโปรตีนที่ไปผ่านเยื่อชีวภาพ พวกเขามีหน้าที่ในการไกล่เกลี่ยการไหลของน้ำเข้าและออกจากเซลล์อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพป้องกันไม่ให้น้ำทำปฏิกิริยากับส่วนที่ไม่ชอบน้ำโดยทั่วไปของ bilayers ฟอสโฟลิปิด
โปรตีนเหล่านี้มีลักษณะคล้ายถังและมีโครงสร้างโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจงมากโดยประกอบด้วยส่วนใหญ่เป็นเกลียว มีการกระจายพันธุ์อย่างกว้างขวางตามเชื้อสายต่างๆรวมถึงจุลินทรีย์ขนาดเล็กไปจนถึงสัตว์และพืชซึ่งมีอยู่มากมาย
ที่มา: โดยMaría Quezada Aranda จาก Wikimedia Commons
มุมมองทางประวัติศาสตร์
ด้วยความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับสรีรวิทยาและกลไกที่ตัวละลายเคลื่อนที่ผ่านเยื่อ (แอคทีฟและพาสซีฟ) เราสามารถเดาได้ว่าการขนส่งทางน้ำไม่ใช่ปัญหาการเข้าและออกจากเซลล์โดยการแพร่กระจายอย่างง่าย
ความคิดนี้มีมาหลายปีแล้ว อย่างไรก็ตามนักวิจัยบางคนตรวจพบการมีอยู่ของช่องทางการขนส่งทางน้ำเนื่องจากในเซลล์บางชนิดที่มีความสามารถในการซึมผ่านของน้ำสูง (เช่นไตเป็นต้น) การแพร่กระจายจะไม่เป็นกลไกที่เพียงพอที่จะอธิบายการขนส่ง ของน้ำ.
แพทย์และนักวิจัย Peter ตกลงได้ค้นพบช่องทางโปรตีนเหล่านี้ในปี 1992 ในขณะที่ทำงานกับเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง ด้วยการค้นพบนี้ทำให้เขาได้รับรางวัล (ร่วมกับเพื่อนร่วมงานของเขา) รางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2546 aquaporin ตัวแรกนี้เรียกว่า "aquaporin 1"
โครงสร้าง
รูปร่างของอะควาโปรินมีลักษณะคล้ายกับนาฬิกาทรายโดยมีสองซีกที่สมมาตรกันอยู่ตรงข้ามกัน โครงสร้างนี้ข้ามเยื่อหุ้มไขมันคู่ของเซลล์
ควรกล่าวถึงว่ารูปร่างของ aquaporin นั้นมีความเฉพาะเจาะจงมากและไม่เหมือนกับโปรตีนที่มีเมมเบรนชนิดอื่น ๆ
ลำดับของกรดอะมิโนมีขั้วเป็นส่วนใหญ่ โปรตีน Transmembrane มีลักษณะเป็นส่วนที่อุดมไปด้วยส่วนลานอัลฟา อย่างไรก็ตาม aquaporins ขาดบริเวณดังกล่าว
ด้วยการใช้เทคโนโลยีปัจจุบันโครงสร้างของ porin ได้รับการอธิบายโดยละเอียด: เป็นโมโนเมอร์ที่มีขนาดตั้งแต่ 24 ถึง 30 KDa ซึ่งประกอบด้วยส่วนเกลียวหกส่วนโดยมีสองส่วนเล็ก ๆ ที่ล้อมรอบไซโตพลาสซึมและเชื่อมต่อกันด้วยรูพรุนขนาดเล็ก
โมโนเมอร์เหล่านี้รวมตัวกันเป็นกลุ่ม 4 หน่วยแม้ว่าแต่ละตัวจะสามารถทำงานได้อย่างอิสระ ในขดลวดขนาดเล็กมีลวดลายที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้บางส่วนรวมถึง NPA
ใน aquaporins บางชนิดที่พบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (AQP4) จะมีการรวมตัวที่สูงขึ้นซึ่งก่อให้เกิดการจัดเรียงของผลึกเหนือระดับ
ในการขนส่งน้ำด้านในของโปรตีนนั้นมีขั้วและด้านนอกเป็นแบบไม่มีขั้วตรงข้ามกับโปรตีนทรงกลมทั่วไป
ที่มา: โดยไม่มีผู้เขียนที่อ่านได้จากเครื่อง DanielMCR สันนิษฐาน (ตามการร้องเรียนการละเมิดลิขสิทธิ์) , ผ่าน Wikimedia Commons
คุณสมบัติ
บทบาทของ aquaporins คือการเป็นสื่อกลางในการขนส่งน้ำเข้าสู่เซลล์เพื่อตอบสนองต่อการไล่ระดับออสโมติก ไม่จำเป็นต้องใช้แรงหรือการสูบน้ำเพิ่มเติม: น้ำจะเข้าและออกจากเซลล์โดยการออสโมซิสซึ่งเป็นสื่อกลางโดย aquaporin บางสายพันธุ์ยังมีโมเลกุลของกลีเซอรอล
เพื่อดำเนินการขนส่งนี้และเพื่อเพิ่มความสามารถในการซึมผ่านของน้ำอย่างมากเยื่อหุ้มเซลล์จะเต็มไปด้วยโมเลกุลของอะควาโปรินตามลำดับความหนาแน่น 10,000 ตารางไมโครเมตร
หน้าที่ในสัตว์
การขนส่งทางน้ำมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต มาดูตัวอย่างเฉพาะของไต: พวกเขาต้องกรองน้ำจำนวนมากทุกวัน หากกระบวนการนี้ไม่เกิดขึ้นอย่างเหมาะสมผลที่ตามมาอาจถึงแก่ชีวิตได้
นอกเหนือจากความเข้มข้นของปัสสาวะแล้ว aquaporins ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับสภาวะสมดุลของของเหลวในร่างกายการทำงานของสมองการหลั่งของต่อมการให้น้ำของผิวหนังความอุดมสมบูรณ์ของเพศชายการมองเห็นการได้ยิน - เพียงพูดถึงกระบวนการบางอย่าง ชีวภาพ
ในการทดลองในหนูสรุปได้ว่าพวกมันมีส่วนร่วมในการย้ายเซลล์ซึ่งเป็นบทบาทที่ห่างไกลจากการขนส่งทางน้ำ
หน้าที่ในพืช
Aquaporins ส่วนใหญ่มีความหลากหลายในอาณาจักรพืช กระบวนการที่สำคัญเช่นการระบายเหงื่อการสืบพันธุ์การเผาผลาญเป็นสื่อกลางในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้
นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในฐานะกลไกการปรับตัวในสภาพแวดล้อมที่สภาพแวดล้อมไม่เหมาะสม
หน้าที่ในจุลินทรีย์
แม้ว่า aquaporins จะมีอยู่ในจุลินทรีย์ แต่ยังไม่พบฟังก์ชันเฉพาะ
สาเหตุหลักมาจากสองประการ: อัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรของจุลินทรีย์ที่สูงถือว่าสมดุลออสโมติกอย่างรวดเร็ว (ทำให้ aquaporins ไม่จำเป็น) และการศึกษาการลบในจุลินทรีย์ไม่ได้ให้ฟีโนไทป์ที่ชัดเจน
อย่างไรก็ตามมีการคาดการณ์ว่า aquaporins อาจให้การป้องกันบางอย่างจากเหตุการณ์การแช่แข็งและการละลายที่ต่อเนื่องกันโดยรักษาความสามารถในการซึมผ่านของน้ำในเยื่อหุ้มเซลล์ที่อุณหภูมิต่ำ
ประเภท
โมเลกุลของอะควาโปรินเป็นที่รู้จักจากเชื้อสายต่างๆทั้งในพืชและสัตว์และสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนน้อยกว่าและสิ่งเหล่านี้มีลักษณะใกล้เคียงกัน - เราสันนิษฐานว่าพวกมันปรากฏในช่วงต้นของวิวัฒนาการ
พบโมเลกุลที่แตกต่างกัน 50 โมเลกุลในพืชในขณะที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีเพียง 13 โมเลกุลกระจายไปตามเนื้อเยื่อต่างๆเช่นเยื่อบุผิวและเนื้อเยื่อบุผนังหลอดเลือดของไตปอดต่อมนอกท่อและอวัยวะที่เกี่ยวข้องกับการย่อยอาหาร
อย่างไรก็ตาม aquaporins สามารถแสดงออกได้ในเนื้อเยื่อที่ไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงและชัดเจนกับการขนส่งของเหลวในร่างกายเช่นในแอสโตรไซต์ของระบบประสาทส่วนกลางและในบางบริเวณของดวงตาเช่นกระจกตาและเยื่อบุผิวปรับเลนส์
มี aquaporins อยู่ในเยื่อหุ้มเชื้อราแบคทีเรีย (เช่น E. coli) และในเยื่อของออร์แกเนลล์เช่นคลอโรพลาสต์และไมโทคอนเดรีย
พยาธิสภาพทางการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับ aquaporins
ในผู้ป่วยที่มีความบกพร่องในลำดับของ aquaporin 2 ในเซลล์ไตต้องดื่มน้ำมากกว่า 20 ลิตรเพื่อให้ร่างกายไม่ขาดน้ำ ในกรณีทางการแพทย์เหล่านี้ความเข้มข้นของปัสสาวะไม่เพียงพอ
กรณีตรงกันข้ามยังส่งผลให้เกิดกรณีทางคลินิกที่น่าสนใจ: การผลิต aquaporin 2 ในปริมาณที่มากเกินไปจะนำไปสู่การกักเก็บของเหลวในผู้ป่วยมากเกินไป
ในระหว่างตั้งครรภ์มีการสังเคราะห์ aquaporins เพิ่มขึ้น ข้อเท็จจริงนี้อธิบายถึงการกักเก็บของเหลวในสตรีมีครรภ์ ในทำนองเดียวกันการไม่มี aquaporin 2 เชื่อมโยงกับการพัฒนาของโรคเบาหวานบางประเภท
อ้างอิง
- บราวน์, D. (2017). การค้นพบช่องทางน้ำ (Aquaporins) พงศาวดารโภชนาการและการเผาผลาญ, 70 (Suppl. 1), 37-42.
- Campbell A, N. , & Reece, JB (2005). ชีววิทยา. บทบรรณาธิการMédica Panamericana
- Lodish, H. (2005). ชีววิทยาระดับเซลล์และโมเลกุล บทบรรณาธิการMédica Panamericana
- Park, W. , Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). การระบุตระกูลของยีน aquaporin และการแสดงออกในฝ้ายที่ดอน (Gossypium hirsutum L. ) ชีววิทยาพืช BMC, 10 (1), 142.
- Pelagalli, A. , Squillacioti, C. , Mirabella, N. , & Meli, R. (2016). Aquaporins ในสุขภาพและโรค: ภาพรวมมุ่งเน้นไปที่ลำไส้ของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน วารสารนานาชาติด้านวิทยาศาสตร์โมเลกุล, 17 (8), 1213
- Sadava, D. , & Purves, WH (2009). ชีวิต: วิทยาศาสตร์แห่งชีววิทยา บทบรรณาธิการMédica Panamericana
- Verkman, AS (2012). Aquaporins ในทางการแพทย์ ทบทวนยาประจำปี, 63, 303-316
- Verkman, AS, & Mitra, AK (2000) โครงสร้างและหน้าที่ของช่องน้ำ aquaporin American Journal of Physiology - Renal Physiology, 278 (1), F13-F28
- Verkman, AS (2013). aquaporins ชีววิทยาปัจจุบัน 23 (2) R52-5