Az akvaporinok ( AQP ) a fehérje membránok egy csoportja, amelyek a biológiai membránokban a vízmolekulák számára áteresztő " pórusokat " képeznek .
Az akvaporinok lehetővé teszik a víz átjutását a membrán mindkét oldalán, miközben megakadályozzák az ionok bejutását a sejtbe . 2009-ben mintegy 500 akvaporint fedeztek fel mind a növényi, mind az állatvilágban, ebből 13 emberben .
Aquaporinok fedezték fel Peter Agre a 1992 befecskendezésével a fehérje mRNS egy Xenopus tojást , míg ő tanul vörösvérsejtek és falak. 2003-ban végzett munkájáért kémiai Nobel-díjat kapott .
Feltételeztük, hogy létezik ilyen típusú szerkezet, mivel a víz lipidmembránokon keresztüli ozmotikus behatolása nem magyarázhatja a sejtek szintjén megfigyelt cserék és áramlások fontosságát, a szervek ( például a vesék képesek kezelni a száz liter víz naponta) és élőlények.
Ezek 250-300 aminosavból és 25-35 kiló Daltonból álló fehérjék . 6 alfa hélixből állnak, amelyek beilleszkednek a membrán lipid kettős rétegébe. Ezt a 6 spirált aminosav hurkok kötik össze , amelyek közül 3 különösen fontos a B és E hurok közepén: NPA (N az aszparagin, P a prolin és A az alanin).
Ezen NPA motívum előtt történhet a H + ionok megszakadása: a két hurok kölcsönhatásban egy hetedik spirált alkotva 0,3 nm átmérőjű szűkületet hoz létre a pórust alkotó csatornában .
Az akvaporinok független homotetramerok, vagyis 4 monomerből állnak, amelyek képesek a H 2 O molekulák egyénileg történő szállítására . Összehasonlíthatnánk őket egy homokórával, amely a molekulákat egyesével átjárná.
A folyékony vizet olyan vízmolekulák alkotják, amelyek az oxigén és a hidrogénatomok közötti kémiai kötésekkel („ hidrogénkötés ”) jelentősen kapcsolódnak egymáshoz .
A számítógépes modellek szerint ezek a molekulák, amikor belépnek az egyes monomereken belül kialakult pórustölcsérbe (vízcsatornába), a pórus szűkülésével fokozatosan egy vonalba kerülnek (a pórus homokóra alakú ). A pórusok belső konfigurációjából eredő gyenge elektrosztatikus erők az egyes vízmolekulákat ugyanabba a helyzetbe helyezik: először oxigénatom. A csatorna közepére érve minden egyes vízmolekulát külön-külön szív be bizonyos aminosavak kémiai vonzereje, amelyek a pórus belsejét szegélyezik. Ezután visszatért önmagához ( a szűkület bejáratánál jelen lévő két aszparaginnal való kölcsönhatással ). A molekula ezen hirtelen megfordulása egy pillanatra megszakítja a hidrogénkötést , izolálja a molekulát a vízmolekulák sorának koherens áramlásától, és a pórus kijárata felé tolja (ezúttal a hidrogénatomok a kijárat felé helyezkednek el). Csak a vízmolekulák és néhány oldott anyag halad át az ilyen típusú "kapun". A hidrogén-ionok ( oxónium -ionok a vizes oldatban néha protonok ) számára, amelyek az energia tartalék a sejt maguk taszítják bár kisebb és oldható vízben; ezek a pórusok teljesen lezáródnak a protonokkal szemben , lehetővé téve a sejtek számára elektrokémiai potenciáljuk megőrzését .
A röntgensugár felhasználásával készített profilok azt mutatják, hogy az akvaporinek két kúpos bejárattal rendelkeznek. Ez a homokóra alakja egy természetes szelekciós folyamat eredménye lehet, amely a hidrodinamikai permittivitás optimalizálását eredményezte. Valójában bebizonyosodott, hogy a jól megválasztott nyitási szögű kúpos bemenetek lehetővé teszik a csatorna hidrodinamikai permittivitásának nagymértékű növekedését.
Az akvaporinok megmagyarázzák a biológiai sejtmembránok nagyobb vagy kisebb permeabilitását a vízzel szemben. Lehetővé teszik a szervek sejtjeinek a víz felszívódását, tárolását vagy kiválasztását, és fontos szerepet játszanak az élő szervezetek hidratációjának szabályozásában, valamint a különböző szervek vagy a sejt különböző részei közötti vízkeringésben. Lehetővé teszik a víz bejutását és / vagy elhagyását egy sejtbe, anélkül, hogy más molekulákat átengednének (mérgező a sejtek külső megőrzéséhez, vagy éppen ellenkezőleg, nélkülözhetetlen a sejtek számára és azokban való megtartáshoz).
Ezek működését vezérli hormonok ( vazopresszin a emlősök ) és gátolható bizonyos toxinok ( higany például).
Elengedhetetlenek olyan szervek aktivitásához, mint a vese (amelyek sejtjei 3 különböző típusú aquaporint tartalmaznak).
Olyan biológiai funkciókban vesznek részt, mint a sírás .
E fehérjék expressziójának genetikai hibája bizonyos emberi betegségekkel társult .
Például az AQP2 mutáció felelős a vesében a súlyos kiszáradásért . Ez az AQP2, ha túl sok van benne, felelős az ödéma (⇒ szívelégtelenség )ért is.
Az AQP0 felelős a szürkehályogért, ha annak mutációja van.
Fehérje | Azonosított tevékenység | Kizárt fajok | Higany sók általi gátlás | Fő hely |
---|---|---|---|---|
AQP0 | Vízcsatorna | Szem | ||
AQP1 | Vízcsatorna (poliolok 3 ° C-on) | Ionok, karbamid, poliolok 4 ° C-on | igen (a Cys189-en) | Vörösvértestek ( Colton vércsoport 015), vese, szem, agy (choroid plexus), szív, tüdő stb. |
AQP2 | Vízcsatorna | Karbamid | Igen | Vese (gyűjtőcső) |
AQP3 | Vízcsatorna (glicerin, karbamid) | aminosavak, ionok, cukrok | Igen | Vörösvértestek (029 vércsoport GIL), vese, gyomor-bél traktus, tüdő, hólyag |
AQP4 | Vízcsatorna | Ionok, karbamid, glicerin | nem | Agy, szem, vese, tüdő, belek |
AQP5 | Vízcsatorna | A könny és a nyálmirigyek | ||
alfa-TIP | Vízcsatorna | ionok | Vető vakuolák |