AQUAPORINS: CHỨC NĂNG, CẤU TRÚC VÀ CÁC LOẠI - SINH HỌC - 2026

Các aquaporin , còn được gọi là kênh nước là các phân tử protein đi qua màng sinh học. Chúng chịu trách nhiệm điều hòa dòng chảy nhanh chóng và hiệu quả của nước vào và ra khỏi tế bào, ngăn không cho nước tương tác với các phần kỵ nước điển hình của lớp kép phospholipid.

Những protein này giống như một cái thùng và có cấu trúc phân tử rất đặc biệt, được tạo thành chủ yếu từ các vòng xoắn. Chúng phân bố rộng rãi trong các dòng khác nhau, bao gồm từ vi sinh vật nhỏ đến động vật và thực vật, nơi chúng có nhiều.

Nguồn: Bởi María Quezada Aranda, từ Wikimedia Commons

Quan điểm lịch sử

Với kiến ​​thức cơ bản về sinh lý học và cơ chế các chất hòa tan di chuyển qua màng (chủ động và thụ động), chúng ta có thể đoán rằng sự vận chuyển nước không gây ra bất kỳ vấn đề gì, đi vào và ra khỏi tế bào bằng cách khuếch tán đơn giản.

Ý tưởng này đã có trong nhiều năm. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự tồn tại của một số kênh vận chuyển nước, vì trong một số loại tế bào có khả năng thấm nước cao (chẳng hạn như thận), sự khuếch tán sẽ không phải là một cơ chế đủ để giải thích sự vận chuyển. của nước.

Bác sĩ và nhà nghiên cứu Peter Agre đã phát hiện ra các kênh protein này vào năm 1992, khi đang làm việc với màng tế bào hồng cầu. Nhờ khám phá này, ông đã giành được (cùng với các đồng nghiệp của mình), giải Nobel năm 2003. aquaporin đầu tiên này được gọi là "aquaporin 1".

Kết cấu

Hình dạng của aquaporin gợi nhớ đến một chiếc đồng hồ cát, với hai nửa đối xứng nằm đối diện nhau. Cấu trúc này vượt qua màng lipid kép của tế bào.

Cần lưu ý rằng hình dạng của aquaporin rất đặc biệt và không giống với bất kỳ loại protein kéo dài màng nào khác.

Trình tự axit amin chủ yếu là phân cực. Các protein xuyên màng được đặc trưng bởi có một phân đoạn giàu các đoạn xoắn alpha. Tuy nhiên, aquaporins thiếu những vùng như vậy.

Nhờ việc sử dụng các công nghệ hiện tại, cấu trúc của porin đã được làm sáng tỏ một cách chi tiết: chúng là các monome từ 24 đến 30 KDa bao gồm sáu đoạn xoắn với hai đoạn nhỏ bao quanh tế bào chất và được nối với nhau bằng một lỗ nhỏ.

Những monome này được tập hợp thành một nhóm bốn đơn vị, mặc dù mỗi đơn vị có thể hoạt động độc lập. Trong các vòng xoắn nhỏ, có một số mô-típ được bảo tồn, bao gồm cả NPA.

Trong một số aquaporin được tìm thấy ở động vật có vú (AQP4), sự kết tụ cao hơn xảy ra tạo thành sự sắp xếp tinh thể siêu cân bằng.

Để vận chuyển nước, bên trong của protein là phân cực và bên ngoài là không phân cực, trái ngược với các protein hình cầu thông thường.

Nguồn: Không cung cấp tác giả có thể đọc được bằng máy. DanielMCR giả định (dựa trên yêu cầu bản quyền). , qua Wikimedia Commons

Đặc trưng

Vai trò của aquaporin là làm trung gian vận chuyển nước vào tế bào để phản ứng với gradient thẩm thấu. Nó không cần bất kỳ lực hoặc bơm bổ sung nào: nước đi vào và rời khỏi tế bào bằng cách thẩm thấu, qua trung gian của aquaporin. Một số biến thể cũng mang các phân tử glycerol.

Để thực hiện sự vận chuyển này và tăng tính thấm đáng kể đối với nước, màng tế bào được đóng gói bằng các phân tử aquaporin, theo thứ tự mật độ 10.000 micromet vuông.

Chức năng ở động vật

Vận chuyển nước rất quan trọng đối với sinh vật. Hãy lấy ví dụ cụ thể về thận: chúng phải lọc một lượng nước khổng lồ mỗi ngày. Nếu quá trình này không diễn ra đúng cách, hậu quả sẽ rất nguy hiểm.

Ngoài nồng độ trong nước tiểu, aquaporin còn tham gia vào quá trình cân bằng nội môi của chất lỏng cơ thể nói chung, chức năng não, tuyến tiết, hydrat hóa da, khả năng sinh sản của nam giới, thị giác, thính giác - chỉ cần đề cập đến một số quá trình sinh học.

Trong các thí nghiệm được thực hiện trên chuột, người ta kết luận rằng chúng cũng tham gia vào quá trình di chuyển của tế bào, một vai trò khác xa với vận chuyển nước.

Chức năng ở thực vật

Aquaporin chủ yếu đa dạng trong giới thực vật. Các quá trình quan trọng như tiết mồ hôi, sinh sản, trao đổi chất diễn ra trong các sinh vật này.

Ngoài ra, chúng đóng một vai trò quan trọng như một cơ chế thích nghi trong môi trường mà điều kiện môi trường không tối ưu.

Chức năng ở vi sinh vật

Mặc dù aquaporin có trong vi sinh vật nhưng người ta vẫn chưa tìm thấy một chức năng cụ thể nào.

Chủ yếu là vì hai lý do: tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao của vi sinh có nghĩa là sự cân bằng thẩm thấu nhanh chóng (làm cho aquaporin không cần thiết) và các nghiên cứu về sự loại bỏ ở vi sinh đã không mang lại kiểu hình rõ ràng.

Tuy nhiên, người ta suy đoán rằng aquaporin có thể cung cấp một số biện pháp bảo vệ chống lại các sự kiện đóng băng và tan băng liên tiếp, duy trì tính thẩm thấu của nước trong màng ở nhiệt độ thấp.

Các loại

Các phân tử Aquaporin được biết đến từ nhiều dòng khác nhau, cả ở thực vật và động vật và ở các sinh vật ít phức tạp hơn, và chúng rất giống nhau - chúng tôi giả định rằng chúng xuất hiện sớm trong quá trình tiến hóa.

Khoảng 50 phân tử khác nhau đã được tìm thấy trong thực vật, trong khi động vật có vú chỉ có 13, phân bố khắp các mô khác nhau, chẳng hạn như biểu mô và nội mô của thận, phổi, tuyến ngoại tiết và các cơ quan liên quan đến tiêu hóa.

Tuy nhiên, aquaporin cũng có thể được biểu hiện trong các mô không có mối liên hệ rõ ràng và trực tiếp với sự vận chuyển chất lỏng trong cơ thể, chẳng hạn như trong tế bào hình sao của hệ thần kinh trung ương và ở một số vùng nhất định của mắt, chẳng hạn như giác mạc và biểu mô thể mi.

Có aquaporin ngay cả trong màng của nấm, vi khuẩn (như E. coli) và trong màng của các bào quan, chẳng hạn như lục lạp và ti thể.

Các bệnh lý y tế liên quan đến aquaporin

Ở những bệnh nhân bị khiếm khuyết trong chuỗi aquaporin 2 có trong tế bào thận, họ phải uống hơn 20 lít nước để giữ đủ nước. Trong những trường hợp y tế này, không có nồng độ nước tiểu thích hợp.

Trường hợp ngược lại cũng dẫn đến một trường hợp lâm sàng thú vị: việc sản xuất quá nhiều aquaporin 2 dẫn đến việc giữ lại quá nhiều chất lỏng cho bệnh nhân.

Trong thời kỳ mang thai, có sự gia tăng tổng hợp aquaporin. Thực tế này giải thích tình trạng giữ nước phổ biến ở các bà mẹ tương lai. Tương tự, sự vắng mặt của aquaporin 2 có liên quan đến sự phát triển của một loại bệnh tiểu đường nhất định.

Người giới thiệu

1. Brown, D. (2017). Việc phát hiện ra các kênh nước (Aquaporins). Biên niên sử về Dinh dưỡng và Trao đổi chất, 70 (Phụ lục 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Sinh học. Biên tập Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Sinh học tế bào và phân tử. Biên tập Médica Panamericana.
4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Xác định họ gen aquaporin và sự biểu hiện của chúng trên cây bông cạn (Gossypium hirs đờm L.). Sinh học thực vật BMC, 10 (1), 142.
5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporins về sức khỏe và bệnh tật: Tổng quan tập trung vào đường ruột của các loài khác nhau. Tạp chí quốc tế về khoa học phân tử, 17 (8), 1213.
6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Đời sống: Khoa học Sinh học. Biên tập Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Aquaporins trong y học lâm sàng. Đánh giá hàng năm về y học, 63, 303-316.
8. Verkman, AS và Mitra, AK (2000). Cấu trúc và chức năng của kênh dẫn nước aquaporin. Tạp chí Sinh lý học-Sinh lý thận Hoa Kỳ, 278 (1), F13-F28.
9. Verkman, AS (2013). Aquaporins. Sinh học hiện tại, 23 (2), R52-5.