Fungsi, struktur dan jenis Aquaporin



itu aquaporin, juga dikenal sebagai saluran air, adalah molekul yang bersifat protein yang melintasi membran biologis. Mereka bertanggung jawab untuk memediasi aliran air yang cepat dan efisien masuk dan keluar sel, mencegah air dari berinteraksi dengan bagian hidrofobik khas bilayers fosfolipid..

Protein ini menyerupai barel dan memiliki struktur molekul yang sangat khusus, terutama terdiri dari heliks. Mereka tersebar luas di berbagai garis keturunan, termasuk dari mikroorganisme kecil hingga hewan dan tumbuhan, di mana mereka berlimpah.

Indeks

  • 1 Perspektif sejarah
  • 2 Struktur
  • 3 Fungsi
    • 3.1 Fungsi pada hewan
    • 3.2 Fungsi pada tanaman
    • 3.3 Fungsi dalam mikroorganisme
  • 4 Jenis
  • 5 Patologi medis yang terkait dengan aquaporin
  • 6 Referensi

Perspektif sejarah

Dengan pengetahuan dasar dalam fisiologi dan mekanisme bahwa zat terlarut bergerak melalui membran (aktif dan pasif), kita dapat melihat bahwa pengangkutan air tidak menimbulkan masalah, memasuki dan meninggalkan sel dengan difusi sederhana..

Gagasan ini ditangani selama bertahun-tahun. Namun, beberapa peneliti melihat adanya beberapa saluran transportasi air, karena pada jenis sel tertentu dengan permeabilitas air yang tinggi (seperti ginjal, misalnya), difusi tidak akan cukup memadai untuk menjelaskan transportasi. air.

Dokter dan peneliti Peter Agre menemukan saluran protein ini pada 1992, ketika bekerja dengan membran eritrosit. Berkat penemuan ini, ia memenangkan (bersama dengan rekan-rekannya), Hadiah Nobel pada tahun 2003. Aquaporin pertama ini disebut "Aquaporin 1".

Struktur

Bentuk aquaporin menyerupai jam pasir, dengan dua bagian simetris berorientasi pada arah yang berlawanan. Struktur ini melintasi membran lipid ganda sel.

Perlu disebutkan bahwa bentuk aquaporin sangat khusus dan tidak menyerupai jenis protein lain yang melintasi membran.

Urutan asam amino sebagian besar polar. Protein transmembran ditandai dengan memiliki segmen yang kaya akan segmen alfa heliks. Namun, aquaporin tidak memiliki daerah seperti itu.

Berkat penggunaan teknologi saat ini, telah dimungkinkan untuk menjelaskan struktur porin secara rinci: mereka adalah monomer dari 24 hingga 30 KDa yang terdiri dari enam segmen heliks dengan dua segmen kecil yang mengelilingi sitoplasma dan dihubungkan oleh pori kecil.

Monomer ini dirakit menjadi kelompok empat unit, meskipun masing-masing dapat beroperasi secara independen. Pada baling-baling kecil, ada beberapa motif yang dilestarikan, termasuk NPA.

Dalam beberapa aquaporin yang ditemukan pada mamalia (AQP4) terjadi agregasi yang lebih tinggi yang membentuk pengaturan kristal supramolekul..

Untuk mengangkut air, bagian dalam protein adalah kutub dan bagian luarnya adalah kutub, bertentangan dengan protein globular yang umum.

Fungsi

Fungsi aquaporin adalah untuk memediasi pengangkutan air ke bagian dalam sel sebagai respons terhadap gradien osmotik. Tidak perlu jenis kekuatan tambahan atau pemompaan: air masuk dan meninggalkan sel dengan osmosis, dimediasi oleh aquaporin. Beberapa varian juga membawa molekul gliserol.

Untuk melakukan transportasi ini dan meningkatkan permeabilitas air secara substansial, membran sel penuh dengan molekul aquaporin, dalam urutan kepadatan 10.000 mikrometer persegi.

Fungsi pada hewan

Pengangkutan air sangat penting bagi organisme. Mari kita ambil contoh tepat waktu dari ginjal: mereka harus menyaring air yang sangat banyak setiap hari. Jika proses ini tidak terjadi dengan benar, konsekuensinya akan berakibat fatal.

Selain konsentrasi urin, aquaporin terlibat dalam homeostasis umum cairan tubuh, fungsi otak, sekresi kelenjar, hidrasi kulit, kesuburan pada pria, penglihatan, pendengaran - hanya untuk menyebutkan beberapa proses biologis.

Dalam percobaan yang dilakukan pada tikus, disimpulkan bahwa mereka juga berpartisipasi dalam migrasi sel, peran yang jauh dari transportasi air.

Fungsi pada tanaman

Aquaporin sebagian besar beragam di kerajaan tumbuhan. Dalam organisme ini memediasi proses penting seperti keringat, reproduksi, metabolisme.

Selain itu, mereka memainkan peran penting sebagai mekanisme adaptif di lingkungan yang kondisi lingkungannya tidak optimal.

Berfungsi dalam mikroorganisme

Meskipun aquaporin hadir dalam mikroorganisme, fungsi spesifik belum ditemukan.

Terutama karena dua alasan: rasio volume permukaan yang tinggi dari mikroba mengandaikan kesetimbangan osmotik yang cepat (membuat aquaporin tidak diperlukan) dan studi tentang penghapusan mikroba belum menghasilkan fenotipe yang jelas..

Namun, berspekulasi bahwa aquaporin dapat menawarkan beberapa perlindungan terhadap peristiwa pembekuan dan pencairan berturut-turut, menjaga permeabilitas air dalam membran pada suhu rendah.

Jenis

Molekul Aquaporin dikenal dalam berbagai garis keturunan, baik pada tumbuhan maupun hewan dan pada organisme yang kurang kompleks, dan ini sangat mirip satu sama lain - kita asumsikan bahwa mereka muncul pada awal evolusi.

Pada tumbuhan telah ditemukan sekitar 50 molekul berbeda, sementara mamalia hanya memiliki 13, didistribusikan oleh berbagai jaringan, seperti jaringan epitel dan endotel dari ginjal, paru-paru, kelenjar eksokrin dan organ yang berhubungan dengan pencernaan.

Namun, aquaporin juga dapat diekspresikan dalam jaringan yang tidak memiliki hubungan yang jelas dan langsung dengan pengangkutan cairan dalam tubuh, seperti pada astrosit sistem saraf pusat dan di daerah mata tertentu, seperti kornea dan epitel silia..

Ada aquaporin di dalam membran jamur, bakteri (as E. coli) dan di membran organel, seperti kloroplas dan mitokondria.

Patologi medis yang terkait dengan aquaporin

Pada pasien yang memiliki beberapa cacat dalam urutan aquaporin 2 hadir dalam sel-sel ginjal, mereka harus mengambil lebih dari 20 liter air untuk menjaga diri terhidrasi. Dalam kasus medis ini, tidak ada konsentrasi urin yang memadai.

Kasus sebaliknya juga menghasilkan kasus klinis yang menarik: produksi kelebihan aquaporin 2 menyebabkan retensi cairan yang berlebihan pada pasien.

Selama periode kehamilan, terjadi peningkatan sintesis aquaporin. Fakta ini menjelaskan retensi cairan yang umum pada ibu masa depan. Demikian pula, tidak adanya aquaporin 2 telah dikaitkan dengan munculnya jenis diabetes tertentu.

Referensi

  1. Brown, D. (2017). Penemuan saluran air (Aquaporins). Annals of Nutrition and Metabolism, 70(Suppl 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, J. B. (2005). Biologi. Editorial Panamericana Medical.
  3. Lodish, H. (2005). Biologi seluler dan molekuler. Editorial Panamericana Medical.
  4. Park, W., Scheffler, B.E., Bauer, P.J., & Campbell, B.T. (2010). Identifikasi keluarga gen aquaporin dan ekspresinya dalam kapas dataran tinggi (Gossypium hirsutum L.). Biologi tanaman BMC, 10(1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporin dalam bidang kesehatan dan penyakit: Tinjauan yang berfokus pada usus berbagai spesies. Jurnal internasional ilmu molekuler, 17(8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Kehidupan: Ilmu biologi. Editorial Panamericana Medical.
  7. Verkman, A. S. (2012). Aquaporins dalam pengobatan klinis. Ulasan tahunan obat-obatan, 63, 303-316.
  8. Verkman, A. S., & Mitra, A. K. (2000). Struktur dan fungsi saluran air aquaporin. Jurnal Amerika Fisiologi-Fisiologi Ginjal, 278(1), F13-F28.
  9. Verkman, A.S. (2013). Aquaporin. Biologi saat ini, 23 (2), R52-5.