AQUAPORINS: الوظائف والهيكل والأنواع - مادة الاحياء - 2025

و aquaporins ، المعروف أيضا باسم قنوات المياه هي جزيئات البروتينية التي تمر عبر الأغشية البيولوجية. هم مسؤولون عن التوسط في التدفق السريع والفعال للمياه داخل وخارج الخلايا ، مما يمنع الماء من التفاعل مع الأجزاء النموذجية الكارهة للماء من طبقات الفسفوليبيد الثنائية.

تشبه هذه البروتينات البرميل ولها بنية جزيئية خاصة جدًا ، تتكون أساسًا من الحلزونات. يتم توزيعها على نطاق واسع في سلالات مختلفة ، بما في ذلك من الكائنات الحية الدقيقة الصغيرة إلى الحيوانات والنباتات ، حيث تتواجد بكثرة.

المصدر: بقلم ماريا كويزادا أراندا ، من ويكيميديا ​​كومنز

منظور تاريخى

من خلال المعرفة الأساسية لعلم وظائف الأعضاء والآليات التي تتحرك المواد المذابة عبر الأغشية (النشطة والسلبية) ، يمكننا تخمين أن نقل المياه ليس مشكلة ، حيث يدخل إلى الخلية ويغادرها عن طريق الانتشار البسيط.

هذه الفكرة موجودة منذ سنوات عديدة. ومع ذلك ، اكتشف بعض الباحثين وجود بعض قنوات نقل المياه ، لأنه في أنواع معينة من الخلايا ذات نفاذية عالية للماء (مثل الكلى ، على سبيل المثال) ، لن يكون الانتشار آلية كافية لشرح النقل. من الماء.

اكتشف الطبيب والباحث بيتر أجري قنوات البروتين هذه في عام 1992 أثناء العمل مع غشاء كريات الدم الحمراء. بفضل هذا الاكتشاف ، حصل (مع زملائه) على جائزة نوبل في عام 2003. وكان أول أكوابورين يسمى "أكوابورين 1".

بناء

يذكرنا شكل الأكوابورين بالساعة الرملية ، حيث يوجد نصفان متماثلان موجهان مقابل بعضهما البعض. يعبر هذا الهيكل الغشاء الدهني المزدوج للخلية.

وتجدر الإشارة إلى أن شكل الأكوابورين خاص جدًا ولا يشبه أي نوع آخر من البروتينات التي تغطي الغشاء.

تسلسل الأحماض الأمينية قطبية في الغالب. تتميز بروتينات الغشاء بوجود جزء غني بمقاطع حلزونية ألفا. ومع ذلك ، تفتقر أكوابورينات إلى مثل هذه المناطق.

بفضل استخدام التقنيات الحالية ، تم توضيح بنية البورين بالتفصيل: فهي مونومرات تتراوح من 24 إلى 30 KDa تتكون من ستة أجزاء حلزونية مع جزأين صغيرين يحيطان بالسيتوبلازم ومتصلان بمسام صغيرة.

يتم تجميع هذه المونومرات في مجموعة من أربع وحدات ، على الرغم من أن كل واحدة يمكن أن تعمل بشكل مستقل. في الحلزونات الصغيرة ، توجد بعض الأشكال المحفوظة ، بما في ذلك NPA.

في بعض الأكوابورينات الموجودة في الثدييات (AQP4) تحدث تراكمات أعلى تشكل ترتيبات بلورية فوقية متساوية.

من أجل نقل الماء ، يكون الجزء الداخلي من البروتين قطبيًا بينما يكون الخارج غير قطبي ، على عكس البروتينات الكروية الشائعة.

المصدر: بقلم لم يتم تقديم مؤلف يمكن قراءته آليًا. يفترض DanielMCR (بناءً على مطالبات حقوق النشر). ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

المميزات

يتمثل دور الأكوابورينات في التوسط في نقل الماء إلى الخلية استجابةً للتدرج الاسموزي. لا يحتاج إلى أي قوة إضافية أو ضخ: يدخل الماء ويخرج من الخلية بالتناضح ، بوساطة أكوابورين. تحمل بعض المتغيرات أيضًا جزيئات الجلسرين.

لإجراء هذا النقل ولزيادة نفاذية الماء بشكل كبير ، يتم تعبئة غشاء الخلية بجزيئات أكوابورين ، بترتيب كثافة يبلغ 10000 ميكرومتر مربع.

وظائف في الحيوانات

نقل المياه أمر حيوي للكائنات الحية. لنأخذ مثالاً محددًا عن الكلى: يجب عليهم تصفية كميات هائلة من الماء كل يوم. إذا لم تحدث هذه العملية بشكل صحيح ، فستكون العواقب مميتة.

بالإضافة إلى تركيز البول ، تشارك الأكوابورينات في توازن سوائل الجسم العامة ، وظائف المخ ، إفراز الغدة ، ترطيب الجلد ، خصوبة الذكور ، الرؤية ، السمع - على سبيل المثال لا الحصر بيولوجي.

في التجارب التي أجريت على الفئران ، استنتج أنها تشارك أيضًا في هجرة الخلايا ، وهو دور بعيد كل البعد عن نقل المياه.

وظائف في النباتات

تتنوع الأكوابورينات في الغالب في المملكة النباتية. تتوسط العمليات الحاسمة مثل التعرق والتكاثر والتمثيل الغذائي في هذه الكائنات الحية.

بالإضافة إلى ذلك ، يلعبون دورًا مهمًا كآلية تكيفية في البيئات التي لا تكون ظروفها البيئية مثالية.

وظائف في الكائنات الحية الدقيقة

على الرغم من وجود الأكوابورينات في الكائنات الحية الدقيقة ، إلا أنه لم يتم العثور على وظيفة محددة بعد.

لسببين رئيسيين: تفترض النسبة العالية من السطح إلى الحجم للميكروبات توازنًا تناضحيًا سريعًا (مما يجعل الأكوابورينات غير ضرورية) ولم تسفر دراسات الحذف في الميكروبات عن نمط ظاهري واضح.

ومع ذلك ، فمن المتوقع أن توفر الأكوابورينات بعض الحماية ضد أحداث التجمد والذوبان المتتالية ، مما يحافظ على نفاذية الماء في الأغشية عند درجات حرارة منخفضة.

أنواع

تُعرف جزيئات Aquaporin من سلالات مختلفة ، في كل من النباتات والحيوانات وفي الكائنات الحية الأقل تعقيدًا ، وهي متشابهة جدًا مع بعضها البعض - نفترض بعد ذلك أنها ظهرت في وقت مبكر من التطور.

تم العثور على حوالي 50 جزيءًا مختلفًا في النباتات ، في حين أن الثدييات لديها 13 جزيئًا فقط ، موزعة في جميع الأنسجة ، مثل النسيج الظهاري والبطاني للكلى والرئة والغدد الخارجية والأعضاء المرتبطة بالهضم.

ومع ذلك ، يمكن أيضًا التعبير عن الأكوابورينات في الأنسجة التي ليس لها علاقة واضحة ومباشرة بنقل السوائل في الجسم ، مثل الخلايا النجمية للجهاز العصبي المركزي وفي مناطق معينة من العين ، مثل القرنية والظهارة الهدبية.

توجد أكوابورينات حتى في غشاء الفطريات والبكتيريا (مثل الإشريكية القولونية) وفي أغشية العضيات ، مثل البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا.

الأمراض الطبية المرتبطة بالأكوابورينات

في المرضى الذين يعانون من خلل في تسلسل أكوابورين 2 الموجود في خلايا الكلى ، يجب عليهم شرب أكثر من 20 لترًا من الماء للبقاء رطبًا. في هذه الحالات الطبية ، لا يوجد تركيز كاف للبول.

تؤدي الحالة المعاكسة أيضًا إلى حالة سريرية مثيرة للاهتمام: يؤدي إنتاج أكوابورين 2 الزائد إلى الاحتفاظ بالسوائل الزائدة في المريض.

خلال فترة الحمل ، هناك زيادة في تركيب الأكوابورينات. تفسر هذه الحقيقة احتباس السوائل الشائع لدى الأمهات الحوامل. وبالمثل ، فقد تم ربط غياب Aquaporin 2 بتطور نوع معين من مرض السكري.

المراجع

1. براون ، د. (2017). اكتشاف القنوات المائية (Aquaporins). حوليات التغذية والتمثيل الغذائي ، 70 (ملحق 1) ، 37-42.
2. كامبل أ ، إن ، وريس ، جي بي (2005). مادة الاحياء. افتتاحية Médica Panamericana.
3. لوديش ، هـ. (2005). البيولوجيا الخلوية والجزيئية. افتتاحية Médica Panamericana.
4. Park ، W. ، Scheffler ، BE ، Bauer ، PJ ، & Campbell ، BT (2010). التعرف على عائلة جينات الأكوابورين وتعبيرها في قطن المرتفعات (Gossypium hirsutum L.). بيولوجيا النبات BMC، 10 (1) ، 142.
5. Pelagalli، A.، Squillacioti، C.، Mirabella، N.، & Meli، R. (2016). Aquaporins في الصحة والمرض: نظرة عامة تركز على أمعاء الأنواع المختلفة. المجلة الدولية للعلوم الجزيئية، 17 (8) ، 1213.
6. Sadava، D.، & Purves، WH (2009). الحياة: علم الأحياء. افتتاحية Médica Panamericana.
7. فيركمان ، أس (2012). Aquaporins في الطب السريري. المراجعة السنوية للطب ، 63 ، 303-316.
8. Verkman، AS، & Mitra، AK (2000). هيكل ووظيفة قنوات المياه Aquaporin. المجلة الأمريكية لعلم وظائف الأعضاء - فسيولوجيا الكلى ، 278 (1) ، F13-F28.
9. فيركمان ، أس (2013). أكوابورينات. علم الأحياء الحالي، 23 (2) ، R52-5.