De aquaporines, Ook bekend als waterkanalen, het zijn moleculen van een eiwitachtige aard die biologische membranen doorkruisen. Ze zijn verantwoordelijk voor het mediëren van de snelle en efficiënte stroom van water in en uit cellen, waardoor wordt voorkomen dat water in wisselwerking treedt met de typische hydrofobe delen van de fosfolipidedubbellagen..
Deze eiwitten lijken op een vat en hebben een heel bijzondere moleculaire structuur, voornamelijk samengesteld uit helices. Ze zijn wijd verspreid in verschillende geslachten, inclusief van kleine micro-organismen tot dieren en planten, waar ze overvloedig aanwezig zijn..
Artikel index
Met een basiskennis in fysiologie en in de mechanismen die opgeloste stoffen door membranen bewegen (actief en passief), zouden we kunnen raden dat watertransport geen enkel probleem vormt, de cel binnenkomen en verlaten door simpele diffusie..
Dit idee bestaat al vele jaren. Sommige onderzoekers ontdekten echter het bestaan van een watertransportkanaal, aangezien in bepaalde celtypen met hoge waterdoorlatendheid (zoals de nier bijvoorbeeld), diffusie geen voldoende mechanisme zou zijn om het transport van water te verklaren..
De arts en onderzoeker Peter Agre ontdekte deze eiwitkanalen in 1992, terwijl hij werkte met het membraan van erytrocyten. Dankzij deze ontdekking won hij (samen met zijn collega's) de Nobelprijs in 2003. Deze eerste aquaporine kreeg de naam "aquaporine 1"..
De vorm van de aquaporine doet denken aan een zandloper, met twee symmetrische helften die tegenover elkaar zijn georiënteerd. Deze structuur kruist het dubbele lipidemembraan van de cel.
Het is vermeldenswaard dat de vorm van aquaporine heel bijzonder is en niet lijkt op enig ander type membraan-overspannende eiwitten..
De aminozuursequenties zijn overwegend polair. Transmembraaneiwitten worden gekenmerkt doordat ze een segment hebben dat rijk is aan alfa-helixsegmenten. Bij aquaporines ontbreken dergelijke regio's echter..
Dankzij het gebruik van de huidige technologieën is de structuur van porine tot in detail opgehelderd: het zijn monomeren van 24 tot 30 KDa die bestaan uit zes spiraalvormige segmenten met twee kleine segmenten die het cytoplasma omringen en verbonden zijn door een kleine porie..
Deze monomeren zijn samengesteld in een groep van vier eenheden, hoewel ze allemaal onafhankelijk kunnen functioneren. In kleine propellers zijn er enkele geconserveerde motieven, waaronder de NPA.
In sommige aquaporines die in zoogdieren worden aangetroffen (AQP4), treden hogere aggregaties op die supramolequale kristalarrangementen vormen.
Om water te transporteren, is de binnenkant van het eiwit polair en de buitenkant niet-polair, in tegenstelling tot gewone globulaire eiwitten..
De rol van aquaporines is om het transport van water naar de cel te bemiddelen in reactie op een osmotische gradiënt. Het heeft geen extra kracht of pompen nodig: het water komt de cel binnen en verlaat de cel door osmose, gemedieerd door aquaporine. Sommige varianten dragen ook glycerolmoleculen.
Om dit transport uit te voeren en de doorlaatbaarheid voor water aanzienlijk te verhogen, zit het celmembraan vol met aquaporinemoleculen, in een dichtheid van 10.000 vierkante micrometer..
Watertransport is essentieel voor organismen. Neem het specifieke voorbeeld van de nieren: ze moeten elke dag enorme hoeveelheden water filteren. Als dit proces niet goed verloopt, zijn de gevolgen fataal.
Naast de urineconcentratie zijn aquaporines betrokken bij de algemene homeostase van lichaamsvloeistoffen, hersenfunctie, klierafscheiding, huidhydratatie, mannelijke vruchtbaarheid, gezichtsvermogen, gehoor - om maar een paar biologische processen te noemen.
In experimenten met muizen werd geconcludeerd dat ze ook deelnemen aan celmigratie, een rol die ver verwijderd is van het transport over water.
Aquaporines zijn meestal divers in het plantenrijk. Cruciale processen zoals transpiratie, voortplanting, metabolisme bemiddelen in deze organismen.
Bovendien spelen ze een belangrijke rol als adaptief mechanisme in omgevingen waar de omgevingscondities niet optimaal zijn..
Hoewel aquaporines aanwezig zijn in micro-organismen, is er nog geen specifieke functie gevonden.
Hoofdzakelijk om twee redenen: de hoge oppervlakte-tot-volumeverhouding van de microben veronderstelt een snel osmotisch evenwicht (waardoor aquaporines overbodig worden) en studies naar deleties in microben hebben geen duidelijk fenotype opgeleverd.
Er wordt echter gespeculeerd dat aquaporines enige bescherming kunnen bieden tegen opeenvolgende bevriezings- en dooi-gebeurtenissen, waarbij de doorlaatbaarheid van water in de membranen bij lage temperaturen gehandhaafd blijft..
Aquaporinemoleculen zijn bekend uit verschillende geslachten, zowel in planten en dieren als in minder complexe organismen, en deze lijken sterk op elkaar - we nemen dan aan dat ze vroeg in de evolutie verschenen.
In planten zijn ongeveer 50 verschillende moleculen gevonden, terwijl zoogdieren er maar 13 hebben, verdeeld over verschillende weefsels, zoals het epitheel- en endotheelweefsel van de nieren, longen, exocriene klieren en organen die verband houden met de spijsvertering..
Aquaporines kunnen echter ook tot expressie worden gebracht in weefsels die geen duidelijke en directe relatie hebben met vloeistoftransport in het lichaam, zoals in astrocyten van het centrale zenuwstelsel en in bepaalde delen van het oog, zoals het hoornvlies en het ciliaire epitheel..
Er zijn zelfs aquaporines in het membraan van schimmels, bacteriën (zoals E coli) en in organelmembranen, zoals chloroplasten en mitochondriën.
Bij patiënten met een defect in de volgorde van aquaporine 2 in niercellen, moeten ze meer dan 20 liter water drinken om gehydrateerd te blijven. In deze medische gevallen is er geen voldoende urineconcentratie..
Het omgekeerde geval resulteert ook in een interessant klinisch geval: de productie van teveel aquaporine 2 leidt tot het vasthouden van overtollig vocht in de patiënt.
Tijdens de zwangerschap neemt de synthese van aquaporines toe. Dit feit verklaart de veel voorkomende vochtretentie bij aanstaande moeders. Evenzo wordt de afwezigheid van aquaporine 2 in verband gebracht met het optreden van een bepaald type diabetes.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.