- פרספקטיבה היסטורית
- מִבְנֶה
- מאפיינים
- פונקציות אצל בעלי חיים
- פונקציות בצמחים
- פונקציות במיקרואורגניזמים
- סוגים
- פתולוגיות רפואיות הקשורות לאקפורפינים
- הפניות
Aquaporins , הידוע גם ערוצי מים הם מולקולות חלבוניים כי לעבור ממברנות ביולוגיות. הם אחראים על תיווך של זרימת מים מהירה ויעילה לתאים ומחוצה להם, ומניעת אינטראקציה של מים עם החלקים ההידרופוביים האופייניים לשכבות הדו-זרביות.
חלבונים אלה דומים לחבית ויש להם מבנה מולקולרי מאוד מסוים, המורכב בעיקר מסליקים. הם מופצים באופן נרחב בשושלות שונות, כולל ממיקרואורגניזמים קטנים לבעלי חיים וצמחים, שם הם נמצאים בשפע.
מקור: מאת מריה Quezada Aranda, מתוך Wikimedia Commons
פרספקטיבה היסטורית
בעזרת ידע בסיסי בפיזיולוגיה והמנגנונים המומסים עוברים דרך קרומים (פעילים ופסיביים), היינו יכולים לנחש כי הובלת מים אינה מהווה שום בעיה, כניסה לתא ויציאתו על ידי דיפוזיה פשוטה.
רעיון זה קיים כבר שנים רבות. עם זאת, כמה חוקרים גילו את קיומו של ערוץ כלשהו להובלת מים, מכיוון שבסוגים מסוימים של תאים עם חדירות גבוהה למים (כמו הכליה, למשל), דיפוזיה לא תהיה מנגנון מספיק כדי להסביר תחבורה של מים.
הרופא והחוקר פיטר אגרה גילה את תעלות החלבון הללו בשנת 1992, תוך כדי עבודה עם הממברנה של אריתרוציטים. הודות לתגלית זו הוא זכה (יחד עם עמיתיו) בפרס נובל בשנת 2003. אקפורין הראשון הזה נקרא "אקפורין 1".
מִבְנֶה
צורת האקפורן מזכירה שעון חול, עם שני חצאים סימטריים מכוונים זה מול זה. מבנה זה חוצה את קרום השומנים הכפולים של התא.
יש להזכיר כי צורת האקפורן היא מאוד מיוחדת ואינה דומה לשום סוג אחר של חלבונים פורצי קרום.
רצפי חומצות האמינו הם בעיקר קוטביים. חלבוני טרנס-ממברנה מאופיינים בכך שיש פלח עשיר בקטעי אלפא-סליליים. עם זאת, לאקוורפינים אין אזורים כאלה.
הודות לשימוש בטכנולוגיות עכשוויות, מבנה הפורין הובהר בפירוט: מדובר במונומים של 24 עד 30 KDa המורכבים משישה קטעים סליליים עם שני קטעים קטנים המקיפים את הציטופלזמה ומחוברים באמצעות נקבובית קטנה.
מונומרים אלה מורכבים בקבוצה של ארבע יחידות, אם כי כל אחת מהן יכולה לתפקד באופן עצמאי. בצינורות קטנים יש כמה מוטיבים שמורים, כולל NPA.
בחלק מהאקוורפינים שנמצאים ביונקים (AQP4) מתרחשות אגרגציות גבוהות יותר היוצרות סידורי גביש supramolequal.
בכדי להעביר מים החלק הפנימי של החלבון הוא קוטבי והחלק החיצוני אינו קוטבי, לעומת חלבונים כדוריים נפוצים.
מקור: על ידי שום סופר לא ניתן לקרוא מכונה. DanielMCR הניח (בהתבסס על טענות בזכויות יוצרים). באמצעות Wikimedia Commons
מאפיינים
תפקידם של אקוופורינים הוא לתווך את הובלת המים לתא בתגובה לשיפוע אוסמוטי. הוא אינו זקוק לשום כוח או שאיבה נוספים: המים נכנסים ויוצאים מהתא על ידי אוסמוזה, בתיווך אקפורפין. כמה גרסאות נושאות גם מולקולות גליצרול.
כדי לבצע הובלה זו ולהגדיל את החדירות למים באופן משמעותי, קרום התא עמוס במולקולות אקפורפין, בסדר צפיפות של 10,000 מיקרומטר מרובע.
פונקציות אצל בעלי חיים
הובלת מים חיונית לאורגניזמים. ניקח את הדוגמא הספציפית של הכליות: עליהם לסנן כמויות אדירות של מים מדי יום. אם תהליך זה אינו מתרחש כראוי, ההשלכות יהיו קטלניות.
בנוסף לריכוז השתן, אקפורפינים מעורבים בהומאוסטזיס כללי של נוזלי הגוף, תפקוד המוח, הפרשת הבלוטות, הידרציה של העור, פוריות הגבר, ראייה, שמיעה - רק להזכיר כמה תהליכים בִּיוֹלוֹגִי.
בניסויים שנערכו בעכברים, הגיעו למסקנה כי הם משתתפים גם בהגירת תאים, תפקיד שמרוחק הרבה מהובלת המים.
פונקציות בצמחים
אקפורפינים מגוונים בעיקר בממלכת הצמחים. תהליכים מכריעים כמו זיעה, רבייה, מטבוליזם מתווכים באורגניזמים אלה.
בנוסף, הם ממלאים תפקיד חשוב כמנגנון הסתגלותי בסביבות שתנאי הסביבה אינם אופטימליים.
פונקציות במיקרואורגניזמים
למרות שאקוורפינים קיימים במיקרואורגניזמים, פונקציה ספציפית טרם נמצאה.
בעיקר משתי סיבות: יחס פני השטח לנפח הגבוה של החיידקים מרמז על שיווי משקל אוסמוטי מהיר (מה שהופך את האקופורנים למיותרים) ומחקרים על מחיקות במיקרובים לא הניבו פנוטיפ ברור.
עם זאת משערים כי אקוורפינים עשויים להציע הגנה מסוימת מפני אירועי הקפאה והפשרה ברציפות, תוך שמירה על חדירות המים בקרומים בטמפרטורות נמוכות.
סוגים
מולקולות אקפורפין ידועות משושלות שונות, הן בצמחים ובעלי חיים והן באורגניזמים פחות מורכבים, ואלה דומות זו לזו - אנו מניחים אז שהן הופיעו בשלב מוקדם של האבולוציה.
כ- 50 מולקולות שונות נמצאו בצמחים, ואילו ביונקים יש רק 13, המופצים בכל רקמות שונות, כמו רקמת האפיתל והאנדותל של הכליה, הריאה, הבלוטות האקסוקריניות ואיברים הקשורים לעיכול.
עם זאת, אוופוראינים יכולים לבוא לידי ביטוי ברקמות שאינן מקיימות קשר ברור ובלתי אמצעי עם הובלת נוזלים בגוף, כמו למשל באסטרוציטים של מערכת העצבים המרכזית ובאזורים מסוימים בעין, כמו קרנית האפיתל.
יש אקוורפינים אפילו בקרום של פטריות, חיידקים (כמו E. coli) ובקרומי האיברים, כמו כלורופלסטים ומיטוכונדריה.
פתולוגיות רפואיות הקשורות לאקפורפינים
בחולים הסובלים ממום ברצף של אקפורין 2 שנמצא בתאי הכליה, עליהם לשתות יותר מ 20 ליטר מים כדי להישאר לחות. במקרים רפואיים אלה, אין ריכוז שתן מתאים.
המקרה ההפוך מביא גם למקרה קליני מעניין: ייצור אקופורין 2 עודף מביא לאצירת נוזלים עודפים בחולה.
במהלך ההיריון יש עלייה בסינתזה של אקפוראינים. עובדה זו מסבירה את שמירת הנוזלים הנפוצה אצל אמהות מצופות. באופן דומה, היעדרו של אקפורין 2 נקשר להתפתחות של סוג מסוים של סוכרת.
הפניות
- בראון, ד (2017). גילוי תעלות מים (אקפורפינים). Annals של תזונה וחילוף חומרים, 70 (Suppl. 1), 37-42.
- קמפבל A, N., & Reece, JB (2005). ביולוגיה. העריכה של מדיקה פאנמריקנה.
- Lodish, H. (2005). ביולוגיה תאית ומולקולרית. העריכה של מדיקה פאנמריקנה.
- פארק, וו., שפלר, BE, באואר, PJ, וקמפבל, BT (2010). זיהוי משפחת גנים של אקוופורין וביטוים בכותנה היבשתית (Gossypium hirsutum L.). ביולוגיה צמחית BMC, 10 (1), 142.
- Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., and Meli, R. (2016). אקפורפינים בבריאות ובמחלות: סקירה המתמקדת במעיים של מינים שונים. כתב עת בינלאומי למדעים מולקולריים, 17 (8), 1213.
- Sadava, D., & Purves, WH (2009). החיים: מדע הביולוגיה. העריכה של מדיקה פאנמריקנה.
- Verkman, AS (2012). אקפורפינים ברפואה קלינית. סקירה שנתית של הרפואה, 63, 303-316.
- Verkman, AS, & Mitra, AK (2000). מבנה ופונקציה של תעלות מים אקפורין. כתב העת האמריקאי לפיזיולוגיה-פיזיולוגיה כלייתית, 278 (1), F13-F28.
- Verkman, AS (2013). אקפורפינים. ביולוגיה נוכחית, 23 (2), R52-5.