ACQUAPORINE: FUNZIONI, STRUTTURA E TIPOLOGIE - BIOLOGIA - 2024

Le acquaporine , conosciute anche come canali d'acqua, sono molecole proteiche che attraversano le membrane biologiche. Sono responsabili di mediare il flusso rapido ed efficiente dell'acqua in entrata e in uscita dalle cellule, impedendo all'acqua di interagire con le tipiche porzioni idrofobiche dei doppi strati fosfolipidici.

Queste proteine ​​assomigliano a un barile e hanno una struttura molecolare molto particolare, costituita principalmente da eliche. Sono ampiamente distribuiti in diversi lignaggi, compresi da piccoli microrganismi ad animali e piante, dove sono abbondanti.

Fonte: di María Quezada Aranda, da Wikimedia Commons

Prospettiva storica

Con una conoscenza di base della fisiologia e dei meccanismi che muovono i soluti attraverso le membrane (attive e passive), potremmo intuire che il trasporto dell'acqua non è un problema, entrando ed uscendo dalla cellula per semplice diffusione.

Questa idea esiste da molti anni. Tuttavia, alcuni ricercatori hanno rilevato l'esistenza di alcuni canali di trasporto dell'acqua, poiché in alcuni tipi di cellule con elevate permeabilità all'acqua (come il rene, ad esempio), la diffusione non sarebbe un meccanismo sufficiente per spiegare il trasporto d'acqua.

Il medico e ricercatore Peter Agre ha scoperto questi canali proteici nel 1992, mentre lavorava con la membrana degli eritrociti. Grazie a questa scoperta ha vinto (insieme ai suoi colleghi) il Premio Nobel nel 2003. Questa prima acquaporina è stata chiamata "acquaporina 1".

Struttura

La forma dell'acquaporina ricorda una clessidra, con due metà simmetriche orientate l'una di fronte all'altra. Questa struttura attraversa la doppia membrana lipidica della cellula.

Va detto che la forma dell'acquaporina è molto particolare e non assomiglia a nessun altro tipo di proteine ​​che attraversano la membrana.

Le sequenze amminoacidiche sono prevalentemente polari. Le proteine ​​transmembrana sono caratterizzate dall'avere un segmento ricco di segmenti alfa elicoidali. Tuttavia, le acquaporine mancano di tali regioni.

Grazie all'utilizzo delle attuali tecnologie, la struttura della porina è stata chiarita in dettaglio: si tratta di monomeri da 24 a 30 KDa costituiti da sei segmenti elicoidali con due piccoli segmenti che circondano il citoplasma e sono collegati da un piccolo poro.

Questi monomeri sono assemblati in un gruppo di quattro unità, sebbene ognuna possa funzionare indipendentemente. In piccole eliche, ci sono alcuni motivi conservati, tra cui NPA.

In alcune acquaporine presenti nei mammiferi (AQP4) si verificano aggregazioni più elevate che formano disposizioni cristalline supramolequali.

Per trasportare l'acqua, l'interno della proteina è polare e l'esterno non è polare, a differenza delle comuni proteine ​​globulari.

Fonte: da Nessun autore leggibile dalla macchina fornito. DanielMCR ipotizzato (in base alle rivendicazioni di copyright). , tramite Wikimedia Commons

Caratteristiche

Il ruolo delle acquaporine è quello di mediare il trasporto dell'acqua nella cellula in risposta a un gradiente osmotico. Non necessita di alcuna forza o pompaggio aggiuntivo: l'acqua entra ed esce dalla cellula per osmosi, mediata dall'acquaporina. Alcune varianti trasportano anche molecole di glicerolo.

Per effettuare questo trasporto e aumentare sostanzialmente la permeabilità all'acqua, la membrana cellulare viene imballata con molecole di acquaporina, in un ordine di densità di 10.000 micrometri quadrati.

Funzioni negli animali

Il trasporto dell'acqua è vitale per gli organismi. Facciamo l'esempio specifico dei reni: devono filtrare enormi quantità di acqua ogni giorno. Se questo processo non si verifica correttamente, le conseguenze sarebbero fatali.

Oltre alla concentrazione di urina, le acquaporine sono coinvolte nell'omeostasi generale dei liquidi corporei, nella funzione cerebrale, nella secrezione ghiandolare, nell'idratazione della pelle, nella fertilità maschile, nella vista, nell'udito, solo per citare alcuni processi biologico.

Negli esperimenti condotti sui topi, si è concluso che anche loro partecipano alla migrazione cellulare, un ruolo molto lontano dal trasporto dell'acqua.

Funzioni nelle piante

Le acquaporine sono per lo più diverse nel regno vegetale. Processi cruciali come la traspirazione, la riproduzione, il metabolismo mediano in questi organismi.

Inoltre, svolgono un ruolo importante come meccanismo di adattamento in ambienti le cui condizioni ambientali non sono ottimali.

Funzioni nei microrganismi

Sebbene le acquaporine siano presenti nei microrganismi, non è stata ancora trovata una funzione specifica.

Principalmente per due ragioni: l'elevato rapporto superficie-volume dei microbi implica un rapido equilibrio osmotico (rendendo superflue le acquaporine) e gli studi sulle delezioni nei microbi non hanno prodotto un fenotipo chiaro.

Tuttavia, si ipotizza che le acquaporine possano offrire una certa protezione contro i successivi eventi di congelamento e disgelo, mantenendo la permeabilità dell'acqua nelle membrane a basse temperature.

tipi

Le molecole di acquaporina sono conosciute da vari lignaggi, sia nelle piante che negli animali e negli organismi meno complessi, e queste si somigliano molto - supponiamo quindi che siano apparse presto nell'evoluzione.

Nelle piante sono state trovate circa 50 molecole diverse, mentre i mammiferi ne hanno solo 13, distribuite in vari tessuti, come il tessuto epiteliale ed endoteliale del rene, del polmone, delle ghiandole esocrine e degli organi legati alla digestione.

Tuttavia, le acquaporine possono anche essere espresse in tessuti che non hanno una relazione evidente e diretta con il trasporto di liquidi nel corpo, come negli astrociti del sistema nervoso centrale e in alcune regioni dell'occhio, come la cornea e l'epitelio ciliare.

Sono presenti acquaporine anche nella membrana di funghi, batteri (come E. coli) e nelle membrane degli organelli, come cloroplasti e mitocondri.

Patologie mediche associate alle acquaporine

Nei pazienti che hanno un difetto nella sequenza dell'acquaporina 2 presente nelle cellule renali, devono bere più di 20 litri di acqua per rimanere idratati. In questi casi medici, non c'è un'adeguata concentrazione di urina.

Anche il caso opposto si traduce in un caso clinico interessante: la produzione di acquaporina 2 in eccesso porta ad un'eccessiva ritenzione di liquidi nel paziente.

Durante la gravidanza, c'è un aumento della sintesi delle acquaporine. Questo fatto spiega la ritenzione di liquidi comune nelle donne incinte. Allo stesso modo, l'assenza di acquaporina 2 è stata collegata allo sviluppo di un certo tipo di diabete.

Riferimenti

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