Aquaporin: fungsi, struktur, dan jenisnya

Aquaporin: fungsi, struktur, dan jenisnya

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

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

Sumber: Oleh MarĂ­a Quezada Aranda [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons

Indeks artikel

Perspektif sejarah

Dengan pengetahuan dasar tentang fisiologi dan mekanisme zat terlarut bergerak melalui membran (aktif dan pasif), kita dapat menebak bahwa transportasi air tidak menjadi masalah, masuk dan keluar sel melalui difusi sederhana.

Ide ini telah ada selama bertahun-tahun. Namun, beberapa peneliti menemukan keberadaan beberapa saluran transportasi air, karena pada jenis sel tertentu dengan permeabilitas tinggi terhadap air (seperti ginjal, misalnya), difusi tidak akan menjadi mekanisme yang cukup untuk menjelaskan transportasi air.

Dokter dan peneliti Peter Agre menemukan saluran protein ini pada tahun 1992, saat 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 mengingatkan pada jam pasir, dengan dua bagian simetris yang saling berhadapan. Struktur ini melintasi membran lipid ganda sel.

Harus disebutkan bahwa bentuk aquaporin sangat khusus dan tidak menyerupai jenis protein membran lainnya.

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

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

Monomer ini dirakit dalam kelompok empat unit, meskipun masing-masing dapat berfungsi secara independen. Dalam heliks kecil, ada beberapa motif yang dilestarikan, termasuk NPA.

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

Untuk mengangkut air, bagian dalam protein bersifat polar dan bagian luarnya bersifat nonpolar, berbeda dengan protein globular biasa.

Sumber: Oleh Tidak ada penulis yang dapat dibaca mesin yang disediakan. DanielMCR diasumsikan (berdasarkan klaim hak cipta). [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Fitur

Peran aquaporin adalah untuk memediasi pengangkutan air ke dalam sel sebagai respons terhadap gradien osmotik. Itu tidak memerlukan kekuatan tambahan atau pemompaan: air masuk dan meninggalkan sel dengan osmosis, dimediasi oleh aquaporin. Beberapa varian juga membawa molekul gliserol.

Untuk melakukan transpor ini dan untuk meningkatkan permeabilitas terhadap air secara substansial, membran sel dikemas dengan molekul aquaporin, dengan kerapatan 10.000 mikrometer persegi.

Fungsi pada hewan

Transportasi air sangat penting bagi organisme. Ambil contoh spesifik dari ginjal : mereka harus menyaring sejumlah besar air setiap hari. Jika proses ini tidak terjadi dengan baik, akibatnya akan fatal.

Selain konsentrasi urin, aquaporin terlibat dalam homeostasis cairan tubuh secara umum, fungsi otak, sekresi kelenjar, hidrasi kulit, kesuburan 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 tumbuhan

Aquaporin sebagian besar beragam di kingdom tumbuhan. Proses penting seperti keringat, reproduksi, dan metabolisme memediasi organisme ini .

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

Fungsi dalam mikroorganisme

Meskipun aquaporin terdapat dalam mikroorganisme, fungsi spesifiknya belum ditemukan.

Terutama karena dua alasan: rasio permukaan-ke- volume yang tinggi dari mikroba mengasumsikan keseimbangan osmotik yang cepat (membuat aquaporin tidak diperlukan) dan studi penghapusan pada mikroba belum menghasilkan fenotipe yang jelas.

Namun, ada spekulasi bahwa aquaporin mungkin menawarkan perlindungan terhadap peristiwa pembekuan dan pencairan berturut-turut, mempertahankan permeabilitas air dalam membran pada suhu rendah.

Jenis

Molekul aquaporin diketahui dari berbagai garis keturunan, baik pada tumbuhan dan hewan dan pada organisme yang kurang kompleks, dan ini sangat mirip satu sama lain – kita berasumsi bahwa mereka muncul di awal evolusi.

Sekitar 50 molekul berbeda telah ditemukan pada tumbuhan, sedangkan mamalia hanya 13, didistribusikan ke berbagai jaringan, seperti jaringan epitel dan endotel 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 transportasi cairan dalam tubuh, seperti di astrosit sistem saraf pusat dan di daerah mata tertentu, seperti kornea dan epitel silia.

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

Patologi medis yang terkait dengan aquaporin

Pada pasien yang memiliki cacat pada urutan aquaporin 2 yang ada di sel ginjal, mereka harus minum lebih dari 20 liter air agar tetap terhidrasi. Dalam kasus medis ini, tidak ada konsentrasi urin yang memadai.

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

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

Referensi

  1. Brown, D. (2017). Penemuan saluran air (Aquaporin). Sejarah Nutrisi dan Metabolisme , 70 (Suppl. 1), 37-42.
  2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologi. Editorial Medica Panamericana.
  3. Lodish, H. (2005). Biologi seluler dan molekuler . Editorial Medica Panamericana.
  4. Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Identifikasi famili gen aquaporin dan ekspresinya pada kapas dataran tinggi ( Gossypium hirsutum L.). Biologi tanaman BMC , 10 (1), 142.
  5. Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporin dalam kesehatan dan penyakit: Tinjauan yang berfokus pada usus spesies yang berbeda. Jurnal internasional ilmu molekuler , 17 (8), 1213.
  6. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Kehidupan: Ilmu Biologi. Editorial Medica Panamericana.
  7. Verkman, AS (2012). Aquaporin dalam kedokteran klinis. Tinjauan tahunan kedokteran , 63 , 303-316.
  8. Verkman, AS, & Mitra, AK (2000). Struktur dan fungsi saluran air aquaporin. American Journal of Physiology-Renal Physiology , 278 (1), F13-F28.
  9. Verkman, AS (2013). Aquaporin. Biologi saat ini, 23 (2), R52-5.