Il acquaporine, Conosciuti anche come canali dell'acqua, sono molecole di natura proteica che attraversano le membrane biologiche. Sono responsabili della mediazione del flusso rapido ed efficiente dell'acqua dentro e fuori le 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, composta principalmente da eliche. Sono ampiamente distribuiti in diversi lignaggi, compresi dai piccoli microrganismi agli animali e alle piante, dove sono abbondanti..
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Con una conoscenza di base della fisiologia e dei meccanismi che i soluti si muovono attraverso le membrane (attive e passive), possiamo intuire che il trasporto dell'acqua non pone alcun problema, entrando ed uscendo dalla cellula per semplice diffusione.
Questa idea esiste da molti anni. Tuttavia, alcuni ricercatori hanno scoperto l'esistenza di alcuni canali di trasporto dell'acqua, poiché in alcuni tipi di cellule con elevata permeabilità all'acqua (come il rene, per esempio), la diffusione non sarebbe un meccanismo sufficiente per spiegare il trasporto dell'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 ha ricevuto il nome di "acquaporina 1".
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.
Vale la pena ricordare 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 delle porine 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 in modo indipendente. Nelle piccole eliche, ci sono alcuni motivi conservati, incluso l'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..
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 è piena di molecole di acquaporina, in un ordine di densità di 10.000 micrometri quadrati..
Il trasporto dell'acqua è vitale per gli organismi. Prendiamo 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 fluidi corporei, nella funzione cerebrale, nella secrezione delle ghiandole, nell'idratazione della pelle, nella fertilità maschile, nella vista, nell'udito, solo per citare alcuni processi biologici.
Negli esperimenti condotti sui topi, si è concluso che anche loro partecipano alla migrazione cellulare, un ruolo molto lontano dal trasporto dell'acqua.
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..
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 presuppone 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 scongelamento, mantenendo la permeabilità dell'acqua nelle membrane a basse temperature..
Le molecole di acquaporina sono note da vari lignaggi, sia nelle piante e negli animali, sia 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 essere espresse anche 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..
Ci sono acquaporine anche nella membrana di funghi, batteri (come E. coli) e nelle membrane degli organelli, come i cloroplasti e i mitocondri.
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 interessante caso clinico: la produzione in eccesso di acquaporina 2 porta alla ritenzione di liquidi in eccesso nel paziente.
Durante la gravidanza, c'è un aumento della sintesi delle acquaporine. Questo fatto spiega la comune ritenzione di liquidi nelle future mamme. Allo stesso modo, l'assenza di acquaporina 2 è stata collegata alla comparsa di un certo tipo di diabete.
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