AQUAPORINS: FUNGSI, STRUKTUR DAN TIPE - BIOLOGI - 2025

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

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

Sumber: Oleh María Quezada Aranda, dari Wikimedia Commons

Perspektif sejarah

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

Ide ini sudah ada selama bertahun-tahun. Namun, beberapa peneliti menemukan adanya beberapa saluran transportasi air, karena pada tipe sel tertentu dengan permeabilitas tinggi ke air (seperti ginjal, misalnya), difusi tidak akan menjadi mekanisme yang cukup untuk menjelaskan transpor. 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 perentang membran lainnya.

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

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

Monomer ini dirakit dalam empat unit, meskipun masing-masing dapat berfungsi sendiri-sendiri. Pada heliks kecil, ada beberapa motif yang dilestarikan, termasuk NPA.

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

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

Sumber: Oleh Tidak ada penulis yang dapat dibaca mesin. DanielMCR diasumsikan (berdasarkan klaim hak cipta). , 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 keluar sel melalui osmosis, dimediasi oleh aquaporin. Beberapa varian juga membawa molekul gliserol.

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

Fungsi pada hewan

Transportasi air sangat penting bagi organisme. Mari kita ambil contoh spesifik dari ginjal: ginjal harus menyaring banyak 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 kerajaan tumbuhan. Proses penting seperti keringat, reproduksi, metabolisme menjadi perantara dalam organisme ini.

Selain itu, mereka berperan penting sebagai mekanisme adaptif pada lingkungan yang kondisi lingkungannya belum optimal.

Fungsi pada mikroorganisme

Meskipun aquaporin terdapat dalam mikroorganisme, fungsi spesifiknya belum ditemukan.

Terutama karena dua alasan: rasio permukaan-volume mikroba yang tinggi menyiratkan 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 beberapa perlindungan terhadap peristiwa pembekuan dan pencairan berturut-turut, menjaga permeabilitas air di membran pada suhu rendah.

Jenis

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

Sekitar 50 molekul berbeda telah ditemukan pada tumbuhan, sedangkan mamalia hanya memiliki 13, tersebar di 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 di dalam tubuh, seperti astrosit di sistem saraf pusat dan di daerah mata tertentu, seperti kornea dan epitel siliaris.

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

Patologi medis yang terkait dengan aquaporin

Pada pasien yang memiliki kelainan urutan aquaporin 2 yang ada di sel ginjal, mereka harus minum lebih dari 20 liter air agar tetap terhidrasi. Dalam kasus medis ini, konsentrasi urin tidak 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 (Aquaporins). Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (Suppl. 1), 37-42.
2. Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologi. Editorial Médica Panamericana.
3. Lodish, H. (2005). Biologi seluler dan molekuler. Editorial Médica 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 tumbuhan 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 Médica Panamericana.
7. Verkman, AS (2012). Aquaporin dalam pengobatan klinis. Review tahunan obat, 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). Aquaporins. Biologi saat ini, 23 (2), R52-5.