Aquaporin-Vízcsatorna A víz diffúzióval tud keresztüljutni a membrán kettősrétegen egy vízcsatornán keresztül. A csatornafehérje neve: Aquaporin

A 19. század elején felismerték, hogy a membránban kell lennie valamiféle membránnyílásnak ami a sókat és a vizet átengedi ~1950: Ez a nyílás a membránban nagyon gyorsan és azonnal át tud vizet juttatni a membránon. A következő 30 évben rájöttek, hogy a membránban ez a nyílás valamilyen szelektív szűrő lehet, ami az ionokat meggátolja az átjutásban, míg a vizet, a töltetlen molekulákat átengedi. Kb. Ezer, tízezer vízmolekula tud átjutni másodpercenként 1 szűrőn. 1992-ig senki nem volt képes azonosítani ezt a molekuláris gépezetet. Senki nem tudta, hogy nézhet ki, milyen fehérjék alkotják a tényleges csatornát.

1980-as évek közepén kezdte el tanulmányozni Peter Agre a különböző membránproteineket, amiket vörösvérsejtekből izolált. Talált vízcsatornát még vesesejtekben is. Mindegyiknek meghatározta a peptidszekvenciáit, és összehasonlította a DNS szekvenciákkal. Úgy gondolta, megtalálta a vízcsatorna fehérjét. AQUAPORIN-nak nevezte el. 2003-ban kapott munkájáért kémiai Nobel-díjat.

Agre hipotézisének bizonyítása Összehasonlította az aquaporint tartalmazó sejteket azokkal a sejtekkel,amik nem tartalmaztak ilyen fehérjéket vizes oldatban. Az a sejt, amelyik tartalmazott aquaporint, az abszorbeálni tudott vizet a környezetéből. Amelyik nem tartalmazott aquaporint, az változatlan maradt.

További bizonyítékok: Agre végzett kísérleteket mesterséges sejteken is, liposzómákon. Ami tulajdonképpen egy szappanbuborékkal (lipid kötések) körülvett vízcsepp. Azt tapasztalta, ha aquaporint ültetett be a liposzómamembránba, a liposzóma vizes környezetben vízre permeábilissá válik. Agre tudta, hogy a higany megakadályozza a sejtek vízfelvételét és leadását Ha olyan liposzómába juttatott higanyt, amiben aquaporin is volt, a vízfelvétel leállt. →Tehát az aquaporin vízcsatorna fehérje.

2000-ben sikerült Agrenek az első jó felbontású 3 dimenziós képet készíteni az aquaporinról. Ezek után feltérképezhető a vízcsatorna fehérjének a szerkezete és működése!

Az aquaporin működése A membrán nem enged át szivárgó protonokat Ez fontos, mert az energia-raktározó rendszer alapja a belső és külső sejtkompartment közötti protongradiens fenntartása.

Az aquaporin működése Az aquaporin tetramer szerkezetű a sejtmembránban, ahol facilált transzporttal „szállít” vizet. De nemcsak víz, hanem más oldott molekulákat (pl.:glicerol) is átenged, de teljesen impermeábilis töltött molekulákra, mint pl. protonokra. Alapvetően hidrofób tartalmú aminósav szekvenciákból épül fel Minden aquaporin monomer két hemi-pórusból áll, ami együtt alkot csatornát.

Molekula Dinamika 2002. Illinois Egyetem: Az aquaporin működését szuperkomputer modellezte. Feltétel: A csatorna csak vizet enged át, nem ionokat (proton). A computeres csatorna szimuláció több, mint 100 000 atomot fedezett fel a fehérje rendszerből, és fedte fel annak képződését és jelezte a vízmolekulák átjutását a csatornán.

A víz oxigénatomjával előre lép be az aquaporinba, középen megfordulnak, és az oxigén atommal háttal jutnak ki a fehérjéből.

A szelektivitás egy igen lényeges tulajdonsága a molekulának A vízmolekulák a membránon keresztüli útjukon orientálják magukat a helyi elektromos térerő szerint. A teljesen ellentétes orientációja a vízmolekuláknak tartja távol az aquaporinban lévő pozitív töltéseket, mialatt a gyors áramlású vízmolekulákat átengedi a membránon. A protonok a csatorna pozitív töltései miatt megállnak a fehérjében, majd „kivetődnek”. Így megelőzi a protonszivárgást a csatornán keresztül.

Fiziológiai és orvosi lehetséges fontossága a vízcsatornának Az aquaporin fehérjéknek igen nagy családjuk van. Több, mint 11 emlős aquaporin lett eddig felismerve. De növényekben, rovarokban és baktériumokban is izolálva lettek. Az aquaporin1 (AQP1)emberi vörösvérsejtből lett elsőként felfedezve, és valószínűleg ez a vízcsatorna lett a legtöbbet tanulmányozva.

Vese kiválasztása A vese olyan salakanyagokat távolít el, amiktől a test meg szeretne szabadulni. A vesefolyadékban az ionok és más kicsi molekulák elsődleges vizeletként hagyják el a vért. 24 óra után 170 liternél is több elsődleges vizeletet termelhet. Ebből a folyadékból a víz legnagyobb része visszaszívódik, míg végül 1 liter urea hagyja el a szervezetet egy nap. A vese érgomolyagja végigengedi az elsődleges vizeletet a kanyarulatos csatornáin, aminek 70%-a visszaszívódik a vérbe az AQP1-en keresztül.Az érgomolyag végén még 10%-nyi víz visszaszívódik egy hasonló fehérjén (AQP2) keresztül. Ezzel együtt nátrium, kálium és kloridionok szintén visszaszívódnak. A vasopresszin hormon serkenti az AQP2 transzportját a membránfalban, és így növeli a vízelnyelést a vizeletből. A Diabetes Insipidus betegség a vazopresszin hiánya a szervezetben, aminek következtében a beteg ember napi 10-15 liter vizeletet termel.

Köszönöm a figyelmet!