アクアポリン、水チャネルとして知られているが、生体膜を通過するタンパク質性の分子です。それらは、細胞内外への水の迅速かつ効率的な流れを仲介し、水がリン脂質二重層の典型的な疎水性部分と相互作用するのを防ぎます。
これらのタンパク質は樽に似ており、非常に特殊な分子構造を持ち、主にらせんで構成されています。それらは、小さな微生物から、それらが豊富な動物や植物に至るまで、さまざまな系統に広く分布しています。
出典：Wikimedia CommonsのMaríaQuezada Aranda作
歴史的展望
生理学と溶質が膜を通過するメカニズム（アクティブおよびパッシブ）の基本的な知識があれば、単純な拡散によってセルに出入りする水輸送は問題を引き起こさないと推測できます。
このアイデアは何年も前から存在しています。ただし、一部の研究者は、いくつかの水輸送チャネルの存在を検出しました。水に対する透過性が高い特定の細胞タイプ（腎臓など）では、拡散は輸送を説明するのに十分なメカニズムではないためです。水の。
医師であり研究者であるピーター・アグレは、赤血球の膜を操作しているときに、1992年にこれらのタンパク質チャネルを発見しました。この発見のおかげで、彼は（同僚とともに）2003年にノーベル賞を受賞しました。この最初のアクアポリンは「アクアポリン1」と呼ばれました。
構造
アクアポリンの形は砂時計を連想させ、対称的な2つの半分が互いに向き合っています。この構造は、細胞の二重脂質膜を横切っています。
アクアポリンの形状は非常に特殊であり、他の種類の膜貫通タンパク質とは似ていないことに言及する必要があります。
アミノ酸配列は主に極性です。膜貫通型タンパク質は、αらせんセグメントが豊富なセグメントを持つことを特徴としています。ただし、アクアポリンにはそのような領域がありません。
現在の技術の使用のおかげで、ポーリンの構造が詳細に解明されました。それらは24から30 KDaのモノマーで、細胞質を囲む2つの小さなセグメントを持つ6つのらせんセグメントからなり、小さな細孔によって接続されています。
これらのモノマーは、それぞれが独立して機能することができますが、4つのユニットのグループに組み立てられます。小さならせんには、NPAを含むいくつかの保存されたモチーフがあります。
哺乳類に見られるいくつかのアクアポリン（AQP4）では、超分子の結晶配置を形成するより高い凝集が起こります。
一般的な球状タンパク質とは異なり、水を輸送するために、タンパク質の内部は極性で外部は非極性です。
出典：機械可読の著者による提供なし。DanielMCRが想定（著作権の主張に基づく）。、ウィキメディア・コモンズ経由
特徴
アクアポリンの役割は、浸透圧勾配に応じて細胞への水の輸送を仲介することです。それは、追加の力やポンプを必要としません。水は、アクアポリンによって媒介される浸透によって細胞に出入りします。一部のバリアントはグリセロール分子も持っています。
この輸送を実行し、水の透過性を大幅に高めるために、細胞膜には、10,000平方マイクロメートルの密度のオーダーで、アクアポリン分子が詰め込まれています。
動物の機能
水輸送は生物にとって不可欠です。腎臓の具体的な例を見てみましょう。彼らは毎日大量の水をろ過する必要があります。このプロセスが適切に行われない場合、結果は致命的です。
アクアポリンは尿の濃度に加えて、一般的な体液の恒常性、脳機能、腺の分泌、皮膚の水分補給、男性の生殖能力、視力、聴覚に関与しています-いくつかのプロセスに言及するだけです生物学的。
マウスで行われた実験では、水輸送から遠く離れている役割である細胞移動にも関与していると結論付けられました。
植物の機能
アクアポリンは主に植物界で多様です。汗、生殖、代謝などの重要なプロセスがこれらの生物を媒介します。
さらに、それらは、環境条件が最適でない環境での適応メカニズムとして重要な役割を果たします。
微生物の機能
アクアポリンは微生物に存在しますが、特定の機能はまだ発見されていません。
主に2つの理由から：微生物の表面と体積の比率が高いことは、急速な浸透平衡（アクアポリンを不必要にする）を意味し、微生物の欠失の研究では明確な表現型が得られていません。
しかしながら、アクアポリンは、低温での膜中の水の透過性を維持し、連続する凍結および解凍イベントに対していくらかの保護を提供するかもしれないと推測されています。
タイプ
アクアポリン分子は、植物と動物の両方、およびそれほど複雑でない生物の両方のさまざまな系統から知られており、これらは互いに非常に似ています-それらが進化の初期に現れたと仮定します。
約50の異なる分子が植物で発見されていますが、哺乳類はわずか13しか分布していませんが、腎臓、肺、外分泌腺、消化に関連する臓器の上皮組織や内皮組織など、さまざまな組織全体に分布しています。
ただし、アクアポリンは、中枢神経系の星状細胞や、角膜や毛様体上皮などの目の特定の領域など、体内の液体輸送と明確かつ直接的な関係がない組織でも発現します。
真菌、細菌（大腸菌など）の膜、および葉緑体やミトコンドリアなどの細胞小器官の膜にもアクアポリンがあります。
アクアポリンに関連する医学的病理
腎細胞に存在するアクアポリン2の配列に欠陥がある患者では、水分を保つために20リットル以上の水を飲む必要があります。これらの医学的ケースでは、適切な尿濃度がありません。
反対の場合も興味深い臨床結果をもたらします。過剰なアクアポリン2の生成は患者の体内に過剰な水分を貯留させます。
妊娠中、アクアポリンの合成が増加します。この事実は、妊婦の一般的な体液貯留を説明しています。同様に、アクアポリン2の欠如は、特定の種類の糖尿病の発症と関連しています。
参考文献
- ブラウン、D（2017）。水路（アクアポリン）の発見。栄養と代謝の年代記、70（補足1）、37-42。
- キャンベルA、N。、およびリース、JB（2005）。生物学。社説のメディカ・パンアメリカーナ。
- Lodish、H.（2005）。細胞生物学。社説のメディカ・パンアメリカーナ。
- Park、W.、Scheffler、BE、Bauer、PJ、&Campbell、BT（2010）。アクアポリン遺伝子のファミリーの同定およびそれらの畑綿（Gossypium hirsutum L.）での発現。BMC植物生物学、10（1）、142。
- Pelagalli、A.、Squillacioti、C.、Mirabella、N.、&Meli、R.（2016）。健康と病気におけるアクアポリン：異なる種の腸に焦点を当てた概要。分子科学の国際ジャーナル、17（8）、1213。
- Sadava、D。、およびPurves、WH（2009）。生命：生物学の科学。社説のメディカ・パンアメリカーナ。
- バークマン、AS（2012）。臨床医学におけるアクアポリン。医学の年次レビュー、63、303-316。
- バークマン、AS、およびミトラ、AK（2000）。アクアポリン水路の構造と機能。American Journal of Physiology-Renal Physiology、278（1）、F13-F28。
- バークマン、AS（2013）。アクアポリン。現在の生物学、23（2）、R52-5。