Acquaporine

Le acquaporine (AQP) la cui scoperta risale al 1992 sono una famiglia di piccole proteine ​​integrali di membrana che sono espresse in tutto il regno animale e vegetale la cui funzione è quella di trasportare acqua attraverso le membrane cellulari in risposta ai gradienti osmotici creati dal trasporto attivo di soluti.

Nei mammiferi le acquaporine sono espresse in molti tipi di cellule coinvolte nel trasporto dei fluidi, tra cui epiteli ed endoteli in reni, polmoni, ghiandole esocrine, occhi e organi gastrointestinali oltre che anche in cellule che non hanno un ruolo specifico nel trasporto dei fluidi, come eritrociti e alcuni leucociti, adipociti e muscoli scheletrici.

Queste proteine svolgono principalmente le funzioni di base del trasporto dell’acqua e dell’omeostasi osmotica ed inoltre regolano molti processi biologici come la proliferazione cellulare, la migrazione, l’apoptosi e il metabolismo mitocondriale.

Le acquaporine sono espresse in varie piante e microbi, tra cui batteri e lieviti. Tra le acquaporine vegetali vi sono le proteine ​​intrinseche della membrana plasmatica chiamate PIP e le proteine ​​intrinseche del tonoplasto chiamate TIP.

Classificazione delle acquaporine

Sono state identificate 13 isoforme distinte (AQP0–12) e classificate in tre gruppi principali sulla base della loro omologia e delle proprietà biofisiche ovvero acquaporine vere e proprie, acquagliceroporine e superaquaporine. Le prime denominate AQP0, AQP1, AQP2, AQP4, AQP5, AQP6 e AQP8 sono selettive per le molecole d’acqua anche se l’AQP6 può agire come un canale anionico ed è coinvolta nel trasporto di ione cloruro in condizioni acide e l’AQP8 ha un ruolo nel trasporto di ammoniaca e perossido di idrogeno.

Al secondo gruppo appartengono le acquagliceroporine AQP3, AQP7, AQP9 e AQP10 che presentano pori di dimensioni maggiori e sono permeabili non solo all’acqua ma anche a glicerolo, urea, perossido di idrogeno e soluti di piccole dimensioni privi di carica e sono le uniche proteine ​​dei mammiferi in grado di permeare il glicerolo attraverso la membrana plasmatica.

Le superaquaporine AQP11 e AQP12, hanno scarsa omologia con le altre famiglie e sono localizzate specificamente nella membrana degli organelli intracellulari e pertanto si ritiene che il loro ruolo sia collegato al trasporto intracellulare di acqua e glicerolo, regolando il volume degli organelli e l’omeostasi.

Selettività

Sulla base della loro selettività si distinguono le acquaporine permeabili all’acqua e quelle permeabili a composti organici di piccole dimensioni. Sono stati identificati due siti che possono limitare il passaggio delle varie specie ovvero due motivi di NPA (asparagina–prolina–alanina) che con le loro due catene laterali di asparagina che puntano verso il poro sono situati all’estremità di due semieliche che si immergono nella membrana rispettivamente dai lati intracellulare ed extracellulare.

I dipoli delle semieliche generano una barriera elettrostatica nella regione NPA, che è, insieme agli effetti di desolvatazione, essenziale per l’esclusione protonica. Non si ritiene che i motivi NPA contribuiscano direttamente alle differenze di selettività tra le acquaporine strettamente selettive per l’acqua e le gliceroporine, sebbene sottili differenze strutturali che influenzano questo motivo possano spiegare in parte le differenze quantitative nella permeabilità all’acqua a canale singolo tra le diversi acquaporine.

Vicino all’uscita extracellulare del canale, la regione di limitazione aromatica/arginina (ar/R),  nota anche come filtro di selettività, forma la parte più stretta del poro e quindi è generalmente ritenuta importante per la selettività del canale.

Il motivo ar/R, è situato verso il lato extracellulare del poro ed è responsabile della determinazione della differenza nella permeabilità del soluto tra e acquaporine strettamente selettive per l’acqua e le gliceroporine oltre a svolgere un ruolo nell’esclusione protonica. È formato da quattro residui di amminoacidi  che si trovano in posizioni casuali nella sequenza primaria in cui l’arginina si trova in posizione in tutta la famiglia delle acquaporine. Si ritiene che la carica positiva presentata da questa arginina agisca come un meccanismo di esclusione protonica

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