Đề tài Kênh vận chuyển nước qua màng - Aquaporins

Sinh viên thực hiện: NÔNG THỊ QUỲNH ANH Lớp: CNSHB K21 VIỆN SAU ĐẠI HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC ------  ------ TiỂU LUẬN SINH HỌC TẾ BÀO NÂNG CAO Đề tài: “KÊNH VẬN CHUYỂN NƯỚC QUA MÀNG - AQUAPORINS” Company Logo 1. Khám phá sự vận chuyển nước qua kênh Aquaporins – Nobel hóa học 2003 70% cơ thể là nước. Nước vận chuyển qua màng tế bào bằng cách nào? Trước đây người ta nghĩ rằng nước được vận chuyển qua màng theo phương thức thẩm thấu. Năm 1920 việc phát hiện ra cấu trúc màng kép photpholipit, lớp màng này kị nước. Như vậy nước không đơn giản được vận chuyển qua màng theo phương thức thẩm thấu. Năm 2003, 2 nhà khoa học Peter Agre và Robert MacKinnon, người Mĩ đã vinh dự giành giải Nobel Hóa học vì nghiên cứu của họ đã làm sáng tỏ việc muối và nước được luân chuyển như thế nào trong các tế bào của cơ thể? Company Logo 1. Khám phá sự vận chuyển nước qua kênh Aquaporins – Nobel hóa học 2003 Peter Agree nghiên cứu sự vận chuyển nước qua màng trong 15 năm. Phát hiện ra một polypeptide mới trong tế bào hồng cầu, Polypeptide này giống hệt trong tế bào thận. Nhân bản và tạo cDNA của tế bào hồng cầu này và chọn một cDNA mã hóa cho chuỗi polypeptide dài khoảng 269 amino acid giống nhau ở cả tế bào hồng cầu và tế bào thận. Tiêm CDNA này vào tế bào noãn Xenopus laevis Company Logo 1. Khám phá sự vận chuyển nước qua kênh Aquaporins – Nobel hóa học 2003 Figure 1. Discovery of aquaporin-1 (AQP1). Functional demonstration of water transport in X. laevis oocytes. Top panel: Control oocyte not expressing AQP1 (left) and test oocyte expressing AQP1 (right) 15 s after transfer to hypoosmotic culture medium. Middle panel: Same oocytes 3 min after transfer to hypoosmotic culture medium. The control oocyte failed to swell. The test oocyte swelled rapidly by osmosis and ruptured. Reprinted by permission from Preston GM, Carroll TP, Guggino WB, Agre P. Appearance of water channels in Xenopus oocytes expressing red cell CHIP28 protein. Sự vận chuyển nước qua màng được thực hiện nhờ kênh protein có tên Aquaporins. Company Logo 2. Sự vận chuyển H20 qua màng Nước được vận chuyển qua màng theo phương thức thụ động: 2. Khuyếch tán dễ dàng qua kênh vận Aquaporin 1. Thẩm thấu đơn giản 3. Cấu tạo Aquaporins Protein aquaporin được tạo thành từ 6 chuỗi xoắn alpha-helices xuyên màng sắp xếp thành một bó. Có đầu amin và nhóm cacboxyl nằm trong tế bào chất. Có 5 vùng liên kết helices (A-E) hình thành ở cả ngoại bào và trong tế bào chất. Vùng B và E là lớp kép kéo dài và bao gồm một phạm vi kị nước. Vùng B và E gấp lại với nhau tạo thành trung tâm lỗ nước, có motif đặc biệt (asparagine-proline-alanine ) các motif xếp chồng lên phần giữa của màng kép lipid của màng để tạo nên cấu trúc 3-D “hourglass” giúp nước chảy qua. Company Logo 3. Cấu tạo kênh vận chuyển nước Aquaporins Mỗi motif có chức năng như một bộ lọc, chúng là một cụm các aa có vai trò liên kết các phân tử nước và loại trừ các phân tử khác. Motif có tính “chọn lọc: Thí dụ màng này chỉ cho nước đi qua không để Proton H+ qua. Điều này rất quan trọng vì nồng độ proton ở hai bên thành tế bào giữ vai trò thiết yếu trong việc tồn trữ năng lượng. Company Logo 4. Phân loại aquaporins Aquaporins được phân loại thành 2 lớp: Lớp 1: những Aquaporin chỉ vận chuyển đặc hiệu các phân tử nước (aquaprorins cổ điển). Lớp 2: Những Aquaporins vận chuyển nước cộng với glycerol (aquaglycerolporins). Company Logo Company Logo 5. Chức năng sinh lý của một số Aquaporins AQP1 là kênh vận chuyển nước điểu khiển bới vasoppressin trong ống liệu. Đột biến trong gene mã hóa Aqp1 gây nên bệnh tiểu đường. Nhưng đột biến trong gen mã hóa AQP2 còn nghiêm trọng hơn rất nhiều. AQP4 biểu hiện trong não và có liên quan đến phát sinh bệnh và hồi phục bệnh phù não (sự tích nước trong không gian nội bào hoặc ngoại bào của não). AQP0 được biểu hiện trong thủy tinh thể của mắt và các đột biến này gây bệnh đục thủy tinh thể. Aquaglycerolporin - Aqua7 được biểu hiện trong mô mỡ nơi mà chịu trách nhiệm vận chuyển glycerol khi đói và chết đói. AQP9 ở gan cho phép hấp thụ glycerol ở gan. Company Logo 6. Mức độ biểu hiên Aquaporins Nghiên cứu mức độ biểu hiện AQP1 trong nguyên bào sợi. Khi nuôi nguyên bào sợi trong môi trưởng đẳng trương, bằng kĩ thuật miễn dịch đặc hiệu kháng nguyên kháng thể người cho thấy được polyubiquitin được sinh ra nhiều, các polyubiquitin này tiêu hủy các phân tử mục tiêu Aquaporins 1, từ đó nó làm giảm số lượng đáng kể Aquaporins 1. Khi nuôi nguyên bào sợi trong môi trường ưu trương, bằng kĩ thuật miễn dịch đặc hiệu kháng nguyên kháng thể người cho thấy được polyubiquitin hầu như không được sinh ra, chính vì vậy mà số lượng Aquaporins 1 được giữ ổn định. Company Logo Trong một mô có thể biểu hiện nhiều loại Aquaporins. Ví dụ: Có nhiều Aquaporins được biểu hiện trong phổi - AQP1 được hiện diện trong các mao mạch và các nguyên bào sợi. - AQP4 nằm dọc theo màng trên bề mặt tế bào biểu mô trụ. Tế bào liền kề hình đài không có AQP - AQP3 biểu hiện ở mức độ cao trong các tế bào cơ bản. - Aqp5 biểu hiện ở tuyến màng nhầy. Do đó sự phân biệt rõ ràng phạm vi mà AQP1,3,4,5 biểu hiện Company Logo Các kênh aquaporin trong Phổi Company Logo Kết luận Aquaporins là kênh vận chuyển nước đặc hiệu qua màng tế bào, có hai lớp Aquaporins: thứ nhất Aquaporins vận chuyển nước, thứ hai Aquaporins vận chuyển cả nước và glycerol. AQP1 được coi là cấu trúc nguyên tử đầu tiên của một loại kênh protein của con người, Bất kì đột biến nào liên quan đến gene cấu trúc AQP đều gây ra hậu quả nghiêm trọng. Polyubiquitin là protein điều hòa số lượng kênh aquaporins trên màng tế bào chính vì vậy mà số lượng kênh Aquaporins ở các tế bào khác nhau thì khác nhau. Trong một mô có thể biểu hiện rất nhiều loại Aquaporins khác nhau.