AQUAPORINES: FONCTIONS, STRUCTURE ET TYPES - LA BIOLOGIE - 2025

Les aquaporines, également appelées canaux d'eau, sont des molécules protéiniques qui traversent les membranes biologiques. Ils sont responsables de la médiation de l'écoulement rapide et efficace de l'eau dans et hors des cellules, empêchant l'eau d'interagir avec les parties hydrophobes typiques des bicouches phospholipidiques.

Ces protéines ressemblent à un tonneau et ont une structure moléculaire très particulière, constituée principalement d'hélices. Ils sont largement distribués dans différentes lignées, y compris des petits micro-organismes aux animaux et aux plantes, où ils sont abondants.

Source: Par María Quezada Aranda, de Wikimedia Commons

Perspective historique

Avec une connaissance de base de la physiologie et des mécanismes de déplacement des solutés à travers les membranes (actives et passives), on pourrait deviner que le transport de l'eau n'est pas un problème, entrant et sortant de la cellule par simple diffusion.

Cette idée existe depuis de nombreuses années. Cependant, certains chercheurs ont découvert l'existence de certains canaux de transport de l'eau, car dans certains types de cellules à forte perméabilité à l'eau (comme le rein, par exemple), la diffusion ne serait pas un mécanisme suffisant pour expliquer le transport. d'eau.

Le médecin et chercheur Peter Agre a découvert ces canaux protéiques en 1992, en travaillant avec la membrane des érythrocytes. Grâce à cette découverte, il a remporté (avec ses collègues) le prix Nobel en 2003. Cette première aquaporine s'appelait "aquaporine 1".

Structure

La forme de l'aquaporine rappelle celle d'un sablier, avec deux moitiés symétriques orientées l'une en face de l'autre. Cette structure traverse la double membrane lipidique de la cellule.

Il faut mentionner que la forme de l'aquaporine est très particulière et ne ressemble à aucun autre type de protéines couvrant la membrane.

Les séquences d'acides aminés sont majoritairement polaires. Les protéines transmembranaires sont caractérisées par un segment riche en segments hélicoïdaux alpha. Cependant, les aquaporines manquent de telles régions.

Grâce à l'utilisation des technologies actuelles, la structure de la porine a été élucidée en détail: ce sont des monomères de 24 à 30 KDa qui se composent de six segments hélicoïdaux avec deux petits segments qui entourent le cytoplasme et sont reliés par un petit pore.

Ces monomères sont assemblés en un groupe de quatre unités, bien que chacun puisse fonctionner indépendamment. Dans les petites hélices, il y a quelques motifs conservés, dont le NPA.

Dans certaines aquaporines trouvées chez les mammifères (AQP4), des agrégations plus élevées se produisent qui forment des arrangements cristallins supramolégaux.

Afin de transporter l'eau, l'intérieur de la protéine est polaire et l'extérieur est non polaire, contrairement aux protéines globulaires communes.

Source: par Aucun auteur lisible par machine fourni. DanielMCR supposé (sur la base des revendications de droits d'auteur)., via Wikimedia Commons

Caractéristiques

Le rôle des aquaporines est de médier le transport de l'eau dans la cellule en réponse à un gradient osmotique. Il n'a besoin d'aucune force ou pompage supplémentaire: l'eau entre et sort de la cellule par osmose, médiée par l'aquaporine. Certaines variantes portent également des molécules de glycérol.

Pour effectuer ce transport et augmenter sensiblement la perméabilité à l'eau, la membrane cellulaire est garnie de molécules d'aquaporine, dans un ordre de densité de 10 000 micromètres carrés.

Fonctions chez les animaux

Le transport de l'eau est vital pour les organismes. Prenons l'exemple spécifique des reins: ils doivent filtrer d'énormes quantités d'eau chaque jour. Si ce processus ne se déroule pas correctement, les conséquences seraient fatales.

En plus de la concentration urinaire, les aquaporines sont impliquées dans l'homéostasie générale des fluides corporels, la fonction cérébrale, la sécrétion des glandes, l'hydratation cutanée, la fertilité masculine, la vision, l'audition - pour ne citer que quelques processus biologique.

Dans des expériences menées sur des souris, il a été conclu qu'elles participent également à la migration cellulaire, un rôle très éloigné du transport de l'eau.

Fonctions dans les plantes

Les aquaporines sont principalement diverses dans le règne végétal. Des processus cruciaux tels que la transpiration, la reproduction, le métabolisme interviennent dans ces organismes.

De plus, ils jouent un rôle important en tant que mécanisme adaptatif dans des environnements dont les conditions environnementales ne sont pas optimales.

Fonctions dans les micro-organismes

Bien que les aquaporines soient présentes dans les microorganismes, une fonction spécifique n'a pas encore été trouvée.

Principalement pour deux raisons: le rapport surface / volume élevé des microbes suppose un équilibre osmotique rapide (rendant les aquaporines inutiles) et les études de délétions dans les microbes n'ont pas donné un phénotype clair.

Cependant, on suppose que les aquaporines peuvent offrir une certaine protection contre les épisodes successifs de gel et de dégel, maintenant la perméabilité de l'eau dans les membranes à de basses températures.

Les types

Les molécules d'aquaporine sont connues de diverses lignées, à la fois chez les plantes et les animaux et chez les organismes moins complexes, et celles-ci se ressemblent étroitement - nous supposons alors qu'elles sont apparues au début de l'évolution.

Une cinquantaine de molécules différentes ont été trouvées dans les plantes, tandis que les mammifères n'en ont que 13, réparties dans divers tissus, tels que le tissu épithélial et endothélial du rein, du poumon, des glandes exocrines et des organes liés à la digestion.

Cependant, les aquaporines peuvent également être exprimées dans des tissus qui n'ont pas de relation évidente et directe avec le transport des fluides dans le corps, comme dans les astrocytes du système nerveux central et dans certaines régions de l'œil, comme la cornée et l'épithélium ciliaire.

Il y a des aquaporines même dans la membrane des champignons, des bactéries (comme E. coli) et dans les membranes des organites, comme les chloroplastes et les mitochondries.

Pathologies médicales associées aux aquaporines

Chez les patients qui présentent un défaut de la séquence de l'aquaporine 2 présente dans les cellules rénales, ils doivent boire plus de 20 litres d'eau pour rester hydratés. Dans ces cas médicaux, il n'y a pas de concentration urinaire adéquate.

Le cas inverse aboutit également à un cas clinique intéressant: la production d'aquaporine 2 en excès conduit à la rétention d'un excès de liquide chez le patient.

Pendant la grossesse, il y a une augmentation de la synthèse des aquaporines. Ce fait explique la rétention d'eau courante chez les femmes enceintes. De même, l'absence d'aquaporine 2 a été liée au développement d'un certain type de diabète.

Références

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