Акваглицеропорин Aqp10, белковый канал для воды и глицерина, избирательно пропускает мочевину и борную кислоту благодаря своим уникальным структурным особенностям — сообщают исследователи из Японии. Сравнивая и моделируя молекулярные структуры пор у рыб, команда обнаружила, что объёмные аминокислотные остатки уменьшают размер поры Aqp10, блокируя транспорт определённых молекул. Это не только объясняет механизм избирательной проницаемости, но и создаёт основу для прогнозирования функций неизученных акваглицеропоринов.
Транспорт молекул в живых клетках
Каждая живая клетка зависит от транспорта молекул для поддержания жизни. Этот транспорт происходит через поры или белковые каналы, присутствующие в клеточной мембране. Примером таких белковых каналов является аквапорин (Aqp), который регулирует поток воды и других молекул через мембраны.
Акваглицеропорины — это подтип Aqp, который транспортирует воду вместе с нейтральными небольшими молекулами, такими как глицерин, мочевина и борная кислота. Однако, хотя некоторые акваглицеропорины также пропускают мочевину и борную кислоту, другие пропускают только глицерин и воду, и лежащий в основе этого механизм оставался неясным до недавнего времени.
Исследование аквапорина Aqp10.2
Чтобы восполнить этот пробел, исследовательская группа из Института науки Токио (Science Tokyo), Япония, под руководством доцента Акиры Като, аспиранта Кадзутаки Ушио и доцента Аюми Нагасимы из Школы наук о жизни и технологиях, Science Tokyo, провела исследование для анализа молекулярных структур и функций различных версий акваглицеропоринов, особенно Aqp10.
Исследование проводилось в сотрудничестве с доцентом Тадаоми Фурута из Science Tokyo и доцентом Хиденори Нисихарой из Университета Киндай, Япония. Результаты опубликованы в American Journal of Physiology — Regulatory, Integrative and Comparative Physiology.
«Мы сосредоточились на двух версиях акваглицеропорина Aqp10, присутствующих у лучепёрых рыб: Aqp10.1 и Aqp10.2. Aqp10.1 проницаем для мочевины и борной кислоты, в то время как Aqp10.2 — нет», — объясняет Като.
Используя сравнительную эволюционную физиологию и компьютерное моделирование, исследователи определили структурные различия между вариантами, которые были ответственны за это избирательное поведение. В Aqp10.2 они обнаружили объёмные ароматические аминокислоты, расположенные в ключевых участках фильтра поры канала, что уменьшало его диаметр и блокировало прохождение мочевины и борной кислоты, не затрагивая воду и глицерин. Этого не наблюдалось в Aqp10.1.
«Мы обнаружили, что две ароматические аминокислоты в положениях 1 и 3 в четырёх участках фильтра селективности ароматических/аргинина были ответственны за снижение проницаемости для мочевины и борной кислоты», — сообщает Нагасима.
Чтобы подтвердить это предположение, учёные ввели мутации, которые заменили объёмные аминокислотные остатки в поринах на более мелкие. Интересно, что это восстановило проницаемость для мочевины и борной кислоты. Замена всего одной аминокислоты значительно увеличила способность канала транспортировать мочевину и борную кислоту, не изменяя движение глицерина и воды.
Дальнейший анализ также выявил чёткое правило селективности: сумма молекулярных масс двух критических остатков в положениях 1 и 3 фильтра селективности ароматических/аргинина обратно коррелировала с размером поры и проницаемостью. Другими словами, чем тяжелее аминокислоты в этих положениях, тем менее проницаем канал.
«Эта простая метрика может позволить учёным предсказывать функцию акваглицеропоринов непосредственно из последовательностей генома», — утверждает Като.
В целом, открытие помогает решить давний вопрос в мембранной биологии: как акваглицеропорины различают молекулы схожих размеров. Исследование также предоставляет практическую основу для исследователей, чтобы интерпретировать функции акваглицеропоринов, особенно тех, чья активность неизвестна, которые всё чаще выявляются в геномных базах данных.
«Аминокислотные мутации, которые происходят в ходе эволюции, представляют большой интерес, поскольку они влияют на структуру и функцию», — говорит Фурута.
По мере того как секвенирование генома продолжает открывать новые семейства белков, способность предсказывать транспортные свойства на основе последовательностей аминокислот может помочь ускорить открытия в науках о жизни, прокладывая путь для достижений в области биотехнологии, медицины и сельского хозяйства.
Предоставлено Институтом науки Токио.
Другие новости по теме
- Обнаружен новый класс лекарств и ферментов с антивозрастными свойствами
- Растение сильфий превосходит кукурузу как устойчивая биоэнергетическая культура
- Первый в мире туалет на грибковой энергии может заменить вонючие портативные туалеты
- Древние следы появились из песков там, где человек не должен был ходить: учёные обнаружили 200-метровые туннели под землёй, прорытые гигантскими ленивцами
- Предки страусов и эму были лётчиками на дальние расстояния. Вот как мы это выяснили.
- Побочный продукт производства топлива из сельскохозяйственных отходов повышает уровень органического углерода в почве на ферме в Айове
- Новый гибрид брокколи может расти в более холодном климате
- Призывая на помощь ветеринарных фармакологов — помощь ветеринарам в лечении белух, коз и других животных
- Археологи поражены обнаружением синего пигмента в немецкой пещере. Япония только что создала плазменный двигатель рекордной мощности для уничтожения космического мусора. Последнее открытие NASA на Марсе взбудоражило учёных — но Илону Маску может не понравиться то, что будет дальше.
- Многие животные могут менять и сбрасывать зубы — учёные проследили эту способность на 380 миллионов лет назад
Другие новости на сайте
- Объём фьючерсов на альткоины за 24 часа превысил объёмы BTC и ETH: тревожный сигнал или сдвиг рынка?
- Объём фьючерсов на альткоины за 24 часа превысил объёмы на BTC и ETH: тревожный сигнал или сдвиг рынка?
- Неправильное управление пластиковыми частицами — ключевая причина загрязнения окружающей среды
- Исследование показывает, что дикие псовые предпочитают структурированные маршруты передвижения, в отличие от их собратьев из семейства кошачьих
- Производство стали может измениться: исследование фиксирует формирование железа в реальном времени на наноуровне
- Распространённый компонент обезболивающих препаратов может применяться для лечения рака крови
- Налоговые льготы для владельцев электромобилей официально прекращаются — вот сколько сэкономили покупатели
- Коды коррекции квантовых ошибок позволяют эффективно масштабировать системы до сотен тысяч кубитов.
- Amazon предлагает чемоданы, рюкзаки и аксессуары Samsonite по невероятно низким ценам перед днём распродаж Prime Day.
- Исследование выявило, что работники с низкой заработной платой наиболее уязвимы к глобализации