Ionofori


Ionoforii, în general, pot fi priviți ca molecule cu coloane vertebrale de structuri diverse care conțin atomi de oxigen distanțați strategic. Coloana vertebrală este capabilă să-și asume conformații critice care concentrează acești oxigeni în jurul unui inel sau cavitate în spațiu în care un cation complexabil se poate încadra mai mult sau mai puțin. Liganzii oxigenului constau din diferite grupări funcționale, precum eter, alcool, carboxil și amidă. Ligandul oxigenilor neutri la cationi prin interacțiunea ion-dipol analogă solvării ionilor în solvenții cu dielectric înalt.
Mai mult Sistemele de oxigen ligand (umplute cu negru) ale ionoforilor reprezentativi sunt prezentate în figura 1. Astfel, într-un anumit sens, ionoforul acționează ca un solvator pentru cationii care deplasează, mai mult sau mai puțin complet, coaja de solvare a solventului în vrac. Grupurile polare ale complexelor ionofurele se orientează spre interior, exteriorul învelindu-se cu diferite grupări de hidrocarburi. Solubilitatea lipidică a complexului rezultat poate fi parțial explicată prin ecranarea eficientă a interiorului său polar, care delocalizează sarcina cationică și parțial prin compatibilitatea exteriorului complex cu solvenții cu dielectric scăzut.




Date biologice şi biochimice
 



SUS

  Ionoforii pot fi de două tipuri – ionofori cărăuş (preiau un ion şi îl transportă pe cealaltă parte a membranei) şi ionofori canal.
  • Ionofori mobili - leagă ionul și împreună trec prin membrană. Exemplu de ionofor mobil poate servi valinomicina, care are afinitate pentru K+ de 1000 ori mai mare decât pentru Na+.
    Valinomicina este un ionofor cărăuş ce transportă potasiu în funcţie de concentraţia acestuia. Îl preia de pe o faţă a membranei, se dizolvă în membrană şi îl eliberează pe cealaltă parte.
  • Ionofori canale - formează canale. De exemplu, gramicidina A - un peptid din 15 AA care în membranele biologice capătă conformația de beta-helix dimerizânduse cu formarea unui canal cu diametrul de 0,5 nm. Acest canal permite trecerea apei și a cationilor monovalenți dar nu a anionilor.
    Gramicidina este un ionor de tip canal pentru sodiu. Este folosit ca antibiotic pentru distrugerea unor bacterii, alterându-le echilibrul ionic.
  
[Turner, 2015Turner AJ (2015). "Chapter 25: ACE2 Cell Biology, Regulation, and Physiological Functions". In Unger T, Ulrike M, Steckelings UM, dos Santos RA (eds.). The Protective Arm of the Renin Angiotensin System (RAS): Functional Aspects and Therapeutic Implications. Academic Press. pp. 185–189. doi:10.1016/B978-0-12-801364-9.00025-0. ISBN 978-0-12-801364-9. S2CID 88645177]
  ACE2 poate, de asemenea, să scindeze numeroase peptide, inclusiv [des-Arg9] -bradkininină, apelină, neurotensină, dinorfină A și grelină. [15] ACE2 reglează, de asemenea, traficul de membrană al transportorului de aminoacizi neutru SLC6A19 și a fost implicat în boala Hartnup.
[Kuba, 2013Kuba K, Imai Y, Penninger JM (2013). "Multiple functions of angiotensin-converting enzyme 2 and its relevance in cardiovascular diseases". Circulation Journal. 77 (2): 301–8. doi:10.1253/circj.cj-12-1544. PMID 23328447]
  Fluconazolul [(difluoro-2,4-fenil) -2-bis ((1 H-triazol-l, 2) -4-il-1) l, 3-propanol-2] este un agent antifungic azolic. Imidazolul, adică ketoconazolul, a fost modificat prin înlocuirea inelului imidazol cu un inel triazol, adăugarea unui al doilea inel triazol și substituirea unui fragment difluorofenil cu un fragment diclorofenil. Aceste modificări asigură o inhibare mai selectivă a sistemelor de enzime fungice, o stabilitate metabolică mai mare și o solubilitate crescută în apă. Hollier, 1995Hollier Lisa, Cox Sue. (1995). Fluconazole (Diflucan®). Infectious diseases in obstetrics and gynecology. 3. 222-5. 10.1155/S1064744995000676. Vezi Imaginile nr. 1, 2, 3
  Ionoforii sunt compuși chimici care se leagă reversibil și transportă ionii prin membrane biologice în absența unui por proteic. Acest lucru poate perturba potențialul membranei și, prin urmare, aceste substanțe ar putea prezenta proprietăți citotoxice. (Bakker, 1997Bakker E1, Bühlmann P, Pretsch E. (1997). "Carrier-Based Ion-Selective Electrodes and Bulk Optodes. 1. General Characteristics". Chem. Rev. 97 (8): 3083–3132. doi:10.1021/cr940394a. PMID 11851486) Ionoforii modifică permeabilitatea membranelor biologice către anumiți ioni față de care prezintă afinitate și selectivitate. Mulți ionofori sunt solubili în lipide și transportă ioni prin membranele hidrofobe, cum ar fi straturile lipidice găsite în celulele vii sau veziculele sintetice (lipozomi) sau membranele polimerice lichide (electrozi ionici selectivi pe bază de purtător). (Bakker, 1997Bakker E1, Bühlmann P, Pretsch E. (1997). "Carrier-Based Ion-Selective Electrodes and Bulk Optodes. 1. General Characteristics". Chem. Rev. 97 (8): 3083–3132. doi:10.1021/cr940394a. PMID 11851486) Structural, un ionofor conține un centru hidrofil și o porțiune hidrofobă care interacționează cu membrana. Ionii sunt legați de centrul hidrofil și formează un complex ionofor-ion. Structura complexului ionofor-ion a fost verificată prin cristalografie cu raze X. [12] (Steinrauf, 1982Steinrauf, L. K.; Hamilton, J. A.; Sabesan, M. N. (1982). "Crystal structure of valinomycin-sodium picrate. Anion effects on valinomycin-cation complexes". Journal of the American Chemical Society. 104 (15): 4085–4091. doi:10.1021/ja00379a008)
Text Text Text Text Text
Text Text Text Text Text
AQP1 umana este un canal de apă (Benga și colab., 1986a ; Benga și colab., 1986b ; Preston și colab., 1992) și funcționează ca un canal neselectiv de cation monovalent atunci când este activat de cGMP intracelular, cu o conductanță mare a unui singur canal, de aproximativ 150 pS în condiții saline fiziologice standard (Anthony și colab., 2000) și stări de subconductanță aparent mai mici atunci când sunt reconstituite în bicapa lipidică (Saparov și colab., 2001). Conductanța ionică de tip sălbatic AQP1 poartă cationi monovalenți (K + ≈ Cs + > Na + > tetraetilamoniu + ), dar nu anioni, protoni sau cationi divalenți Ca 2+sau Mg 2+ , determinat din potențialele de inversare măsurate în experimentele de substituție ionică (Yool și colab., 1996). Porul central AQP1 este căptușit de resturi de barieră hidrofobe (valină 50, și leucine 54, 170 și 174; AQP1 uman) situate în a doua și a 5- a domenii transmembranare, M2 și M5 (Yu și colab., 2006). Înlocuirea tuturor celor patru reziduuri de barieră prin alanină a crescut permeabilitatea relativă a tetraetilamoniei (Campbell și colab., 2012), un cation monovalent mare care blochează porii de apă monomerici, dar care poartă un curent ionic prin porul canalului activat cu cGMP (Brooks și colab. ., 2000 ; Yool și colab., 2002). Înlocuirea cisteinei cu lis 51 în domeniul porilor centrali, un fond de AQP1 fără cisteină a creat un nou situs pentru inhibarea conductanței ionice cu mercur (Campbell și colab., 2012), indicând faptul că porul central este calea de conducere ionică. Conductanța cationică mediată de AQP1 a fost implicată în influențarea ratelor de transport net de fluide în culturile primare ale plexului coroidian (Boassa și colab., 2006). Principalul punct de incertitudine în domeniu este variabilitatea amplitudinilor de răspuns între diferite modele experimentale (Saparov și colab., 2001 ; Tsunoda et al., 2004). În lumina constatărilor recente, se pare că diferențele dintre preparate rezultă din diferențele dintre căile de reglementare intracelulare care guvernează disponibilitatea canalelor ionice AQP1. Fosforilarea tirozinei Y253 în domeniul terminal carboxilic, confirmat de western blot, ar putea fi unul dintre comutatoarele principale care reglementează receptivitatea canalelor ionice AQP1 la cGMP (Campbell și colab., 2012). Activitatea treoninei și serinei kinazei reglează, de asemenea, activitatea canalului ionic AQP1 (Zhang și colab., 2007). [Yool, 2012]


Imagini si Videoclipuri


Text1  01  
Aranjarea lanțului polipeptidic al aquaporinelor Aranjarea lanțului polipeptidic al aquaporinelor în bistratul lipidic Cele 6 domenii transmembranare (TM1-TM6) formează canalul de trecere a apei/glicerinei, iar cele două bucle, citosolică (B1), respectiv extracelulară (B2), asigură selectivitatea primară a complexului, străjuind vestibulele intern, respectiv extern ale căii de trecere. © Mircea Leabu, 2014
  02  
Structura Rodopsina
Structura cristalina a AQP10 umana  03  
Structura cristalina a AQP10 umana
Activare RCPG  04  
Activare RCPG
Organizarea transmembranar a receptorilor cuplai cu proteine G heterotrimerice  05  
Org. transmembranara RCPG
Organizarea transmembranara a receptorilor cuplati cu proteine G heterotrimerice
Ectodomeniul proteinei poate organiza situri de interaciune cu o diversitate de molecule semnal. Aceste situri se pot afla la nivelul captului N-terminal al lanului polipeptidic, la nivelul buclelor extracelulare, dar i în spaiul creat, pe faa extern a membranei, de domeniile transmembranare TM3, TM5, TM6 i TM7, cu asistarea, la exterior, prin bucla dintre TM4 i TM5. La nivelul endodomeniului, receptorul organizeaz interfaa de interaciune cu proteinele G heterotrimerice.
Text6  06  
Text6
Transductia semnalului in receptorii cuplati cu proteina G.jpg  07  
Transductia semnalului in RCPG
Transductia semnalului in receptorii cuplati cu proteina G
Compararea a patru structuri GPCR  08  
Compararea a patru structuri GPCR
Text9  09  
Text9
Text10  10  
Text10
×


Date medicale
 


  Un mecanism care induce auto-uciderea celulelor canceroase a fost descris de către o echipă de cercetători de la Departamentul de Inginerie Biochimică al Institutului de Știință și Tehnologie din Coreea. Specialiștii au dezvoltat ionofori de potasiu polipeptid elicoidali care duc la debutul programat al morții celulare, prin creșterea concentrației de oxigen activ. În prezentul studiu, efectele anticanceroase au fost evaluate în laborator, pe șoareci purtători de tumori. Efectul terapeutic a fost confirmat, constatându-se că dezvoltarea tumorii a fost inhibată puternic de apoptoza mediată de stresul endoplasmatic.
  Ionoforii peptici cresc concentrația de calciu intracelular și, în același timp, reduc concentrația intracelulară de potasiu. Concentrațiile crescute de calciu intracelular produc specii de oxigen intracelular, astfel că provoacă stresul reticulului endoplasmatic, ceea ce duce, într-un final, la moartea celulară. Folosiți intens ca tulburător al homeostazei ionice, chiar și în cercetări anterioare, ionoforii nu au putut fi aplicați cu scopul uciderii celulelor canceroase, deoarece mecanismele morții celulare nu au fost suficient de clare. În studiul actual, ionoforii de potaziu polipeptidi elicoidali au fost prezentați ca agenți anticancer. Transportul ionic, cât și proprietățile hodrofile sunt asigurate prin combinarea la sfârșitul lanțului lateral peptidic a grupărilor ionice hidrofile, cationice și potasice.


  Gradientul electrochimic dintre condițiile intracelulare și cele extracelulare are un rol esențial în creșterea și în metabolismul celulelor, perturbarea homeostaziei ionului unei celule conducând la inhibarea funcțiilor critice care accelerează moartea celulară programată. Conform autorului principal al cercetării, Dr. Dae-Yong Lee, un ionofor pe bază de peptide are o eficacitate mai mare decât agenții chimioterapeutici convenționali în distrugerea celulelor canceroase, motivul fiind creșterea nivelurilor de oxigen reactiv, ce duce la inducerea apoptozei. [Lee, 2019Lee D. Y., Lee S.‐H., Noh I., Oh E., Ryu H., Ha J. H., Jeong S. D., Yoo J., Jeon T.‐J., Yun C.‐O., Kim Y.‐C. (2019). A Helical Polypeptide‐Based Potassium Ionophore Induces Endoplasmic Reticulum Stress‐Mediated Apoptosis by Perturbing Ion Homeostasis. Adv. Sci., 6, 1801995. https://doi.org/10.1002/advs.201801995.]

SUS


 Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text
 Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text Text

Bibliografie
  1. Binder D. K., Nagelhus E. A., Ottersen O. P. (2012). Aquaporin-4 and epilepsy. Glia, 60(8), 1203–1214. https://doi.org/10.1002/glia.22317.
  2. Szu, J. I., Patel, D. D., Chaturvedi, S., Lovelace, J. W., & Binder, D. K. (2020). Modulation of posttraumatic epileptogenesis in aquaporin-4 knockout mice. Epilepsia, 61(7), 1503–1514. https://doi.org/10.1111/epi.16551

SUS




Bibliografie
 

  1. Agre P et al. Aquaporins and ion conductance. Science. 1997 Mar 7;275(5305):1490

  2. Agre P. Aquaporins water channels. Nobel lecture, Stockholm. 2003 Dec 8

  3. Benga G et al. p-(Chloromercuri)benzenesulfonate binding by membrane proteins and the inhibition of water transport in human erythrocytes. Biochemistry. 1986 Apr 8;25(7):1535-8

  4. Benga G. Water channel proteins: from their discovery in Cluj-Napoca, Romania in 1985, to the 2003 Nobel Prize in chemistry and their implications in molecular medicine. Keio J Med. 2006 Jun;55(2):64-9

  5. Benga G. (2013). Aquaporinology (the study of water channel proteins - aquaporins and relatives) as a new domain of natural sciences. Muzeul Olteniei Craiova. Oltenia. Studii și comunicări. Științele Naturii. Tom. 29, No. 1/2013.

  6. Bennett JL et al. Intrathecal pathogenic anti-aquaporin-4 antibodies in early neuromyelitis optica. Ann Neurol. 2009 Nov;66(5):617-29

  7. Chen J et al. Aquaporin 3 promotes epithelial-mesenchymal transition in gastric cancer. J Exp Clin Cancer Res. 2014 May 3;33:38

  8. Cheng A et al. Three-dimensional organization of a human water channel. Nature. 1997 Jun 5;387(6633):627-30

  9. Deen PM et al. Requirement of human renal water channel aquaporin-2 for vasopressin-dependent concentration of urine. Science. 1994 Apr 1;264(5155):92-5

  10. Fujiyoshi Y et al. Structure and function of water channels. Curr Opin Struct Biol. 2002 Aug;12(4):509-15

  11. Hara-Chikuma M, Verkman AS. Roles of aquaporin-3 in the epidermis. J Invest Dermatol. 2008 Sep;128(9):2145-51

  12. Heymann JB, Engel A. Aquaporins: phylogeny, structure, and physiology of water channels. News Physiol Sci. 1999 Oct;14:187-193

  13. Li J, Verkman AS. Impaired hearing in mice lacking aquaporin-4 water channels. J Biol Chem. 2001 Aug 17;276(33):31233-7
  14. Loitto VM et al. Water flux in cell motility: expanding the mechanisms of membrane protrusion. Cell Motil Cytoskeleton. 2009 May;66(5):237-47

  15. Lu DC et al. Impaired olfaction in mice lacking aquaporin-4 water channels. FASEB J. 2008 Sep;22(9):3216-23

  16. Ma T et al. Defective secretion of saliva in transgenic mice lacking aquaporin-5 water channels. J Biol Chem. 1999 Jul 16;274(29):20071-4

  17. Ma T et al. Nephrogenic diabetes insipidus in mice lacking aquaporin-3 water channels. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000 Apr 11;97(8):4386-91

  18. Ma, T., Song, Y., Yang, B., Gillespie, A., Carlson, E. J., Epstein, C. J., & Verkman, A. S. (2000). Nephrogenic diabetes insipidus in mice lacking aquaporin-3 water channels. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 97(8), 4386–4391. https://doi.org/10.1073/pnas.080499597. PMID: 10737773; PMCID: PMC18251
  19. Mader S et al. Patterns of antibody binding to aquaporin-4 isoforms in neuromyelitis optica. PLoS One. 2010 May 5;5(5):e10455

  20. Maeda N et al. Role of aquaporin-7 and aquaporin-9 in glycerol metabolism; involvement in obesity. Handb Exp Pharmacol. 2009;(190):233-49

  21. Noda Y et al. Aquaporins in kidney pathophysiology. Nat Rev Nephrol. 2010 Mar;6(3):168-78

  22. Park JH, Saier MH Jr. Phylogenetic characterization of the MIP family of transmembrane channel proteins. J Membr Biol. 1996 Oct;153(3):171-80

  23. Song Y, Verkman AS. Aquaporin-5 dependent fluid secretion in airway submucosal glands. J Biol Chem. 2001 Nov 2;276(44):41288-92

  24. Verkman AS. Role of aquaporins in lung liquid physiology. Respir Physiol Neurobiol. 2007 Dec 15;159(3):324-30

  25. Verkman AS. Dissecting the roles of aquaporins in renal pathophysiology using transgenic mice. Semin Nephrol. 2008 May;28(3):217-26

  26. Verkman AS, Thiagarajah JR. Physiology of water transport in the gastrointestinal tract. In: Johnson L (editor) – Physiology of the Gastrointestinal Tract. Elsevier, New York, 2011

  27. Verkman AS. Aquaporins in clinical medicine. Annu Rev Med. 2012;63:303-16

  28. Walz T et al. The AQP structure and functional implications. Handb Exp Pharmacol. 2009;(190):31-56

  29. Warth Aet al. Redistribution of aquaporin-4 in human glioblastoma correlates with loss of agrin immunoreactivity from brain capillary basal laminae. Acta Neuropathol. 2004 Apr;107(4):311-8

  30. Yool, A. J., & Campbell, E. M. (2012). Structure, function and translational relevance of aquaporin dual water and ion channels. Molecular aspects of medicine, 33(5-6), 553–561. https://doi.org/10.1016/j.mam.2012.02.001

https://www.viata-medicala.ro/documentar/aquaporinele-si-aquaporinopatologia-9801


SUS