آکواپورین ها یا کانال های آبی سلول به پروتئین های سراسری ای گفته می شود که در غشای سلول های زیستی منفذ تشکیل داده اند. این منافذ در غشای سلولی انواع باکتری ها ، قارچ ها و سلول های گیاهی و جانوری وجود دارد.

آکواپورین ها در علم زیست شناسی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند زیرا با وجود اینکه مولکول های آب می توانند از طریق فرایند اسمز و انتشار ساده هم جریان پیدا کنند اما به دلیل سرعت پایین این روش ها معمولا حرکت آب از طریق آکواپورین ها انجام می شود و این کانال ها مسیر اصلی عبور آب محسوب می شوند.

البته آکواپورین ها انواع مختلفی دارند به طوری که تا به حال بیش از 300 نوع آکواپورین کشف شده که از جمله ی آن ها می توان به ” آکواگلیسروپورین ” اشاره کرد که می تواند علاوه بر آب ، مولکول های دیگری مثل آمونیاک ، کربن دی اکسید و اوره را هم عبور دهد.

تاریخچه ی کشف آکواپورین

مکانیسم حمل و نقل و احتمال وجود منبر آب در دیواره ی سلول ها از سال 1957 توجه محققان را به خود جلب کرده بود. برای سال های زیادی دانشمندان تصور می کردند که آب از طریق غشای سلول ها نشت و وارد می شود با این حال نمی توانستند سرعت زیاد حرکت آب از طریق برخی سلول ها را توضیح دهند پس گمان کردند باید مکانیسم های اضافی برای انتقال آب در سراسر غشای سلولی وجود داشته باشند.

در اواسط دهه ی 1960 یک فرضیه توسط گروهی از دانشمندان مطرح شد که طبق آن مولکول های آب برای عبور از غشای سلولی به دو فاز آبی و چربی تقسیم می شدند و جداگانه از غشا عبور می کردند اما این فرضیه در سال 1990 رد شد و محققان توانستند اهمیت و عملکرد کانال های آبی پروتئینی را نشان دهند و در نهایت در سال 1992 اولین آکواپورین کشف و ” آکواپورینن نوع 1 ” نامیده شد و دانشمندان توانستند با مطالعه ی بیش تر و استفاده از ابر کامپیوتر ها مسیر آب در حال حرکت از این کانال ها را شناسایی کنند و شبیه سازی های سه بعدی انجام دهند.

ساختار آکواپورین ها

به طور کلی هر مونومر آکواپورین از یک زنجیره ی پلی پپتیدی تشکیل شده که هر کدام از این زنجیره ها شامل 6 مارپیچ آلفا است که با 5 حلقه به هم متصل شده اند. این زنجیره ها در شبکه ی آندوپلاسمی ساخته و همان جا شکل سه بعدی و مارپیچ پیدا می کنند و کانال های آب دوست بین مارپیچ ها تشکیل می شود. در نهایت با قرار گرفتن 4 آکواپورین در کنار هم ساختار تترامری تشکیل شده و یک منفذ مرکزی در فضای بین مونومر ها شکل میگیرد.

توزیع آکواپورین در گونه های مختلف

در پستانداران حدود 38 نوع آکواپورین شناخته شده که 6 مورد آن ها در کلیه ها قرار دارند. البته از این 38 نوع فقط 4 نوع (آکواپورین نوع 1 تا 4 ) به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته و بقیه تقریبا ناشناخته هستند. آکواپورین ها تقریبا در همه ی جای بدن پستانداران از جمله مغز ، چشم ، نای ، ریه ها ، قلب ، کبد ، پانکراس ، طحال ، دستگاه گوارش ، کلیه ها ، عضله ها و … یافت می شوند.

در گیاهان آکواپورین ها بیش تر در غشای واکوئلی قرار دارند. برای تایید وجود آکواپورین ها و نشان دادن متفاوت بودن مکانیسم حمل و نقل آب و یون در گیاه می توان به این موضوع اشاره کرد که وقتی ریشه ی گیاه در معرض جیوه کلرید قرار می گیرد که به عنوان مهارکننده ی عملکرد آکواپورین ها شناخته می شود جریان آب کاهش پیدا می کند در حالی که جریان یون ها کاهش پیدا نمی کند و بدون تغییر باقی می ماند.

آکواپورین ها همچنین در برخی باکتری ها ، قارچ ها و تک یاخته ای ها شناسایی شده اند.

اهمیت آکواپورین ها در سلامت بالینی

به طور کلی عملکرد صحیح آکواپورین ها نقش مهمی در سلامت بدن ایفا می کند به طور مثال آکواپورین نوع 1 نقش مهمی در رگ زایی ، رشد سلولی و کاهش پیشرفت تومور دارد و به عنوان اتصال دهنده ی سلولی در عدسی چشم دیده می شود که همین موضوع باعث شده در صورت جهش ایجاد آب مروارید کند همچنین افراد کمی در جهان دارای مشکلی هستند که در طی آن آکواپورین نوع 1 در بدنشان به تعداد کم وجود دارد و یا اصلا وجود ندارد. این افراد به طور کلی سالم هستند اما نمی توانند به خوبی آب بدن خود را مخصوصا هنگام قرار گرفتن در شرایط کم آبی حفظ کنند.

آکواپورین های نوع 3 و 7 و 9 علاوه بر عبور آب به عبور گلیسرول از غشای سلول های چربی کمک می کنند همچنین آکواپورین نوع 3 و 9 می توانند گلیسرول را به گلبول های قرمز نیز وارد کنند.

جهش آکواپورین نوع 3 باعث ایجاد نوعی دیابت به نام “دیابت بی مزه ی نفروژنتیک ” می شود که منشا کلیوی دارد و در طی این بیماری کلیه در مقابل جذب آرژنین وازوپرسین مقاومت می کند و یا واکنش خودایمنی علیه آکواپورین نوع 4 باعث ایجاد سندروم ” دویک ” می شود که نوعی اختلال سیستم عصبی مرکزی است و فرد بیمار ممکن است به صورت ناگهانی فلج شود یا بینایی اش را از دست بدهد.

همچنین داده ها نشان می دهد که اختلال در عملکرد آکواپورین ها روی سرطان ، سرعت بهبود زخم و بیماری های خود ایمنی تاثیرگذار است که همین موضوع اهمیت فعالیت صحیح آکواپورین ها برای ادامه ی بقا را نشان می دهد.