My, Slováci, ako typický morský národ dobre vieme, prečo sa nemôže piť morská voda. Je to preto, lebo z nej budeme ešte viac smädní. Ten smäd, to je výkrik miliárd našich buniek, z ktorých táto slaná voda vyžmýka ešte viac životodarných molekúl H2O. Fyzikálnym dôvodom je osmóza, o ktorej sme sa kedysi určite učili. Ide o to, že voda má tendenciu prechádzať polopriepustnou membránou z nižšej do vyššej koncentrácie roztoku, až kým sa nevyrovná tzv. osmotický tlak. V prípade bunky a vody rovnaký tlak znamená asi toľko, že (štatisticky) rovnaké množstvo molekúl vody prechádza membránou oboma smermi. Polopriepustná membrána je taká, že prepúšťa oboma smermi molekuly vody, ale iné molekuly (napr. soľ) nie.
A teraz dôsledky. Keď si logneme slanej vody, osmóza spôsobí, že aj tá voda čo bola v bunkách z nich putuje von (kde je vyššia koncentrácia roztoku) a telo sa teda de facto ešte viac dehydruje. Bunka a jej membrána sa často používa ako príklad osmózy, no na reguláciu vody v tele by sama osebe nestačila.
V skutočnosti je bunková membrána pre vodu pomerne nepriechodná. A to sú molekuly H2O skoro najmenšie vôbec (asi 0,2nm). Dôvodom je zloženie tejto membrány. Skladá sa z dvoch vrstiev fosfolipidov. To sú molekuly, ktorých jeden koniec vodu nenávidí (hydrofóbny- na obrázku nižšie žltou) a ten druhý ju zas miluje (hydrofilný-na obrázku červenou). Keď takúto chemikáliu vložíte do vody, čo myslíte, že sa stane? Sama od seba vznikne bunková membrána. Vážne, samo sa to. Hydrofóbne časti molekúl sa snažia pred vodou utiecť a hydrofilné sa jej chcú čo najviac vystaviť. Preto sa vytvorí dvojvrstva, pričom zvonka, smerom k okolitej vode sú hydrofilné časti a dovnútra sa k sebe pritúllia hydrofóbne časti molekúl. Potom nastúpi matematika a celé sa to v priestore usporiada do tvaru gule, lebo práve ona uzatvára najväčší objem v najmenšej ploche membrány. No a základ bunkovej schránky je na svete. Ako živý dôkaz osmózy samotná bunková membrána nie je najvhodnejšia, lebo prepúšťa vodu iba obmedzene. Navyše je osmóza pre niektoré fyziologické procesy beznádejne pomalá, neregulovateľná a bunková membrána nie je ani dokonale polopriepustná, prepustí okrem vody aj čiernych pasažierov v podobe iných molekúl (hlavne nepolárnych, ako napr. O2).
Kadiaľ teda voda z a do bunky prúdi?Sú predsa na vodu extrémne náročné orgány, ako obličky, či črevá, kde je vyvážené hospodárenie s vodou úplnou nevyhnutnosťou a kde je treba prenášať omnoho viac vody medzi bunkou a okolím, než by dovolila osmóza.
Je zarážajúce, že čosi tak fyziologicky dôležité vedci po desaťročiach beznádejných pokusov objavili až v 90. rokoch 20. storočia, keď im neznáma bielkovina kontaminovala pokusy týkajúce sa Rh faktoru krvi. Ako hovorí Peter Agre, ktorý za Akvaporíny dostal v roku 2003 Nobelovu cenu – pomohol dobre známy vedecký prístup zvaný „číra šťastná náhoda“.
Akvaporíny sú bielkovinové kanáliky, ktoré sú zabudované do vonkajšej fosfolipidovej bunkovej membrány a umožňujú voľný prechod vody medzi cytoplazmou a prostredím. Sú zostavené tak, že dovolia IBA prechod vody a ničoho iného. Sú také presné, že ani vode veľmi podobná molekula H3O+ (hydronium), či samotný protón H+ neprejde. Hnacou silou je fyzikálne taktiež osmóza, no na rozdiel od membrány, cez aquaporíny je prechod vody podstatne rýchlejší a efektívnejší. V každej bunke tela máme ohromné množstvo kanálov, v priemernej červenej krvinke ich je napríklad asi 200.000. To z nich robí jedných z najpočetnejších obyvateľov povrchových membrán živých buniek.
Osmóza cez fosfolipidovú dvojvrstvu nastolí rovnováhu asi za pol sekundy, čo je dosť rýchlo. Akvaporíny to však dokážu asi za 20 milisekúnd, čo je 25x rýchlejšie, pričom dovolia za tento čas pretiecť asi 3 miliardám molekúl vody (a ničoho iného) cez každý jeden kanálik. Každý akvaporín je zložený zo štyroch podjednotiek (hovoríme mu tetramér), pričom každá z nich má v strede jeden kanálik pre prechod vody – vidieť ich aj na obrázku. Kanálik je „široký“ menej ako milióntinu milimetra (3 Angströmy), molekuly vody sa držia pri pretekaní "za ruky" vodíkovými chemickými väzbami a kladne nabité aminokyseliny po stranách kanálu rafinovane odháňajú dotieravé protóny, ktoré by sa na tomto tobogáne tiež chceli zviezť.
Ako už bolo naznačené, akvaporíny majú významný vplyv na náš každodenný život. Obličky, ktoré prefiltrujú asi 180 litrov krvi denne, zrecyklujú späť do tela až 99% vody v nej obsiahnutej, skoncentrujú moč s odpadom a nedovolia nášmu telu rýchlu dehydratáciu. Oblička je továreň, ale v nej dokážeme pozorovať drobučkých robotníkov – Aquaporíny, ktoré robia tú mikroskopickú prácu. Ak sú robotníci leniví, alebo majú absenciu, schopnosť absorbcie vody je znížená, čo môže byť závažné hlavne pri jej dlhšom nedostatku. Dostatok akvaporínov je nevyhnutný aj pre správnu funkciu sekréčnych žliaz –slzných, slinných, žlčových a podobne.
Nielen to, Akvaporíny vysvetlia aj iné pozoruhodné javy. Keďže sa nachádzajú v nejakých formách prakticky vo všetkých jedno- aj mnoho-bunkových organizmoch, sú aj v kvasinkách. Tieto jednobunkové huby, ktoré sme zapriahli do výroby chleba, vína aj piva majú skvelú vlastnosť. Keď ich zamrazíme a kvasnice o mesiac hodíme do múky s trochou soli a cukru, znova v teple a vode ožijú a chlebík nám vykvasí. Mrazuvzdornosť im zabezpečujú práve akvaporíny.
Časť nobelovskej prednášky prof. Agreho sa týka močenia študentov (nielen ich) po vypití pár litrov piva na party. Obličky by rady vodu z piva znova absorbovali, ale nemôžu. Alkohol totiž blokuje hormón vazopresín, ktorý riadi aktivitu akvaporínov v bunkách, voda sa nevyužitá kumuluje v mechúri a preto pivné sedenia neustále niekto prerušuje odchodom na WC. Po rušnej noci nasleduje temné ráno. Telo je dehydrované, alkohol sa vytráca, takže vazopresín už môže pracovať normálne, čo spôsobí že sa voda akvaporínmi absorbuje v obličkách na maximum a moč je extrémne koncentrovaný. Kým si teda my užívame zlatistého moku, naše telo sa rozhodne nepoflakuje.
Ďalšie čítanie:
| Parkinson, Alzheimer a bunkové gardedámy | Bielkoviny sú nesmierne dôležité a preto je ich vznik aj zánik dôsledne ochraňovaný bunkovými gardedámami. |
| Kráčajúce molekuly | Kráčanie na dvoch nohách nie je ľudskou výsadou, dokážu to aj mikroskopické molekuly v našich bunkách. |
| M. Mojžiš – Jeden výdych koňa | Výborná kniha M.Mojžiša, kde nájdete aj 5 článkov o vode, medzi nimi jeden o osmóze „Všade toľko vody, a predsa taký smäd“ |
| Kvantová mechanika dýchania | O tom, ako prebieha skutočné dychanie v hĺbke našich buniek |
| Uväznená mitochondria a zrod komplexného života | O tom, ako sa voľne žijúce baktérie (archea) ocitli na hosťovaní v našich bunkách a zmenili sa na životne dôležité mitochondrie. |
| Nick Lane - Vývoj života | Ak by ste mali záujem vidieť život z úplne z inej perspektívy (číta sa ale o chlp ťažšie ako Steelová) |
