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Aquaporin-driven hydrogen peroxide transport: a case of molecular mimicry?
RSC Chemical Biology ( IF 4.2 ) Pub Date : 2020-11-25 , DOI: 10.1039/d0cb00160k Darren Wragg 1 , Stefano Leoni 2 , Angela Casini 1
RSC Chemical Biology ( IF 4.2 ) Pub Date : 2020-11-25 , DOI: 10.1039/d0cb00160k Darren Wragg 1 , Stefano Leoni 2 , Angela Casini 1
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Aquaporins (AQPs) are membrane proteins that have evolved to control cellular water uptake and efflux, and as such are amongst the most ancient biological “devices” in cellular organisms. Recently, using metadynamics, we have shown that water nanoconfinement within aquaporin channels results into bidirectional water movement along single file chains, extending previous investigations. Here, the elusive mechanisms of H2O2 facilitated transport by the human ‘peroxiporin’ AQP3 has been unravelled via a combination of atomistic simulations, showing that while hydrogen peroxide is able to mimic water during AQP3 permeation, this comes at a certain energy expense due to the required conformational changes within the channel. Furthermore, the intrinsic water dynamics allows for host H2O2 molecule solvation and transport in both directions, highlighting the fundamental role of water nanoconfinement for successful transduction and molecular selection. Overall, the bidirectional nature of the water flux under equilibrium conditions along with the mimicking behavior of hydrogen peroxide during a conductance event introduce a new chemical paradigm never reported so far in any theoretical paper involving any aquaporin isoform.
中文翻译：
水通道蛋白驱动的过氧化氢运输：分子拟态案例？
水通道蛋白 (AQP) 是一种膜蛋白，已进化为控制细胞水的吸收和流出，因此是细胞有机体中最古老的生物“装置”之一。最近，利用元动力学，我们发现水通道蛋白通道内的水纳米限制导致水沿着单列链双向运动，扩展了之前的研究。在这里，H 2 O 2促进人类“过氧孔蛋白”AQP3 运输的难以捉摸的机制已经通过原子模拟的组合被阐明，表明虽然过氧化氢能够在 AQP3 渗透过程中模拟水，但这需要一定的能量消耗由于通道内所需的构象变化。此外，内在的水动力学允许主体H 2 O 2分子溶剂化和双向传输，突出了水纳米限制对于成功转导和分子选择的基本作用。总体而言，平衡条件下水通量的双向性质以及电导事件期间过氧化氢的模拟行为引入了一种新的化学范式，迄今为止在任何涉及水通道蛋白亚型的理论论文中从未报道过。
更新日期：2020-11-25
中文翻译：
水通道蛋白驱动的过氧化氢运输：分子拟态案例？
水通道蛋白 (AQP) 是一种膜蛋白，已进化为控制细胞水的吸收和流出，因此是细胞有机体中最古老的生物“装置”之一。最近，利用元动力学，我们发现水通道蛋白通道内的水纳米限制导致水沿着单列链双向运动，扩展了之前的研究。在这里，H 2 O 2促进人类“过氧孔蛋白”AQP3 运输的难以捉摸的机制已经通过原子模拟的组合被阐明，表明虽然过氧化氢能够在 AQP3 渗透过程中模拟水，但这需要一定的能量消耗由于通道内所需的构象变化。此外，内在的水动力学允许主体H 2 O 2分子溶剂化和双向传输，突出了水纳米限制对于成功转导和分子选择的基本作用。总体而言，平衡条件下水通量的双向性质以及电导事件期间过氧化氢的模拟行为引入了一种新的化学范式，迄今为止在任何涉及水通道蛋白亚型的理论论文中从未报道过。
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