- perspectiva històrica
- estructura
- funcions
- Funcions en animals
- Funcions en plantes
- Funcions en microorganismes
- tipus
- Patologies mèdiques associades a les aquaporines
- referències
Les aquaporines, també coneguts com a canals d'aigua, són molècules de naturalesa proteica que travesses les membranes biològiques. S'encarreguen d'intervenir el flux ràpid i eficient d'aigua dins i fora de les cèl·lules, evitant que l'aigua interactuï amb les porcions hidrofòbiques típiques de les bicapa de fosfolípids.
Aquestes proteïnes s'assemblen a un barril i tenen una estructura molecular molt particular, composta principalment per hèlixs. Estan àmpliament distribuïda en diferents llinatges, incloent des de petits microorganismes fins als animals i plantes, on són abundants.
Font: By Maria Quezada Aranda, from Wikimedia Commons
perspectiva històrica
Amb un coneixement bàsic en fisiologia i en els mecanismes que els soluts es mouen a través de les membranes (actiu i passiu), podríem intuir que el transport d'aigua no suposa cap problema, entrant i sortint de la cèl·lula per difusió simple.
Aquesta idea es va manejar durant molts anys. No obstant això, alguns investigadors albiraven l'existència d'algun canal de transport d'aigua, ja que en certs tipus cel·lulars amb altes permeabilitats davant l'aigua (com les de ronyó, per exemple), la difusió no seria suficient un mecanisme suficient per explicar el transport d'aigua.
El metge i investigador Peter Agre va descobrir aquests canals proteics en l'any 1992, mentre treballava amb la membrana dels eritròcits. Gràcies a aquest descobriment, va guanyar (juntament amb els seus col·legues), el premi Nobel l'any 2003. Aquesta primera acuaporina va rebre el nom de "acuaporina 1".
estructura
La forma de la acuaporina recorda a un rellotge de sorra, amb dues meitats simètriques orientades de manera oposada. Aquesta estructura creua la doble membrana lipídica de la cèl·lula.
És menester esmentar que la forma de l'aquaporina és molt particular i no s'assembla a cap altre tipus de proteïnes que travessen la membrana.
Les seqüències d'aminoàcids són predominantment polars. Les proteïnes transmembranales es caracteritzen per posseir un segment ric en segments alfa helicoïdals. No obstant això, les aquaporines no tenen aquestes regions.
Gràcies a utilització de tecnologies actuals, s'ha aconseguit dilucidar amb detall l'estructura de la porina: són monòmers des de 24 fins 30 KDa que consisteixen en sis segmentes helicoides amb dos petits segments que envolten el citoplasma i es connecten mitjançant un petit porus.
Aquests monòmers s'acoblen en grup de quatre unitats, encara que cadascun pot funcionar de manera independent. A les hèlixs petites, hi ha alguns motius conservats, entre ells l'NPA.
En algunes aquaporines trobades en mamífers (AQP4) ocorren agregacions superiors que formen arranjaments cristal·lins supramolecuares.
Per poder transportar l'aigua, l'interior de la proteïna és polar i l'exterior és apolar, contrari a les proteïnes globulars comuns.
Font: By No machine-readable Autor provided. DanielMCR assumed (based on copyright claims)., Via Wikimedia Commons
funcions
La funció de les aquaporines és intervenir el transport d'aigua fins a l'interior de la cèl·lula en resposta d'un gradient osmòtic. No necessita cap tipus de força addicional o bombament: l'aigua entra i surt de cèl·lula per osmosi, intervinguts per la acuaporina. Algunes variants també transporten molècules de glicerol.
Per realitzar aquest transport i augmentar la permeabilitat davant l'aigua substancialment, la membrana cel·lular es troba plena de molècules d'aquaporines, en un ordre de densitat de 10.000 micròmetres quadrats.
Funcions en animals
El transport d'aigua és vital per als organismes. Prenguem l'exemple puntual dels ronyons: aquests han de filtrar diàriament quantitats immenses d'aigua. Si aquest procés no passa adequadament, les conseqüències serien fatals.
A més de la concentració de l'orina, les aquaporines estan involucrades en l'homeòstasi general dels fluids corporals, en la funció cerebral, secreció de les glàndules, hidratació de la pell, fertilitat en els mascles, visió, audició -només per esmentar alguns processos biològics.
En experiments realitzats en ratolins es va concloure que també participen en la migració cel·lular, paper que s'allunya molt de l'transport d'aigua.
Funcions en plantes
Les aquaporines són majorment diverses en el regne dels vegetals. En aquests organismes intervenen processos crucials com la transpiració, la reproducció, el metabolisme.
A més, juguen un paper important com a mecanisme adaptatiu en ambients les condicions ambientals no són òptimes.
Funcions en microorganismes
Tot i que les aquaporines són presents en els microorganismes, encara no s'ha trobat una funció concreta.
Principalment per dues raons: l'elevada relació superfície volum dels microbi suposa un equilibri osmòtic ràpid (fent innecessàries a les aquaporines) i estudis de delecions en microbis no han llançat un fenotip clar.
No obstant això, s'especula que les aquaporines puguin oferir certa protecció davant d'esdeveniments successius de congelació i descongelació, mantenint la permeabilitat de l'aigua a les membranes a temperatures baixes.
tipus
Es coneixen molècules d'aquaporines en diversos llinatges, tant en plantes i animals com en organismes menys complexos, i aquestes s'assemblen molt entre si - suposem llavors que van aparèixer d'hora en l'evolució.
En plantes s'han trobat unes 50 molècules diferents, mentre que els mamífers posseeixen només 13, distribuïts per diversos teixits, com el teixit epitelial i endotelial de ronyó, pulmó, glàndules exocrines i òrgans relacionats amb la digestió.
No obstant això, les aquaporines també poden expressar-se en teixits que no posseeixen una relació òbvia i directa amb el transport de fluids en el cos, com en els astròcits de el sistema nerviós central i en certes regions de l'ull, com la còrnia i l'epiteli ciliar.
Hi aquaporines fins a la membrana de fongs, de bacteris (com E. coli) i en les membranes de organelos, com cloroplasts i mitocondris.
Patologies mèdiques associades a les aquaporines
En pacients que tenen algun defecte en la seqüència de la acuaporina 2 present a les cèl·lules de ronyó, han de prendre més de 20 litres d'aigua per aconseguir mantenir-se hidratats. En aquests casos mèdics, no hi ha una concentració adequada de l'orina.
El cas contrari també resulta en un cas clínic interessant: la producció d'aquaporina 2 en excés porta a la retenció de líquid excessiva en el pacient.
En els períodes d'embaràs, té lloc un increment en la síntesi de les aquaporines. Aquest fet explica la retenció de líquid comú en les futures mares. De la mateixa manera, l'absència de la acuaporina 2 s'ha relacionat amb l'aparició de cert tipus de diabetis.
referències
- Brown, D. (2017). The discovery of water channels (Aquaporins). Annals of Nutrition and Metabolism, 70 (Suppl. 1), 37-42.
- Campbell A, N., & Reece, JB (2005). Biologia. Editorial Mèdica Panamericana.
- Lodish et, H. (2005). Biologia cel·lular i molecular. Editorial Mèdica Panamericana.
- Park, W., Scheffler, BE, Bauer, PJ, & Campbell, BT (2010). Identification of the family of Aquaporin gens and their expression in UPLAND cotton (Gossypium hirsutum L.). BMC plant biology, 10 (1), 142.
- Pelagalli, A., Squillacioti, C., Mirabella, N., & Meli, R. (2016). Aquaporins in health and disease: An overview focusing on the gut of different species. International journal of molecular sciences, 17 (8), 1213.
- Sadava, D., & Purves, WH (2009). Vida: La ciència de la biologia. Editorial Mèdica Panamericana.
- Verkman, AS (2012). Aquaporins in clinical medicine. Annual review of medicine, 63, 303-316.
- Verkman, AS, & Mitra, AK (2000). Structure and function of Aquaporin water channels. American Journal of Physiology-Renal Physiology, 278 (1), F13-F28.
- Verkman, AS (2013). Aquaporins. Current biology, 23 (2), R52-5.