Aquaporinas: funções, estrutura e tipos

Os aquaporinas , também conhecidos como canais de água são moléculas proteicas que atravessam membranas biológicas. Eles são responsáveis ​​por mediar o fluxo rápido e eficiente da água dentro e fora das células, impedindo que a água interaja com as porções hidrofóbicas típicas das bicamadas fosfolipídicas.

Essas proteínas se assemelham a um barril e têm uma estrutura molecular muito particular, composta principalmente por hélices.Eles são amplamente distribuídos em diferentes linhagens, incluindo desde pequenos microorganismos até animais e plantas, onde são abundantes.

Aquaporinas: funções, estrutura e tipos 1

Fonte: Por María Quezada Aranda [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

Perspectiva histórica

Com um conhecimento básico em fisiologia e nos mecanismos que os solutos se movem através das membranas (ativas e passivas), poderíamos intuir que o transporte de água não é um problema, entrando e saindo da célula por simples difusão.

Essa idéia foi tratada por muitos anos. No entanto, alguns pesquisadores estavam cientes da existência de algum canal de transporte de água, já que em certos tipos de células com alta permeabilidade à água (como as do rim, por exemplo), a difusão não seria um mecanismo suficiente para explicar o transporte. de água.

O médico e pesquisador Peter Agre descobriu esses canais de proteína em 1992, enquanto trabalhava com a membrana eritrocitária. Graças a essa descoberta, ele ganhou (junto com seus colegas) o Prêmio Nobel em 2003. Essa primeira aquaporina foi chamada de “aquaporina 1”.

Estrutura

A forma da aquaporina se assemelha a uma ampulheta, com duas metades simétricas voltadas para o lado oposto. Essa estrutura atravessa a membrana lipídica dupla da célula.

É necessário mencionar que a forma de aquaporina é muito particular e não se assemelha a nenhum outro tipo de proteína que atravessa a membrana.

As sequências de aminoácidos são predominantemente polares. As proteínas transmembranares são caracterizadas por possuir um segmento rico em segmentos alfa-helicoidais. No entanto, as aquaporinas não possuem essas regiões.

Graças ao uso das tecnologias atuais, a estrutura da porina foi elucidada em detalhes: são monômeros de 24 a 30 KDa que consistem em seis segmentos helicoidais com dois pequenos segmentos que circundam o citoplasma e são conectados por um pequeno poro.

Esses monômeros são montados em um grupo de quatro unidades, embora cada um possa operar independentemente. Em pequenas hélices, existem alguns motivos preservados, incluindo a NPA.

Em algumas aquaporinas encontradas em mamíferos (AQP4) ocorrem agregações mais altas que formam matrizes de cristais de supramoléculas.

Para transportar água, o interior da proteína é polar e o exterior é apolar, ao contrário das proteínas globulares comuns.

Aquaporinas: funções, estrutura e tipos 2

Fonte: Por Nenhum autor legível por máquina fornecido. DanielMCR assumido (com base em reivindicações de direitos autorais). [Domínio público], via Wikimedia Commons

Funções

A função das aquaporinas é mediar o transporte de água para o interior da célula em resposta a um gradiente osmótico. Não precisa de força ou bombeamento adicional: a água entra e sai da célula por osmose, mediada pela aquaporina. Algumas variantes também carregam moléculas de glicerol.

Para realizar esse transporte e aumentar substancialmente a permeabilidade à água, a membrana celular é preenchida com moléculas de aquaporina, em uma ordem de densidade de 10.000 micrômetros quadrados.

Funções em animais

O transporte de água é vital para os organismos. Tomemos o exemplo oportuno dos rins: eles devem filtrar grandes quantidades de água diariamente. Se esse processo não acontecer adequadamente, as consequências seriam fatais.

Além da concentração de urina, as aquaporinas estão envolvidas na homeostase geral dos fluidos corporais, na função cerebral, na secreção das glândulas, na hidratação da pele, na fertilidade masculina, na visão, na audição – apenas para mencionar alguns processos Biológico

Em experimentos realizados em camundongos, concluiu-se que eles também participam da migração celular, um papel que se afasta do transporte de água.

Funções em plantas

As aquaporinas são principalmente diversas no reino vegetal. Nesses organismos, eles mediam processos cruciais como transpiração, reprodução, metabolismo .

Além disso, eles desempenham um papel importante como mecanismo adaptativo em ambientes cujas condições ambientais não são ideais.

Funções em microrganismos

Embora as aquaporinas estejam presentes nos microrganismos, uma função específica ainda não foi encontrada.

Principalmente por duas razões: a alta taxa de volume superficial dos micróbios implica um rápido equilíbrio osmótico (tornando desnecessárias as aquaporinas) e os estudos de deleções nos micróbios não produziram um fenótipo claro.

No entanto, especula-se que as aquaporinas possam oferecer alguma proteção contra eventos sucessivos de congelamento e descongelamento, mantendo a permeabilidade da água nas membranas a baixas temperaturas.

Tipos

As moléculas de aquaporina são conhecidas em várias linhagens, tanto em plantas como em animais e em organismos menos complexos, e elas se parecem muito – assumimos então que elas apareceram no início da evolução.

Nas plantas, foram encontradas cerca de 50 moléculas diferentes, enquanto os mamíferos têm apenas 13, distribuídos por vários tecidos, como tecido epitelial e endotelial do rim, pulmão, glândulas exócrinas e órgãos relacionados à digestão.

No entanto, as aquaporinas também podem ser expressas em tecidos que não têm uma relação óbvia e direta com o transporte de fluidos no corpo, como nos astrócitos do sistema nervoso central e em certas regiões do olho, como a córnea e o epitélio ciliar.

As aquaporinas existem mesmo na membrana fúngica, de bactérias (como E. coli ) e nas membranas de organelas, como cloroplastos e mitocôndrias .

Patologias médicas associadas às aquaporinas

Nos pacientes que apresentam um defeito na sequência da aquaporina 2 presente nas células renais, devem beber mais de 20 litros de água para se manterem hidratados. Nestes casos médicos, não há concentração adequada de urina.

O caso oposto também resulta em um caso clínico interessante: a produção de excesso de aquaporina 2 leva à retenção excessiva de líquidos no paciente.

Nos períodos da gravidez, ocorre um aumento na síntese de aquaporinas. Esse fato explica a retenção de líquidos comuns em futuras mães.Da mesma forma, a ausência de aquaporina 2 tem sido associada ao aparecimento de um certo tipo de diabetes.

Referências

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