Aquaporinas: funções, estrutura e tipos - Ciência - 2023

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As aquaporinas, também conhecidos como canais de água, são moléculas de natureza proteica que atravessam as membranas biológicas. Eles são responsáveis ​​por mediar o fluxo rápido e eficiente de água para dentro e para fora das células, evitando 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 microrganismos a animais e plantas, onde são abundantes.

Perspectiva histórica

Com conhecimentos básicos em fisiologia e nos mecanismos de movimentação dos solutos através das membranas (ativa e passiva), poderíamos intuir que o transporte de água não é problema, entrando e saindo da célula por simples difusão.


Essa ideia já existe há muitos anos. No entanto, alguns pesquisadores descobriram a existência de algum canal de transporte de água, pois em certos tipos de células com altas permeabilidades à água (como o 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 proteínas em 1992, enquanto trabalhava com a membrana dos eritrócitos. Graças a essa descoberta, ele ganhou (junto com seus colegas) o Prêmio Nobel de 2003. Essa primeira aquaporina foi chamada de "aquaporina 1".

Estrutura

A forma da aquaporina lembra uma ampulheta, com duas metades simétricas orientadas uma em frente à outra. Essa estrutura atravessa a membrana lipídica dupla da célula.

Deve ser mencionado que a forma da 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 transmembrana são caracterizadas por possuírem um segmento rico em segmentos alfa helicoidais. No entanto, as aquaporinas não possuem tais 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 uma possa funcionar de forma independente. Em pequenas hélices, existem alguns motivos conservados, incluindo o NPA.

Em algumas aquaporinas encontradas em mamíferos (AQP4) ocorrem agregações mais altas que formam arranjos de cristal supramolequais.

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


Características

O papel das aquaporinas é mediar o transporte de água para o interior da célula em resposta a um gradiente osmótico. Não necessita de força adicional ou bombeamento: 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. Veja o exemplo específico dos rins: eles devem filtrar grandes quantidades de água todos os dias. Se esse processo não ocorrer de maneira adequada, as consequências serão fatais.

Além da concentração de urina, as aquaporinas estão envolvidas na homeostase geral dos fluidos corporais, função cerebral, secreção da glândula, hidratação da pele, fertilidade masculina, visão, audição - apenas para mencionar alguns processos biológico.

Em experimentos realizados em camundongos, concluiu-se que eles também participam da migração celular, papel muito distante do transporte aquático.

Funções em plantas

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

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

Funções em microrganismos

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

Principalmente por duas razões: a alta proporção superfície-volume dos micróbios pressupõe um equilíbrio osmótico rápido (tornando as aquaporinas desnecessárias) e os estudos de deleções em micróbios não produziram um fenótipo claro.

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

Tipos

As moléculas de aquaporina são conhecidas de várias linhagens, tanto em plantas e animais como em organismos menos complexos, e elas se parecem muito umas com as outras - presumimos então que elas apareceram no início da evolução.

Cerca de 50 moléculas diferentes foram encontradas nas plantas, enquanto os mamíferos apenas 13, distribuídas por vários tecidos, como o 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.

Existem aquaporinas até mesmo na membrana de fungos, bactérias (como E. coli) e em membranas de organelas, como cloroplastos e mitocôndrias.

Patologias médicas associadas às aquaporinas

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

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

Durante a gravidez, ocorre um aumento na síntese das aquaporinas. Esse fato explica a retenção de líquidos comum em mulheres grávidas. Da mesma forma, a ausência de aquaporina 2 tem sido associada ao desenvolvimento de um certo tipo de diabetes.

Referências

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