Biologia

Acuaporinas:
los canales
de agua celulares
Las acuaporinas regulan el paso del agua a través de la membrana celular.
Forman una familia de proteínas muy diversa; se hallan presentes en todos los seres vivos.
Abundan sobre todo en plantas y en el sistema renal de animales
Miriam Echevarría y Rafael Zardoya
El agua, el compuesto más abundante de nuestro
cuerpo, es esencial para la vida.Todos los
iones, lípidos, azúcares, proteínas y otras macromoléculas
que forman parte de las células
y su entorno se encuentran disueltos en medio
acuoso. Para realizar las funciones que hacen
posible la vida, las células deben incorporar nutrientes,
hormonas, iones y gases. Y deben también expulsar sustancias
de desecho.
Ese intercambio de materia con el entorno se realiza
a través de lamembrana. Opera un mecanismo de
difusión pasiva o se recurre a proteínas transportadoras
específi cas. La circulación de iones y otras moléculas
provoca una distribución desigual de estas sustancias a
un lado y otro de la membrana celular.
El transporte genera un fl ujo de agua a través de la
membrana. La entrada y salida de agua cambia el volumen
de la célula, amén de modifi car lacomposición
del medio intracelular y extracelular. Entender cómo
el agua atraviesa las membranas celulares en nuestro
cuerpo ha constituido una de las cuestiones de mayor
interés en biología.
Los primeros modelos teóricos
Ya en 1895, Charles Overton publicó un extenso estudio
sobre las propiedades osmóticas de las células, vegetales
y animales; analizaba allí el efecto ejercido por más de
500compuestos químicos en el fl ujo del agua a través
de la membrana celular. Desde entonces, y durante
muchos años, se creyó que el agua podía atravesar la
membrana celular por difusión pasiva entre los lípidos
que constituyen dicha estructura.
Pero la difusión pasiva no permitía explicar la permeabilidad
al agua que muestran los glóbulos rojos y
las células del túbulo renal; aquí, el fl ujo deagua a
través de la membrana en presencia de un gradiente de
concentración era superior al fl ujo en ausencia de dicho
gradiente. Además, la energía disipada por la interacción
entre agua y membrana se acercaba a la del movimiento
del agua en solución libre. Se descubrió también que
el paso del agua a través de estas membranas podía
bloquearse mediante fármacos derivados de compuestosmercuriales.
Todas esas observaciones, sumadas a las realizadas
en membranas artifi ciales, permitieron comparar la per-
60 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, diciembre, 2006
meabilidad al agua de membranas
lipídicas artifi ciales con la de membranas
biológicas. De la comparación
en cuestión se dedujo la existencia
de proteínas especializadas en la formación
de poros acuosos.
Descubrimiento
de lasacuaporinas
El descubrimiento del primer canal
de agua en la membrana celular, la
acuaporina-1 (AQP1), el estudio de su
distribución en los tejidos y la investigación
de sus propiedades estructurales
y funcionales le valieron a Peter
Agre el premio Nobel de química de
2003. Agre y su equipo, de la Universidad
Johns Hopkins, estudiaban
en 1988 las proteínas de la membrana
de los eritrocitos.Durante sus trabajos
de purifi cación de la proteína de
32 kilodalton que determina el grupo
sanguíneo Rh, encontraron un polipéptido
de peso molecular inferior
(28 kilodalton) que copurifi caba con
su proteína de interés. Pensaron que
correspondía a un subproducto de la
hidrólisis de la proteína Rh. Pero el
análisis estructural de la molécula de
28 kilodalton, abundante en glóbulosrojos y en células del túbulo proximal
del riñón, reveló que se trataba
de una nueva proteína integral de
membrana. Sin relación alguna con
la proteína Rh.
Hasta 1992 no descifraron la función
de la proteína. Denominada en
un comienzo CHIP28, abreviación
de proteína integral de 28 kilodalton
formadora de canales, recibiría más
tarde el nombre de AQP1.
En sus trabajos hallaron que los...