Las acuaporinas , también llamadas canales de agua , son proteínas de canal de una familia más grande de proteínas intrínsecas importantes que forman poros en la membrana de las células biológicas , lo que facilita principalmente el transporte de agua entre las células . [1] Las membranas celulares de una variedad de bacterias , hongos , células animales y vegetales contienen acuaporinas a través de las cuales el agua puede fluir más rápidamente dentro y fuera de la célula que mediante la difusión a través de la bicapa de fosfolípidos .[2] Las acuaporinas tienen seisdominios alfa helicoidales que atraviesan la membranacon terminales carboxílicos y amino en el lado citoplásmico. Dos bucles hidrófobos contienen asparagina conservada- prolina - alanina ("motivo NPA") que forman un barril que rodea una región central similar a un poro que contiene densidad proteica adicional. [3] Debido a que las acuaporinas suelen estar siempre abiertas y prevalecen en casi todos los tipos de células, esto conduce a la idea errónea de que el agua pasa fácilmente a través de la membrana celular en su gradiente de concentración. El agua puede atravesar la membrana celular mediante difusión simple porque es una molécula pequeña y mediante ósmosis., en los casos en que la concentración de agua fuera de la celda sea mayor que la del interior. Sin embargo, debido a que el agua es una molécula polar, este proceso de difusión simple es relativamente lento y la mayor parte del agua pasa a través de la acuaporina. [4] [5]
El Premio Nobel de Química de 2003 fue otorgado conjuntamente a Peter Agre por el descubrimiento de acuaporinas [6] y Roderick MacKinnon por su trabajo sobre la estructura y el mecanismo de los canales de potasio . [7]
Los defectos genéticos que involucran genes de acuaporina se han asociado con varias enfermedades humanas, incluida la diabetes insípida nefrogénica y la neuromielitis óptica . [8] [9] [10] [11]
El mecanismo de transporte de agua facilitado y la probable existencia de poros de agua ha atraído a los investigadores desde 1957. [12] En la mayoría de las células, el agua entra y sale por ósmosis a través del componente lipídico de las membranas celulares. Debido a la permeabilidad al agua relativamente alta de algunas células epiteliales , durante mucho tiempo se sospechó que debía existir algún mecanismo adicional para el transporte de agua a través de las membranas. Solomon y sus colaboradores realizaron un trabajo pionero sobre la permeabilidad del agua a través de la membrana celular a fines de la década de 1950. [13] [14]A mediados de la década de 1960, una hipótesis alternativa (el "modelo de partición-difusión") buscaba establecer que las moléculas de agua se repartían entre la fase acuosa y la fase lipídica y luego se difundían a través de la membrana, atravesándola hasta la siguiente interfase donde dejaban la lípido y volvió a una fase acuosa. [15] [16] Estudios de Parisi, Edelman, Carvounis et al. acentuó no solo la importancia de la presencia de canales de agua sino también la posibilidad de regular sus propiedades de permeabilidad. [17] [18] [19] En 1990, los experimentos de Verkman demostraron la expresión funcional de los canales de agua, lo que indica que los canales de agua son efectivamente proteínas. [20] [21]