Uma Passagem para a √Āgua

Este post faz parte de uma série cujo primeiro é O Poder dos Prótons.

Na fisiologia clássica, por volta da década de 20, quando se descobriu que a membrana plasmática das células era uma dupla camada lipídica, formulou-se a hipótese de que a água pudesse penetrar no meio intracelular através da própria membrana, seguindo forças osmóticas. Entretanto, uma série de pesquisadores, por meio de medidas biofísicas (que analisam potenciais de membrana), notaram que a permeabilidade de algumas membranas à água era 10 a 20 vezes maior do que a esperada caso a passagem ocorresse apenas através delas[1]. Previram, assim, a existência de um canal para passagem da água.

No in√≠cio da d√©cada de 80, Peter Agre era um hematologista envolvido no estudo do fator Rh (o “positivo” ou “negativo” dos tipos sangu√≠neos) trabalhando no Instituto Nacional de Sa√ļde dos EUA. Estava interessado em induzir a forma√ß√£o de anticorpos em coelhos sensibilizando-os com um pept√≠deo parcialmente purificado do fator Rh. Os coelhos reagiam fortemente produzindo anticorpos que, no entanto, n√£o reagiam com o cerne da mol√©cula de Rh mas sim, com uma outra prote√≠na que acreditava-se ser um fragmento do grande polipept√≠deo. Parecia uma contamina√ß√£o do experimento. Mas essa prote√≠na de 28 kilodaltons (kDa), tinha algumas propriedades estranhas. N√£o se corava com os procedimentos habituais e quando¬†foram procur√°-la¬†na membrana de hem√°ceas, verificou-se que era extremamente abundante. Com aproximadamente 200.000 c√≥pias por hem√°cea, era uma das prote√≠nas mais comuns na c√©lula! Nas palavras de Agre (descendente de imigrantes n√≥rdicos)¬†‚Äúera como se algu√©m, andando pelo norte des√©rtico da Su√©cia, de repente, encontrasse uma cidade de 200.000 habitantes que n√£o constasse em nenhum mapa‚ÄĚ. Estudos subsequentes revelaram que a prote√≠na tinha caracter√≠sticas de um canal pois dispunha-se ao longo da espessura da membrana. Uma s√©rie de elegantes experimentos revelou que ela era um canal de √°gua sendo batizada com o sugestivo nome de aquaporina 1 (AQP1). Peter Agre recebeu o pr√™mio Nobel de Qu√≠mica em 2003 por sua descoberta (Figura abaixo). Orgulho do pai, que havia trabalhado com Linus Pauling, acabou abandonando a hematologia. (Veja a interessant√≠ssima “palestra do pr√™mio” (em ingl√™s, 45 min) no portal do Nobel).


Figura 1. Peter Agre. Prêmio Nobel de Química de 2003

As aquaporinas constituem uma fam√≠lia de, at√© o momento, algumas centenas de prote√≠nas de membrana. Nos mam√≠feros j√° foram identificadas doze, sete das quais est√£o presentes no rim. Nos √ļltimos anos, pesquisas t√™m explorado a seletividade e as fun√ß√Ķes multitransportadoras das aquaporinas. Isso levou a uma divis√£o do grupo em aquaporinas cl√°ssicas e aquagliceroporinas. Estas √ļltimas tamb√©m transportam passivamente glicerol e outros poli√≥is bem como alguns solutos e, ao que parece, s√£o filogeneticamente at√© mais antigas que as aquaporinas cl√°ssicas[2].¬†A AQP1 √© uma prote√≠na de membrana altamente perme√°vel √† √°gua. Sua condut√Ęncia √© de aproximadamente 3 x 10^9 molec / subunidade / seg permitindo que uma mol√©cula de √°gua trafegue a ~0,02 cm/s [3]. A AQP1 forma 4 complexos na membrana celular (subunidades), cada um formando um canal de √°gua independente (figura 2). Um quinto poro √© formado no centro do complexo e h√° ind√≠cios de que possa conduzir √≠ons, mas o transporte passivo de √°gua atrav√©s da membrana celular √© mesmo a maior fun√ß√£o fisiol√≥gica da AQP1 [4].

Figura 2. Foto de simula√ß√£o do transporte de √°gua por uma mol√©cula de aquaporina. As subunidades s√£o constitu√≠das de t√ļbulos que est√£o em cores diferentes. As mol√©culas de √°gua (pequenos bumerangues azuis) permeiam a subunidade √† direita (em dourado). Esta imagem ganhou o pr√™mio de melhor foto cient√≠fica da revista Science‚ĄĘ na edi√ß√£o de 24 de Setembro de 2004¬†e pode ser encontrada aqui, juntamente com uma anima√ß√£o do transporte das mol√©culas de √°gua.

√Č surpreendente o fato de que, mesmo transportando √°gua t√£o eficientemente, as aquaporinas sejam imperme√°veis aos √≠ons. A raz√£o disso seria a prote√ß√£o do meio interior celular para que a maquinaria metab√≥lica possa funcionar adequadamente e em “sil√™ncio biol√≥gico” – o que pode at√© ser uma defini√ß√£o bonita de Sa√ļde, mas teleol√≥gica demais para servir a nossos prop√≥sitos. At√© o mais enxerido de todos √≠ons, o pr√≥ton e seu alterego H3O+, n√£o consegue passar pelas reentr√Ęncias do canal de √°gua. Como isso se d√°? Como isso ocorre se os pr√≥tons teleportam-se de um lugar¬†para outro¬†livremente na¬†Mattrix aqu√°tica, materializando-se e evaporando em qualquer lugar¬†bastando para isso um “fio de √°gua” por onde possam passar…

√Č o que tentarei descrever no pr√≥ximo e √ļltimo post da s√©rie.

Referências Bibliográficas

[1] Finkelstein A: Water Movement Through Lipid Bilayers, Pores, and Plasma Membranes: Theory and Reality (Distinguished Lecture Series of the Society of General Physiologists). New York, John Wiley & Sons Inc, 1987.

[2] Nielsen S, Frokiaer J, Marples D, et al.: Aquaporins in the kidney: from molecules to medicine. Physiol Rev 82:205-244, 2002.

[3] Preston GM, Carroll TP, Guggino WB, et al.: Appearance of water channels in Xenopus oocytes expressing red cell CHIP28 protein. Science 256:385-387, 1992.

[4] Zhu F, Tajkhorshid E, Schulten K: Theory and simulation of water permeation in aquaporin-1. Biophys J 86:50-57, 2004.