{"id":2553,"date":"2012-11-21T00:51:07","date_gmt":"2012-11-21T03:51:07","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/eccemedicus\/?p=2553"},"modified":"2012-11-21T00:51:07","modified_gmt":"2012-11-21T03:51:07","slug":"bloqueio-dos-protons","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/2012\/11\/21\/bloqueio-dos-protons\/","title":{"rendered":"O Bloqueio dos Pr\u00f3tons"},"content":{"rendered":"

Este \u00e9 o \u00faltimo post da s\u00e9rie sobre as aquaporinas, um dos mais “geniais” sistemas de transporte molecular j\u00e1 descoberto, que contou com os posts\u00a0O Poder dos Pr\u00f3tons<\/a> e Uma Passagem para \u00c1gua<\/a>.<\/em><\/p>\n

Do ponto de vista biol\u00f3gico, portanto, faz sentido as aquaporinas n\u00e3o permitirem a entrada de esp\u00e9cies protonizadas. Mas, do ponto de vista bioqu\u00edmico isso n\u00e3o \u00e9 t\u00e3o simples. A pergunta “Como?” \u00e9 a que deve ser cientificamente respondida, mas apenas recentemente \u00a0estudos com simula\u00e7\u00f5es elucidaram os mecanismos de bloqueio dos pr\u00f3tons.<\/p>\n

S\u00e3o tr\u00eas os dispositivos capazes de efetuar o bloqueio dos pr\u00f3tons pelas aquaporinas[1,2]. A pergunta sobre qual seria o mais importante, ainda se constitui objeto de discuss\u00e3o acad\u00eamica. A figura abaixo mostra o canal de uma subunidade da AQP1 onde quatro mol\u00e9culas de \u00e1gua (de cor mais forte, no centro) demonstram as intera\u00e7\u00f5es com os res\u00edduos amino\u00e1cidos da estrutura do canal. Os mecanismos s\u00e3o:<\/p>\n

(a) Estreitamento<\/strong>. Por restri\u00e7\u00e3o de tamanho, pouco acima do ponto m\u00e9dio do canal, o poro se estreita de 8 \u00c5 para 2,8 \u00c5 (aproximadamente o di\u00e2metro de uma mol\u00e9cula de \u00e1gua). Isso provoca a desidrata\u00e7\u00e3o do H3<\/sub>O+<\/sup>, o que obrigaria a mol\u00e9cula a desfazer-se de sua carga.<\/p>\n

\"\"<\/a>Figura 1. Mecanismos de bloqueio de pr\u00f3tons pelas aquaporinas. (modificado de [1])<\/p>\n

(b) Repuls\u00e3o eletrost\u00e1tica<\/strong>. Um res\u00edduo de arginina (R-195, na figura) na regi\u00e3o de maior estreitamento do poro imp\u00f5e uma barreira aos c\u00e1tions, incluindo o H3<\/sub>O+<\/sup>. No foco da controv\u00e9rsia, alguns estudos mostram que talvez esse mecanismo seja o mais importante no bloqueio dos pr\u00f3tons pois ele est\u00e1 presente virtualmente em toda fam\u00edlia das AQP. A retirada deste res\u00edduo reduz drasticamente a especificidade aos pr\u00f3tons.<\/p>\n

(c) Reorienta\u00e7\u00e3o do dipolo<\/strong>. Duas h\u00e9lices parciais formadas por res\u00edduos Asn-Pro-Ala (chamados NPA motifs<\/em>) se encontram no meio do canal, formando um campo magn\u00e9tico bipolar que alinha<\/strong><\/span> a mol\u00e9cula de \u00e1gua atrav\u00e9s da forma\u00e7\u00e3o de duas pontes de hidrog\u00eanio. Isso orienta perpendicularmente a \u00e1gua, fazendo com que as pontes O-H apontem para fora do canal, impedindo a condut\u00e2ncia dos pr\u00f3tons pelo efeito Grotthuss. Mais elegante, esse mecanismo foi o proposto inicialmente [3,4].\u00a0 A figura 2 mostra como o campo magn\u00e9tico bipolar exige que a mol\u00e9cula de \u00e1gua tenha uma orienta\u00e7\u00e3o espec\u00edfica para entrar no canal a um baixo custo de energia.<\/p>\n

\"\"<\/a>
\nFigura 2. Modelagem da organiza\u00e7\u00e3o preferencial da cadeia de mol\u00e9culas de \u00e1gua da aquagliceroporina (GlpF) de E. Coli.<\/em> (Acima) Tr\u00eas conforma\u00e7\u00f5es representativas da cadeia de \u00e1gua. (A) Com as pontes de H orientadas para o extracelular. (B) Conforma\u00e7\u00e3o prefer\u00edvel. Note que entre a mol\u00e9cula 6 e a 7, o alinhamento entre H e O (branco e vermelho, respectivamente) \u00e9 quebrado. (C) Com as pontes de H orientadas para o intracelular. (Abaixo) Gr\u00e1fico ilustrando a energia necess\u00e1ria para a reorienta\u00e7\u00e3o das mol\u00e9culas de \u00e1gua (nas abscissas) e a orienta\u00e7\u00e3o das pontes de H (ordenadas) por duas metodologias diferentes (linhas vermelha e verde). As letras A, B e C correspondem \u00e0s conforma\u00e7\u00f5es acima, sendo a B a de menor trabalho termodin\u00e2mico . (A partir da refer\u00eancia [3])<\/p>\n

Os dispositivos de bloquear pr\u00f3tons presentes nas aquaporinas, seja pelo posicionamento estrat\u00e9gico de cargas ao longo de um canal, seja pelo “desengajamento” da corrente de mol\u00e9culas de \u00e1gua que quebra o “teletransporte” dos pr\u00f3tons, s\u00e3o exemplos interessantes da “luta” na qual os seres vivos se envolveram para chegarmos onde estamos. Tal luta n\u00e3o se d\u00e1 apenas no n\u00edvel macrosc\u00f3pico da concorr\u00eancia entre as esp\u00e9cies e a sele\u00e7\u00e3o natural. Ela ocorre tamb\u00e9m no n\u00edvel subcelular – das mol\u00e9culas -, e mostra a dificuldade de resistir e manter-se est\u00e1vel na agressividade do ambiente natural, o que pode bem ser entendido como “viver”. Parece, ent\u00e3o, ter sido evolutivamente<\/a> vantajoso para c\u00e9lula manter os sistemas de transporte de \u00e1gua e pr\u00f3tons separados de modo a poder controlar o volume e a concentra\u00e7\u00e3o dos solutos do citoplasma, por um lado, e o metabolismo energ\u00e9tico, por outro, de forma independente[4]. A fam\u00edlia das AQPs \u00e9 filogeneticamente antiga, estando presente nos procariotas, o que indica a urg\u00eancia desse controle j\u00e1 nos prim\u00f3rdios da vida na Terra. De fato, domar precocemente as vicissitudes da \u00e1gua parece mesmo ter sido imprescind\u00edvel\u00a0para que os seres vivos\u00a0prosseguissem dependendo dela.<\/p>\n

 <\/p>\n

Refer\u00eancias Bibliogr\u00e1ficas<\/strong><\/p>\n

[1] Kozono D, Yasui M, King LS, et al.<\/em>: Aquaporin water channels: atomic structure molecular dynamics meet clinical medicine. J Clin Invest<\/em> 109:1395-1399, 2002.<\/p>\n

[2] Chen H, Wu Y, Voth GA: Origins of proton transport behavior from selectivity domain mutations of the aquaporin-1 channel. Biophys J<\/em> 90:L73-75, 2006.<\/p>\n

[3] Chakrabarti N, Tajkhorshid E, Roux B, et al.<\/em>: Molecular basis of proton blockage in aquaporins. Structure<\/em> 12:65-74, 2004.<\/p>\n

[4] Eisenberg B: Why can’t protons move through water channels? Biophys J<\/em> 85:3427-3428, 2003.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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