Celulas acuaporinas

1. ACUAPORINAS: LOS FILTROS IDEALES DEL AGUA EN LAS
CÉLULAS
El flujo de agua entre células está regulado por unas proteínas situadas en la membrana
celular llamadas acuaporinas, se trata en esencia de unos canales que permiten el flujo
de agua y lo regulan a través de una superficie que es impermeable al agua: la
membrana de la célula. Estos “canales” están presentes en células animales y vegetales,
los defectos en estas proteínas dan lugar a diversos tipos de enfermedades. El transporte
de agua a través de la célula es altamente eficiente y selectivo, evitando así la salida de
sustancias que son solubles en el agua e indispensables para la célula, como la glucosa.
A pesar de que son moléculas altamente selectivas, las acuaporinas son muy eficientes
llegando a canalizar hasta 3 mil millones de moléculas de agua por segundo.
Aproximadamente, una porción de membrana de 10 cm2 tardaría en filtrar 1 litro de agua
en unos 7 segundos. En investigaciones anteriores se obtuvo el modelo atómico de la
acuaporina P1 (AQP1), resultando que se trataba de una proteína que forma un canal en
la membrana celular de 2 nanómetros de largo y 0,3 de ancho, lo bastante como para
sólo lo puedan atravesar las moléculas de agua, de tal forma que las moléculas grandes
que puedan ir en la solución no son capaces de atravesar el canal. Sin embargo, ¿cómo
bloquea la acuaporina el paso de moléculas pequeñas?, parece que el problema ha sido
solucionado por la evolución. Científicos del Theoretical Molecular Biophysics Group at
the Max Planck Institute for Biophysical Chemistry han podido estudiar en tiempo real
moléculas individuales atravesando el canal acuaporina mediante simulaciones atómicas
generadas por ordenador. En estas simulaciones, la estructura atómica de la proteína fue
introducida dentro de una bicapa lipídica virtual que se encontraba rodeada por una gran
cantidad de moléculas de agua, aproximándose a lo que sería el ambiente natural de la
proteína. El modelo obtenido contenía del orden de los 100.000 átomos, cuyos
movimientos eran calculados mediante simulaciones de dinámica molecular. Después de
varios meses de cálculo en paralelo con 80 procesadores, se obtuvo una película que
permitió ver y analizar el paso de moléculas de agua individuales a través del canal
acuaporina a cualquier resolución. El resultado de la simulación fue sorprendente: se
trataba de un baile con una coreografía delicada, dirigida cuidadosamente por los
aminoácidos que estaban en contacto con las moléculas de agua individuales que
atravesaban el canal. De ello los investigadores dedujeron que el control del movimiento
tenía una doble función: primero, las moléculas de agua entran en el interior del canal de
una forma ordenada, lo que aumenta drásticamente el ratio de permeabilidad del agua.
Segundo, la permeabilidad de los protones se reduce evitando la rotura de los enlaces de
hidrógeno frenando que éstos pasen de molécula a molécula de agua. La rotura de los
enlaces de hidrógeno sería energéticamente muy desfavorable, por lo que la acuaporina
compensa este coste energético haciendo pasar a las moléculas de agua de una forma
muy ordenada, lo que constituye un ejemplo espectacular de nanoingienería biológica.
EL AGUA Y LA CELULA
La membrana celular es una de las últimas fronteras que traspasa la molécula de agua
antes de participar en las funciones vitales. A nivel de la membrana ocurren fenómenos
cruciales para el funcionamiento celular y, por ende, del proceso de la vida. El agua sirve
de acarreador de la mayor parte de moléculas que participan en el metabolismo celular, y
también participa en el transporte de metabolitos que intervienen en la irritabilidad y la
transmisión de estímulos nerviosos. La membrana no es una simple pared molecular que
separa el interior de la célula del mundo exterior. Es en sí una estructura compleja y
dinámica, en la que ocurre un sinfín de procesos vitales. La bicapa que constituye esta
membrana dinámica, está constituida básicamente por fosfolípidos, lipoproteínas, agua y
una serie de compuestos como el colesterol y proteínas que actúan como 'acarreadoras'
o como receptores de señales químicas. El agua también es el vehículo que utilizan los

2. desechos celulares para ser expulsados y, es el agua el medio en que se transportan los
nutrientes y gases que llegan a la célula. El agua pasa a través de la membrana,
desafiando la concentración de sales (soluto), mediante el proceso de ósmosis. Las
células manejan activamente la concentración de sales y la cantidad de agua buscando
un equilibrio entre el medio externo e interno. Si las células se encuentran en un medio
isotónico, es decir, que tiene una concentración equivalente entre el medio externo y el
interno, los procesos de transporte se desarrollan normalmente y la célula funciona
adecuadamente. Si por alguna razón, el medio externo tiene una concentración de soluto
sensiblemente menor a la del interior de la célula (medio hipotónico), el agua entra y si
las condiciones no cambian, termina por hincharse y estallar (turgencia).
Cuando el medio externo tiene una concentración (soluto) marcadamente superior (medio
hipertónico), la célula lucha con ese gradiente y termina por perder agua y contraerse
(plasmólisis).