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Canal de agua

Canales de agua.
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Canales de agua. Canal de agua o aquaporin. A mediados del siglo diecinueve se entendía que debían haber aberturas en la membrana del la célula que permitiese un flujo de agua y sales y ya hacia la mitad de 1950 se descubrió que se podía transportar rápidamente agua dentro y fuera de la célula a través de unos poros que sólo admiten moléculas de agua. Estas aperturas actúan como un tipo de filtro selectivo que previene que los iones pasen a través de la membrana mientras que las moléculas de agua, que no están cargadas, floten libremente.

Miles de millones de moléculas de agua por segundo pasan por un solo canal mecanismo molecular identificado en 1992. Se identificó qué proteína o proteínas formaban el canal real. A mediados de 1980 Peter Agre estudió varias proteínas de la membrana de las células de la sangre y descubrió una de éstas en un riñón.

Se determinó tanto su secuencia peptídica como su correspondiente secuencia de DNA y se comprobó la hipótesis de Agre en un experimento sencillo donde se comparó las células que contenían la proteína en cuestión con las células que no la tenían. Cuando se colocaron las células en una solución con agua, las que tenían la proteína en sus membranas absorbían el agua por osmosis y se hinchaban mientras que las que no tenían la proteína no se veían afectadas en absoluto. También se hicieron pruebas con células artificiales, llamadas liposomas y se descubrió que estas se volvían permeables al agua si la proteína plantaba en sus membranas.

Osmosis.

La presión líquida en las células de las plantas o animales se mantiene por osmosis. En la osmosis, las moléculas pequeñas (como el agua) pasan a través de una membrana semipermeable. Si la membrana no admite macromoléculas o sales que están en mayores concentraciones en un lado de la membrana, las moléculas pequeñas (agua) cruzan este lado, intentando "diluir" la sustancia que no puede pasar a través de la membrana.

De manera que la subida en la presión osmótica es la razón por la que las células a menudo están hinchadas ó rígidas. Los iones de mercurio evitan que las células tomen o suelten agua con lo cual se demuestra que el transporte de agua a través de la nueva proteína descubierta por Agre, el canal de agua, era evitado de la misma manera por el mercurio. A la proteína que forma el canal de agua se le llamó aquaporin, "poro de agua".

Funcionamiento del canal de agua.

El aquaporin solo admite moléculas de agua y no otras moléculas ó iones, la membrana, por ejemplo, no tiene permitido filtrar protones. Esto es crucial porque la diferencia en la concentración de protones entre el interior y el exterior de la célula es la base del sistema de almacenamiento de energía celular. La selección es una propiedad central del canal.

Las moléculas de agua hacen su camino arrastrándose por el estrecho canal orientándose en el campo eléctrico local formado por los átomos de la pared del canal. Los protones (o mejor los iones de oxoniun, H3O+) son parados por el camino y rechazados debido a su carga positiva.

Importancia médica del canal

Durante los últimos diez años, los canales de agua han sido un campo de estudio muy común. Los aquaporines han demostrado ser una gran familia de proteínas y existen en bacterias, plantas y animales. En el cuerpo humano se han encontrado al menos once variantes diferentes. La función de estas proteínas se ha trazado ahora en bacterias, animales y plantas, con un enfoque en su papel fisiológico. En los humanos, los canales de agua tienen un papel importante en los riñones, entre otros órganos.

El riñón es un aparato ingenioso para eliminar las sustancias de las que el cuerpo quiere deshacerse. Los llamadas glomérulos, funcionan como un colador que permite que los iones y otras pequeñas moléculas dejen la sangre como orina "primaria". En 24 horas se producen unos 170 litros de orina primaria, de la que la mayoría es reabsorbida con una serie de mecanismos artificiosos para que finalmente alrededor de un litro de orina al día abandone el cuerpo.

De los glomérulos, la orina primaria pasa por un tubo donde el 70% del agua es reabsorbida de la sangre por el aquaporin AQP1. Al final del tubo, otro 10% del agua es reabsorbido con un aquaporin similar, AQP2. A partir de aquí, el sodio, potasio y los iones de cloruro también son reabsorbidos por la sangre. La hormona antidiurética (vasopresina) estimula el transporte del AQP2 a las membranas de las células en el tubo de las paredes y desde allí aumenta la reabsorción del agua de la orina. Las personas con deficiencia de esta hormona podrían ser afectada por la enfermedad de la diabetes insípida con una producción diaria de orina de 10-15 litros.

Fuente.

Agre P, Mackinnon R. Canales Moleculares a través de las paredes de la célula. Premio Novel de Química. Real academia Sueca de las ciencias. 2003. Información al público octubre 8, 2003.