Il ruolo delle proteine acquaporine
Tra i canali proteici di membrana le acquaporine sono uno dei più conservati fra i diversi organismi. Si trovano sia nella membrana plasmatica dei batteri che nelle cellule di alcuni tessuti del nostro corpo. Vale a dire i reni, i polmoni, le ghiandole esocrine e gli elementi corpuscolati del sangue (eritrociti e leucociti).
Come suggerisce il nome di queste proteine hanno un ruolo fondamentale per controllare il flusso di acqua che entra ed esce dalla cellula. Non ne esiste una sola tipologia nel corpo umano, ma ne sintetizziamo in tutto tredici che variano a seconda dell’organo o del tessuto. Tra l’una e l’altra oltre alla struttura varia anche la selettività.
Quante sono le acquaporine
Come abbiamo detto si tratta di proteine che creano un canale per far fluire l’acqua all’interno o all’esterno dell’ambiente cellulare. Se ne hanno in tutto tredici isoforme, indicate con il codice AQP più una cifra che va dallo zero compreso fino al dodici. In base alle loro proprietà biofisiche che hanno queste si classificano in tre classi diverse.
La prima classe è quella delle acquaporine vere e proprie, e raggruppa le proteineAQP0, AQP1, AQP2, AQP4, AQP5, AQP6 e anche AQP8. Si definiscono così in quanto sono molto selettive. Fa in parte eccezione AQP6, che funziona anche come canale anionico, trasportando lo ione cloruro (-Cl). Anche AQP8 può trasportare altre molecole in alcune condizioni, tra cui il perossido di idrogeno (H2O2).
Le proteine AQP3, AQP7, AQP9 e AQP10 appartengono alla classe delle acquagliceroporine e formano pori di dimensioni più grandi rispetto al gruppo precedente. Sono meno selettive, infatti consentono il passaggio anche di molecole come l’urea (CH4N2O) e soluti di piccole dimensioni (non ioni). Si tratta anche degli unici canali di membrana che consentono il passaggio del glicerolo, da cui prendono il nome.
L’ultima classe di queste proteine ne comprende invece solo due, AQP11 e AQP12. Mentre i primi due gruppi hanno una certa omologia fra di loro questi due canali sono diversi sia per struttura che per posizione. Si trovano sulle membrane degli organelli cellulari, e ne regolano il volume facendo entrare o uscire acqua.
La struttura molecolare di questi canali
Tra le tre classi di acquaporine che abbiamo esaminato ciò che determina la differenza in termini di selettività è la loro configurazione amminoacidica. Il canale è formato da cinque parti (P1, P2, P3, P4, P5) composte da sequenze di amminoacidi specifiche. Due di queste in particolare possono limitare le molecole cha possono passare, o meglio i loro motivi NPA. Prevedono tre amminoacidi, ossia prolina, asparagina e alanina.
Questi motivi si trovano all’estremità di due semieliche della proteina di membrana e generano una barriera di tipo elettrostatico all’ingresso del poro. Questa ha un ruolo importante per impedire il passaggio dei protoni. In più sul lato extracellulare del canale proteico è presente un motivo ar/R (aromatica/arginina) che influenza a sua volta la permeabilità dei soluti che si avvicinano al poro.
Le acquaporine possono essere omotetrameri o eterotetrameri, e ciascuna subunità è composta da sei domini transmembrana. I primi tre domini (a,b e c) sono speculari a quelli successivi (a1, b1 e c1) ma il loro andamento è opposto. Proprio grazie a questa struttura l’acqua può fluire in entrambi i sensi attraverso la membrana plasmatica.
Oltre ai sei domini ogni subunità della proteina comprende cinque anse, tre che sporgono verso l’ambiente extracellulare (A, C, E) e due verso il citosol (B, D). Due di queste, una esterna (E) e una interna (B) si ripiegano formando il poro.
Le acquaporine a livello renale
All’interno dei reni la proteina più abbondante è una di quelle appartenenti alla prima classe, AQP2. Per essere precisi si localizza sulle membrane delle cellule principali che formano il dotto collettore, dove le urine vengono concentrate prima di essere espulse riassorbendo acqua. Si tratta della porzione terminale del nefrone, l’unità funzionale del rene.
Questa particolare tipologia è l’unica delle acquaporine a essere soggetta all’azione della vasopressina, nota anche come ormone antidiuretico (ADH). Si tratta di un piccolo peptide di soli nove amminoacidi sintetizzato a livello del sistema nervoso centrale dall’ipotalamo, e che infatti ha un ruolo importante anche come neurotrasmettitore.
La vasopressina regola il canale AQP2 in due modi, uno che agisce a breve termine e uno a lungo termine. Il primo di questi porta cambiamenti a livello delle cellule bersaglio entro pochi minuti, con le proteine canale che giungono a livello della membrana all’interno di vescicole. Il secondo invece induce delle modifiche che possono durare per giorni, in quanto l’espressione dei geni per le AQP2 aumenta.
Se si verificano delle mutazione a livello della struttura di questa proteina canale tra le possibili conseguenze c’è l’insorgenza di patologie renali. Un esempio è il diabete insipido nefrogeno, che differisce dal mellito perché non si rileva la presenza di glucosio nelle urine.
