Lucas Kuniyoshi 11089711

Marina Aparecida Cubi 11036811

Prof. Rodrigo L. O. R. Cunha

Quando foi dado o tema do trabalho, buscamos escolher uma proteína que tivesse funções essências para o organismo. Seguimos a linha de pensamento: o que é importante e insubstituível para o corpo humano? De diversas resposta escolhemos: a água. Assim, precisávamos escolher uma proteína relacionada com a água, resultando na Aquaporina, cuja a função discutiremos a seguir.

Aquaporinas são canais de membrana de água que desempenham papéis críticos no controle dos teores de água das células. Esta proteína permite o aumento da eficiência dos sistemas catalíticos pela crescente compartimentalização e especialização dos mecanismo de seletividade, mas acima de tudo, permitem a superação das relações com o meio, a sobrevivência celular contra gradientes osmóticos. É encontrada em células eucariotas. Nos mamíferos, por exemplo, em vasos sanguíneos, no trato gastrointestinal, no plexo coróide, em glândulas sudoríparas, túbulos renais proximais, alça de Henle, orelhas e olhos.

Antes de identificar a estrutura da aquaporina analisaremos o conjunto a

qual ela está inserida: as porinas. Porinas são proteínas de grande peso molecular encontradas tipicamente em membranas externas de bactérias, como ilustrado na figura(1), sua função é permitir a passagem de água e alguns solutos hidrofílicos. A na figura(2) representa a forma trimérica da porina, ou seja, a composição por 3 subunidades idênticas, interagindo entre si. A porina é uma proteína formada por aminoácidos polares e apolares, demonstrado na figura(3a) – polares e figura(3b)- apolares. A região da proteína que faz contato com os lipídios é apolar. Observe também que o interior do poro é constituído de vários aminoácidos hidrofílicos, coerente com o fato que este poro serve para o transporte de água.

Figura 1 – porina da Rhodobacter capsulatus Figura 2 – Estrutura da porina e suas sub-unidades Figura 3 – aminoácidos Polares e apolares

(a) (b)

Podemos analisar a estrutura secundária das porinas na figura(4). A direção

das setas (do N para o C-terminal) indica que trata-se de folhas-beta pregueadas anti-paralelas. Tal estrutura é comumente observada em proteínas de membrana. Na realidade, é possível agrupar proteínas com base nas formas de organização da estrutura secundária (folds ou dobramentos). A conservação de um fold durante a evolução é uma indicação que tal forma de estruturação é bastante importante, biologicamente. Este fold provê a estruturação necessária à formação de um poro central. A forma mais estável para uma organização deste tipo de estrutura secundária é a formação de uma "bola", possibilitando que a proteína se organize de forma a penetrar a membrana.

Assim, a função da porina é intimamente associada à sua estrutura:

1. formação do poro pelo fold de folhas-beta anti-paralelas

2. disposição dos aminoácidos hidrofóbicos/hidrofílicos, que possibilita a inserção desta na membrana.

Figura 4– representação do esqueleto peptídico

Aquaporinas são ligeiramente similares as porinas bacterianas. Como o nome sugere, as Aquaporinas têm a função de permitir a passagem de moléculas de água pela membrana, sem permitir a entrada de solutos. Como se pode imaginar, tais proteínas são de imensa importância para a manutenção do equilíbrio hídrico de certas células. Por exemplo, a pele de anfíbios como sapo são bastante permeáveis à água, graças à presença de aquaporinas. Tais proteínas são encontradas de bactéria a humanos. As aquaporinas são divididas em:

• grupo I, AQP0, AQP1, AQP2, AQP4, AQP5, AQP6 e AQP8 permeáveis à água somente

• grupo II, AQP3, AQP7 e AQP9 permeáveis a glicerol e ureia, além de água.

Para estudar a aquaporina, selecionamos a AQP1 de Bos taurus, figura(5). Podemos observar a presença de 4 poros dispostos simetricamente, exibido na figura(6). Igual a porina, a aquaporina possui subunidades, cada uma constituindo um poro, figura(7). Também similarmente à porina de R. capsulata, a aquaporina é notavelmente hidrofóbica, possibilitando sua inserção na membrana lipídica, figura(8). Esta é a região de contato com a membrana. Note que as faces expostas à água, figura(6- amarelo)-extra e figura(6-laranja) - intracelular, são respectivamente, polar e apolar.

Figura 5 – AQP1 – de Bos Taurus Figura 6 – AQP1 – Os 4 Poros Figura 7– AQP1 – Os 4 monômeros

Figura 8 – AQP1 – Parte Hidrofóbica

A conformação dos monômeros que constituem a proteína permite a formação de poros. O diâmetro da entrada desse canal é drasticamente reduzido, impondo um limite físico ao tamanho das moléculas que podem passar.

As molécula de água do meio estão ligadas à outras moléculas de água mas como a entrada do canal é pequena, para passar pelo poro é necessário quebrar essas ligações. A quebra acontece porque no interior do canal existem aminoácidos polares que interagem mais fortemente com essas moléculas, quebrando a ligação água água e passando para dentro do canal apenas uma molécula de água.

O canal é formado, em sua grande maioria, por aminoácidos hidrofóbicos, fazendo com que a água interaja pouco com as paredes, o que tornaria a passagem muito lenta. Além disso no centro do canal as moléculas de água passam por um filtro de seletividade que determina a passagem somente de água.

Como visto nos slides anteriores, a Aquaporina 1 possui diversos mecanismos de filtragem de água, assim torna-se uma importante ferramenta de pesquisa para a solução de problemas em áreas diversas. Uma destas áreas é solucionar o problema de filtragem de água não potável, como por exemplo resíduos de processos industrias, águas salobras.

• Ambiental :tratamento de águas poluídas.

• Farmacêutico: desenvolvimento de fármacos para melhorar a hidratação de células.

• Biológicos: Desenvolvimento de mecanismos de controle (para aquaporinas que não efetuam sua função como esperado, causando assim doenças) e reprodução (para organismos com escassez da proteína).

• AQUAPORIN. Join the revolution Now. Video: Aquaporin Cinematic Version & Aquaporin Academic Version. Disponível em:

<http://www.aquaporin.dk/>. Data de acesso: 14/11/2012.

• AQUAPORIN.ORG. The medical significance of water channels. Disponível em: <http://www.aquaporins.org/>. Data de acesso:

13/11/2012.

• THEORETICAL AND COMPUTATIONAL BIOPHYSICS GROUPS. Structure, dynamics, and function of Aquaporins. Disponível em

: <http://www.ks.uiuc.edu/Research/aquaporins/>. Data de acesso: 13/11/2012.

• WIKIPEDIA, THE FREE ENCYCLOPEDIA. Aquaporin. Disponível em:<http://en.wikipedia.org/wiki/Aquaporin>. Data de acesso:

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• DERMEGE. Aquaporine Active AQP3. Disponível em: <http://www.dermage.com.br/dermage/paginas/Estudo-Aquaporine.pdf>.

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• INSTITUTO DE QUÍMICA DA USP. Estrutura e função: porina. Disponível em:

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• PROTEIN DATA BANK. A refined structure of human aquaporin 1. Disponível em:

<http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1H6I>. Data de acesso: 10/11/12.