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Martes 21 de octubre de 2003 Por
Susana Gallardo (*)
El Premio Nobel de Química 2003 fue concedido a los estadounidenses Peter Agre y Roderick MacKinnon por sus hallazgos sobre los canales de la membrana celular a través de los cuales pasan el agua y las sales. "Son descubrimientos de fundamental importancia para la comprensión de los procesos de la vida, no sólo en los seres humanos, sino también en los organismos superiores, en bacterias y plantas", afirmó Bengt Norden, jefe del Comité de Química del Premio Nobel. MacKinnon, 47 años, profesor de neurobiología molecular y biofísica en la Universidad Rockefeller, de Nueva York, determinó, mediante cristalografía de rayos X, la estructura de la proteína que opera como canal de potasio en la membrana celular. Por su parte, Peter Agre (54 años), profesor de química biológica en la universidad John Hopkins, en Baltimore, describió la proteína que permite el acceso del agua al interior de la célula. Canales que permiten la comunicación entre las células Para que los miles de millones de células que componen un organismo puedan funcionar es necesario que entre ellas haya coordinación y comunicación. Ciertos iones, átomos con una carga eléctrica, positiva o negativa, operan como señales de comunicación entre las células. Estos iones desencadenan cascadas de reacciones químicas que participan en funciones indispensables para la vida como la contracción de los músculos y el funcionamiento del sistema nervioso. Pero los distintos tipos de iones no pueden entrar a la célula por cualquier lado, sino por lugares específicos donde una puerta (una proteína determinada) dará paso en forma exclusiva a un tipo de ión, ya sea el sodio o el potasio, o una molécula de agua. En otras palabras, la célula tiene diferentes entradas para cada uno de sus proveedores.
En 1998 MacKinnon pudo mostrar, por primera vez, la estructura atómica de un canal iónico. "Estos canales son proteínas que se encuentran en todas las células que posean membrana. No hay forma en que los iones atraviesen la membrana si no es a través de canales", afirma el doctor Osvaldo Uchitel, profesor en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA e investigador del IFIBYNE-Conicet. La membrana celular está formada por lípidos (grasas), y las sales, que no se mezclan con las grasas, no pueden atravesar esa pared que protege a la célula. Por consiguiente, la entrada sólo puede realizarse a través de canales. Los canales iónicos no son estructuras que están abiertas todo el tiempo, sino que se abren y se cierran de acuerdo con las órdenes que reciban, y esa apertura y cierre puede modularse. De hecho, tienen la ventaja de responder a estímulos de manera muy rápida, en menos de milisegundos. MacKinnon estudió, en particular, el canal de potasio, que se puede modular mediante cambios de voltaje. "Se lo considera el canal madre, porque, desde el punto de vista de la evolución, es el primero que aparece", indica Uchitel, y agrega: "Conocer la estructura del canal de potasio tiene proyección sobre los demás canales de las membranas biológicas, y ello abre la posibilidad de modularlos a voluntad mediante fármacos". Actualmente existen algunas drogas que permiten cerrar los canales, pero existen pocas que sean capaces de abrirlos. Para Uchitel, "estos descubrimientos abren un campo importante en la farmacología". Asimismo, estos aportes echan luz sobre una rama de la biomedicina que es el estudio de las enfermedades denominadas "canalopatías". "Hasta hace poco tiempo estas patologías eran desconocidas. Pero ahora se está viendo, en ciertas enfermedades hereditarias, que hay mutaciones específicas de los canales iónicos, en particular el de potasio", explica el investigador. En efecto, hay un tipo de epilepsia de la infancia que se debe a que un canal de potasio se encuentra cerrado. Según Uchitel, "si contamos con un fármaco que pueda abrir ese canal, se podrá controlar la enfermedad". Los canales de agua Ya a mediados del siglo 19 se suponía que debía haber algún tipo de abertura en la membrana celular que permitiera el flujo de agua y sales. A partir de 1950 se propuso que el agua podía ser transportada dentro y fuera de la célula por ciertos poros que admitían el pasaje simultáneo de agua y solutos. En los 30 años siguientes se estudiaron en detalle esos poros y se consideró que debía haber algún tipo de filtro que impidiera que pasaran otras partículas que no fueran las moléculas de agua. "Cuando se comenzaron a hallar los canales iónicos, se creyó que el agua no requería una vía específica y que podía pasar por difusión a través de la membrana", relata el doctor Mario Parisi, profesor titular de Fisiología en la Facultad de Medicina de la UBA. Y agrega: "Pero el problema era la regulación: si no hay una estructura de proteína es muy difícil que se pueda regular la entrada y salida y las moléculas". De hecho, en el riñón, la permeabilidad de la membrana está regulada por la hormona antidiurética. "Era difícil imaginar cómo se podía modificar tanto la permeabilidad si no había una proteína involucrada", comenta Parisi, quien trabaja desde hace más de cuarenta años investigando precisamente la permeabilidad de la membrana celular. En efecto, en el año 83 propuso un modelo para el pasaje específico del agua a través de la membrana. En 1992 Peter Agre logró identificar esa proteína tan buscada, a la que bautizó "acuaporina". El investigador hoy laureado demostró su hipótesis inyectando material genético extraído de glóbulos rojos humanos en el ovocito de un anfibio (célula que normalmente no expresa canales) y observó un espectacular aumento de la permeabilidad al agua. Cuando los ovocitos fueron colocados en una solución acuosa, las células que tenían acuaporina pudieron absorber agua por ósmosis, y se hincharon. Los que no expresaban esa proteína se hincharon mucho menos y mucho más lentamente. Agre también observó que los iones de mercurio impiden que las células absorban o liberen agua a través de las acuaporinas. "Tenemos una relación larga y estrecha con Agre -señaló Parisi-. Él vino a Buenos Aires en 1994 a un congreso que organizamos en la Facultad de Medicina". En el año 2000 Agre logró las primeras imágenes de alta resolución de la estructura tridimensional de la acuaporina. Ello permitió determinar cómo funciona el canal de agua y, fundamentalmente, conocer por qué sólo admite moléculas de agua y no otros iones, como el sodio y el potasio. La clave reside en que el centro del canal presenta cargas eléctricas positivas, que repelen los iones positivos. Sólo admite las moléculas de agua, que presentan características eléctricas particulares (son dipolares) En los últimos diez años los canales de agua se convirtieron en un tema clave en la investigación, y se pudo determinar que las acuaporinas constituyen una gran familia de proteínas, que existen en las bacterias, las plantas y los animales. En el organismo humano se han hallado hasta ahora doce variantes de esta proteína. Las acuaporinas están presentes en el cristalino del ojo, en los glóbulos rojos, en los riñones, en las glándulas salivales y lacrimales, entre otros tejidos. En los riñones desempeñan un rol relevante en el mecanismo de reabsorción de agua. De hecho, más del 80 por ciento del líquido filtrado por el riñón es reabsorbido por éste. La hormona antidiurética estimula el transporte de las acuaporinas a la membrana celular de las paredes del túbulo de los riñones. Pero las personas que tienen una deficiencia en esa hormona o en la producción de acuaporinas en la membrana celular, padecen una enfermedad denominada diabetes insípida. Debido a que los líquidos no son reabsorbidos, estas personas producen de 10 a 15 litros de orina por día, cuando lo normal es entre uno y dos litros. Las acuaporinas también se vinculan a la fertilización del óvulo. Los ovocitos, hasta que son fecundados por el espermatozoide, carecen de canales de agua. Cuando entra el espermatozoide, los canales vuelven a expresarse. "Nosotros observamos que estos procesos están gobernados por hormonas", señala el doctor Parisi. Lo cierto es que la modulación de estos canales constituye un factor clave en la posibilidad del congelamiento de óvulos. Los canales de la membrana celular son una condición indispensable para la vida. Por ello, la comprensión de su funcionamiento constituye una base para el conocimiento de muchas enfermedades. De hecho, distintos tipos de deshidratación se vinculan con la eficacia de las acuaporinas. Por otra parte, los canales de potasio participan en el buen funcionamiento del sistema nervioso y de los músculos, entre los que se encuentra un músculo imprescindible: el corazón. En consecuencia, los canales se convertirán en un blanco obligado de la industria farmacéutica. (*) Centro de Divulgación Científica - SEGBE - FCEyN.
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