O documento descreve a estrutura e função da aquaporina 1. A aquaporina 1 é uma proteína de membrana que permite a passagem seletiva de moléculas de água através da membrana celular, sendo essencial para a manutenção do equilíbrio hídrico das células. Sua estrutura apresenta quatro poros formados por subunidades proteicas que permitem o fluxo de água enquanto restringem a passagem de outros solutos.

1. Prof. Rodrigo L. O. R. Cunha
Lucas Kuniyoshi 11089711
Marina Aparecida Cubi 11036811

2. 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.

3. 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.

4. 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.
(a) (b)
Figura 1 – porina da Rhodobacter capsulatus Figura 2 – Estrutura da porina e suas sub-unidades
Figura 3 – aminoácidos Polares e apolares

5. 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

6. 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 Figura 8 – AQP1 – Parte
monômeros Hidrofóbica

7. 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.

8. 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).

9. • 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:
11/11/2012.
• DERMEGE. Aquaporine Active AQP3. Disponível em: <http://www.dermage.com.br/dermage/paginas/Estudo-Aquaporine.pdf>.
Data de acesso:11/11/2012.
• INSTITUTO DE QUÍMICA DA USP. Estrutura e função: porina. Disponível em:
<http://www.iq.usp.br/bayardo/softwares/proteina/advanced/cap1/main1.html>. Data de acesso: 10/11/2012.
• 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.