O papel primário do rim é regular o pH do sangue, eliminar produtos tóxicos do metabolismo e regular equilíbrio de água do corpo. Cada rim contém cer- ca de um milhão de néfrons, as unidades funcionais multicelulares do tecido. Cada néfron tem várias re- giões distintas (ver diagrama), cada uma com fun- ções muito específicas no processamento do filtrado do sangue, que ocorre no glomérulo. Uma grande quantidade de sangue é filtrada (cerca de 150 L/dia), e a água deve ser reabsorvida no néfron e ductos co- letores, exceto cerca de 1,5 L/dia, que é excretado como urina. Aquaporinas são responsáveis pela re- cuperação de água do filtrado à medida que flue pelo lúmen do néfron. Como indicado no diagrama, pelo menos sete diferentes isoformas de aquaporinas, lo- calizadas em diferentes pontos ao longo do néfron e dos ductos coletores, são responsáveis pela reabsor- ção de água.
Existem várias doenças renais nas quais a reab- sorção de água é anormal e nas quais a expressão e a função das aquaporinas foi investigada. Vários mo- delos animais dessas condições foram úteis na de- terminação da causa de algumas dessas condições. Baixos níveis de AQP2 e poliúria (excreção excessi- va de urina) são encontrados em diabetes insipidus nefrogênica adquirida (NDI), hipocalemia adquirida (baixo K+sangüíneo) e hipercalcemia (Ca2+ sangü-
íneo aumentado). Em muitos casos, NDI é causada por incapacidade do rim responder a vasopressina (ver p. 897); considera-se que isso leve a uma ex- pressão diminuída e/ou incorporação de AQP2 na membrana. Em outros casos de NDI, há um defeito no gene da aquaporina; em alguns casos, este de- feito leva a uma incapacidade do monômero formar estruturas tetraméricas normais. Níveis de AQP1, AQP2 e AQP3 em modelos animais são reduzidos
em isquemia tissular. Em algumas condições, como insuficiência cardíaca congestiva, cirrose hepática e gravidez, há um aumento na quantidade de AQP2 no rim, levando a uma expansão no volume líquido ex- tracelular. Seres humanos sem atividade de AQP1 do rim aparentemente não têm problemas detectáveis em condições normais, mas podem ter em condições de estresse (desidratação). Espera-se que condições clínicas adicionais venham a ser atribuídas a altera- ções nas outras aquaporinas.
Urina final Dutos coletores AQP 2, 3, 4, 6, 8 Tubo proximal AQP 1, 7, 8 Alça descendente fina AQP 1 Túbulo contornado distal Alça ascencente fina Túbulo de conexão Glomérulo Água Água +ADH água +ADH água Água Água
Localização de aquaporinas em cada segmento do néfron e ductos coletores do rim.
Modificado a partir de figura das citações abaixo.
Fonte: King, L. S. e Yasui, M. Aquaporins and disease: Lessons from mice to humans. Trends Endocrinol. Metab.
13:355, 2002. Nielsen, S., Frokiaer, J., Marples, D., Kwon, T-H., Agre, P., e Knepper, M. A. Aquaporins in the kidney: From molecules to medicine. Physiol. Rev. 82: 205, 2002. King, L. S., Kozono, K., e Agre, P. From structure to disease: The evolving tale of Aquaporin biology. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 5:687, 2004.
resíduo carregado positivamente a cada terceira posi- ção, e pode servir como um sensor de voltagem; des- locamento mecânico deste segmento pode levar a uma mudança conformacional na proteína, resultando em abertura do canal. Dois mecanismos muito diferentes foram sugeridos, mas nenhum provado, para como o ca- nal e os domínios sensíveis a voltagem são acoplados e iniciam a abertura do canal. Canais iônicos voltagem-
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|PARTE 3 FUNÇÕES DE PROTEÍNAS
12.10
| IONÓFOROS
Um grupo interessante de compostos sintetizados e excretados por bactérias facilita a translocação de íons inorgânicos através de membranas de outras células. Essas moléculas, chamadas ionóforos, são membros
dos canais sintetizados não-ribossomicamente (ver p. 459) e são compostos de peso molecular relativamente baixo (até alguns milhares de daltons). Há dois subgru- pos principais. (1) transportadores móveis, que ligam um íon e se difundem facilmente em uma membrana, e (2) formadores de canal. Alguns ionóforos importantes são listados na Tabela 12.11.
Cada transportador móvel tem uma especificidade definida para íons. Valinomicina (Figura 12.59) tem
uma afinidade por K+ 1.000 vezes maior do que por Na+,
e A23187 (Figura 12.60) tem uma afinidade por Ca2+
10 vezes maior do que por Mg2+. Vários dos transpor-
tadores móveis têm uma estrutura cíclica, e o íon fica coordenado com átomos de oxigênio no centro da es- trutura; a periferia da molécula consiste de grupos hi- drofóbicos. Quando um íon é quelado pelo ionóforo, sua capa de água é removida e o íon é envolvido pela capa hidrofóbica. O complexo ionóforo-íon difunde-se livre- mente através da membrana. Como interação de íon e ionóforo é uma reação de equilíbrio, uma concentração de estado estacionário (steady state) do íon se estabe- lece em ambos os lados da membrana.
Valinomicina transporta K+ por um mecanismo ele-
trogênico uniporte que cria um gradiente eletroquímico através de uma membrana, visto que transporta um K+
carregado positivamente (Figura 12.61a). Nigericina é
um antiporter eletricamente neutro; seu grupo carbo- xila, quando dissociado, liga um íon positivo, como K+,
formando um complexo neutro que cruza a membrana. Transporta um próton de volta na difusão pela membra- na, levando a uma troca de K+ por H+ (Figura 12.61b).
Gramicidina A é um peptídeo de 15 resíduos com
D- e L-aminoácidos alternados. Em membranas, forma uma β-hélice e pode dimerizar, formando um longo seg- mento transmembrânico (25 Å) e um canal de diâmetro estreito (5 Å) (Figura 12.62). Resíduos polares reves-
TABELA 12.11 Importantes Ionóforos
Composto Importantes Cátions Transportados Ação
Valinomicina K+ ou Rb+ Uniporte, eletrogênico
Nonactina NH4+, K+ Uniporte, eletrogênico
A23187 Ca2+/2 H+ Antiporte, elétron-neutro
Nigericina K+/H+ Antiporte, elétron-neutro
Monensina Na+/H+ Antiporte, elétron-neutro
Gramicidina H+, Na+, K+, Rb+ Forma canais
Alameticina K+, Rb+ Forma canais
L-Val L-Val L-Val D-Val D-Val D-Val H H H O O O O O O O O O O O O O N N N N N N O O O O O L L L K+ CH3 CH3 CH3 CH3 NH C C H3C OH O O O O O H H NH N FIGURA 12.59
Estrutura do complexo valinomicina-K+.
Abreviaturas: D-Val, D-valina; L-Val: L-valina; L, L-lactato; H, D-hidroxiisovalerato.
FIGURA 12.60
Estrutura de A23187, um ionóforo de Ca2+.
tem o canal e grupos hidrofóbicos ficam na periferia do canal, interagindo com a membrana lipídica. A estru- tura permite a passagem de água e cátions divalentes, mas não ânions. Associação e dissociação de monôme- ros controla a taxa de fluxo de íons.
Ionóforos têm atividade de antibiótico, porque rompem o equilíbrio iônico intracelular. São também valiosas ferramentas experimentais em estudos de translocação de íons em membranas biológicas e para manipulação da composição iônica de células.
CAPÍTULO 13 FUNDAMENTOS DA TRANSDUÇÃO DE SINAL
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P P P P