Los Canales de Membrana

Nuevamente se premia a científicos que con sus descubrimientos básicos han permitido, no solo ampliar los conocimientos en biología molecular, sino lograr resultados prácticos; estos hallazgos han servido para el desarrollo de numerosos medicamentos que mueven billones de dólares de la industria farmacéutica y se utilizan para tratar numerosas enfermedades.

Los americanos Peter Agre (Johns Hopkins) y Roderick MacKinnon (Rockefeller), ganaron el Premio Nóbel de Química por la identificación de los canales que transportan agua y los que lo hacen con iones. Localizados en las membranas celulares, son muy importantes en el funcionamiento cardiaco, renal, nervioso y muscular. Varios trastornos relacionados con esos órganos y la misma hipertensión arterial sistémica son tratados con medicamentos que modifican el paso de iones y de agua a través de estos micro túneles de transporte electrolítico.

Año Descubrimiento
1920: Bicapa lipídica (que protege contra toxicidad del calcio ionizado)
1950: Canales iónicos, intercambiadores y co-transportadores
1991: Acuoporinas. El agua –al igual que los iones- ingresa por difusión simple.
2003: Estructura cristalográfica de los canales de potasio, un tetrámero proteico Las acuoporinas

El laboratorio de Agre estaba dedicado a estudiar los antígenos del Rh, y en general habían publicado sobre anemias hemolíticas (esferocitosis, eliptocitosis). Por serendipia descubrieron en 1987 un polipéptido de 269 aminoácidos y 28 Kda al que denominaron CHIP28; esta proteína es abundante en el riñón y en el glóbulo rojo, tejidos muy permeables al agua. El 9 de octubre de 1991 comprobaron que se trataba de un canal de agua, el que posteriormente recibió el nombre de acuoporina 1 (AQP1). Actualmente se reconocen diez de estas acuoporinas en los mamíferos, y más de ellas en otros seres vivos como microorganismos y plantas. En el riñón actúan siete, la segunda de las cuales (AQP2) es regulada por la hormona antidiurética. Otras AQP renales tienen que ver con la concentración urinaria, entre otras funciones. Las que también son permeables al glicerol se denominan aquagliceroporinas. Tejidos oculares como el cristalino, glándulas lacrimales, salivares y sudoríparas, tejidos bronquiales, sistema nervioso (en lo relacionado con el liquido cefalo-raquídeo), también contienen acuporinas.

Su disfunción –bien genética, por drogas u otros- es origen o tiene relación con enfermedades del tipo de la diabetes insípida nefrogenica, queratoconjuntivitis sicca, cataratas congénitas, fibrosis quistica, entre otras. Juegan un papel en los edemas y se considera que muchas otras funciones –y los correspondientes medicamentos- están por descubrirse (Journal of Physiology, 2002. 542: 3-16).

Los canales iónicos

Al igual que las enzimas, los canales iónicos tienen sustratos específicos: canales de potasio, sodio, calcio y cloro. Estos iones atraviesan la membrana por difusión simple, pero los canales permiten selectivamente su paso. Dentro de sus muchas funciones, estos canales controlan el ritmo cardiaco, la secreción hormonal y la generación de impulsos eléctricos que permiten el transporte de información en el sistema nervioso. Algunos canales se abren o cierran al fijarse a un ligando especifico como el calcio, otros responden a cambios en el voltaje de la membrana. Estos últimos son macromoléculas proteicas modulares insertadas en la membrana y se comportan como transistores biológicos que actúan como un interruptor de luz. La estructura cristalográfica a los rayos X observada en una bacteria, muestra un diseño sorprendentemente simple, lo que descubre el misterio de su estructura cincuenta anos después que Hodking y Huxley describieran su función.

Los canales de potasio son un tetrámero (cuatro moléculas proteicas idénticas que permiten la conformación de un poro) y que tienen dos mecanismos: el de la compuerta (que se abre o cierra por estímulos del entorno, ya que una de las “colas” del tetrámero se desliza sobre el poro y lo cierra, y el del filtro, que solo permite el paso de una molécula de sodio por cada diez mil de potasio, lo que lo hace tremendamente selectivo. De esta manera se explica la regulación de la frecuencia neuronal de disparos, pues los canales se cierran solo algunos pocos milisegundos después de haberse abierto ( Nature 2003. 423: 42-48). En el corazón, el intercambio de sodio por potasio se realizan por medio de la “bomba de sodio”, una adenosintrifosfatasa. Los iones sodio son responsables del inicio de la despolarización y los de potasio, de la repolarizacion y del mantenimiento del potencial de base.