Dr. Luis Alberto Lightbourn Rojas PhD.
Presidente del Instituto Lightbourn Research. Systems Biology.
“Los cambios fisiológicos o alteraciones patológicas, hoy pueden explicarse de mejor forma gracias estudios científicos y que forman un gran aporte para la investigación.”
El término acuaporinas, se refiere a unidades proteicas transmembranales que comúnmente se presentan como homo-tetrámeros o hetero-tetrámeros de diversas isoformas existentes en la naturaleza. En las que cada monómero representa un poro con la capacidad de transportar agua y otros solutos como lo son los compuestos nitrogenados, boro, silicio, anhídrido carbónico y glicerol.
Por el momento solo han sido transportadas siete subfamilias, que se denominan PIPs, TIPs, NIPs, SIPs, HIPs, GIPs, y XIPs; las cuales pueden dividirse en subgrupos de acuerdo a su composición de aminoácidos.
Su formación se inicia con una traducción interior de las células vegetales en el retículo endoplasmático, que hace detonar el transporte intrónico y exónico regulado por diversos componentes. El proceso inicia pasando por el aparato de Golgi y posteriormente se traslada hacia las membranas de los diversos compartimentos intracelulares.
Las acuaporinas tienen funciones muy específicas en diferentes etapas del desarrollo de los diferentes órganos de las plantas. Aunque su función se ve afectada por diversos factores que promueven el cambio a nivel transcriptómico, como los cambios estructurales que afectan su actividad.
Las elevaciones de temperatura promueven igualmente la activación de las acuaporinas reguladas por la radiación solar, que dan como resultado una sincronía circadiana de estas proteínas.
Por otro lado, la salinidad produce un efecto negativo en la transcripción, el transporte y la actividad de las mismas. Esto se soluciona mediante la aplicación de calcio en combinación con el elemento boro; de esta manera, los elementos desencadenan diversos mecanismos de señalización mediante las que activan calmodulinas, que a su vez, por un correcto balance de los elementos: N, P, K, Ca, B, Mg y Fe como bases de transporte de nutrientes coloidales promueven la formación correcta de tubulinas. Que juegan un rol esencial para la estructura y conducción intracelular de los diversos nutrientes para los vegetales.
La mayor parte de los cultivos son susceptibles a las diferentes condiciones climáticas, como las altas temperaturas y la poca disponibilidad que se tiene para el consumo de agua en las condiciones, cantidades y calidad adecuadas.
Como ya es conocido, las plantas obtienen agua a través de las raíces por 3 mecanismos denominados:
1) apoplástico en el que se trasladan por el protoplasto;
2) simplástico por el plasmodesmata; y
3) por rutas transcelulares que cruzan la membrana celular, de las que destacan las rutas de las acuaporínicas y que son la mayor ruta de obtención de agua de las raíces.
La presencia de ellas en las hojas y raíces, queda estrechamente ligada a la existencia de barreras en el transporte apoplástico, en la que se impide el acceso total de agua para los distintos compartimentos internos de los tejidos vegetales.
El estado silencioso de la acuaporinas se relaciona con la disminución del crecimiento, incluso en la senesencia y muerte prematura de las plantas de un cultivo. Ya que al ser canales proteicos transmembranales, que no solo facilitan el tránsito de agua, sino de solutos como el CO2, amonio, arsénico, ácido bórico, glicerina, entre otros.
Subfamilias
Como se ha mencionado anteriormente las acuaporinas pueden dividirse en siete subfamilias. De las que se encuentran: las proteínas intrínsecas de la membrana plasmática(PIPs), las intrínsecas del tonoplasto (TIPs), las del nodulin-26 (NIPs), las intrínsecas pequeñas(SIPs), las proteínas GlpF (GIPs), las intrínsecas híbridas (HIPs) y las intrínsecas X(XIPs, todas interpretadas con su correspondiente por sus siglas en ingles).
De estas subfamilias, se han descubierto un gran número de acuaporinas PIPs, las que hasta el momento, han sido las más estudiadas junto con las TIPs. Estas subfamilias pueden dividirse en subgrupos basados en la secuencia de nucleótidos de cada gen y con la similitud de las secuencias de aminoácidos. Las PIPs son divididas en 2 subgrupos denominados PIP1 y PIP2; mientras que las TIPs en 5 denominadas TIP1, TIP2, TIP3, TIP4 y TIP5. Estos subgrupos se presentan en distintas isoformas, las cuales se presentan de la siguiente forma: PIP1, 2, PIP1, 2, PIP1, 3 y así sucesivamente.
Localización de Acuaporinas.
Las acuaporinas se pueden localizar en cualquier tejido vegetal, a excepción de las PIPs y TIPs, ya que pueden encontrarse con mayor frecuencia en las raíces de las plantas que en las hojas. Mientras que en las hojas se presentan mayormente algunas isoformas esto debido al transporte especifico de CO2.
Aunque también pueden localizarse en las membranas de cualquiera de los orgánulos de las células que las contienen como la membrana plasmática, el retículo endoplasmático, las vacuolas y los cloroplastos, entre otros. Esto significa que las células vegetales tienen la necesidad de controlar de manera armónica el transporte de agua y diferentes solutos a través de distintas membranas.
Las primeras acuaporinas que se descubrieron fueron nombradas de acuerdo a la ubicación donde fueron halladas. Por ejemplo, si las TIPs se encontraron en membranas vacuolares se les denominaron tonoplasto, mientras que en la mayor parte de las PIPs, se encuentra presente la membrana plasmática y de la que se han encontrado PIPs en otros compartimentos, que han facilitado el transporte de CO2 a dicho orgánulo. Entonces las acuaporinas SIPs, se denominaron así, por su tamaño, ya que estas proteínas contienen una región N-terminal muy pequeña en el citoplasma, razón por la cual son de menor tamaño respecto a otras acuaporinas.
Las SIPs se encuentran principalmente en el retículo endoplasmático y en algunas ocasiones en el tonoplasto o membrana plasmática. Mientras que las NIPs, se localizan en las membranas peribacteroides de fijación de nitrógeno como lo son las raíces de leguminosas. Algunas NIPs, han sido ubicadas en la membrana plasmática y en el retículo endoplasmático de otras especies de plantas. Y final las XIPs han sido situadas en la membrana plasmática.
Algunas acuaporinas tienen la característica de tener una localización polarizada. Como por ejemplo: una acuaporina AtNIP5, 1, es inducida en la parte externa de las células radiculares. Esta funciona como un canal de obtención de boro, mientras que BOR1 (proteína excretora de Boro), se encuentra en la cara interna de las células radiculares, con la que se facilita el transporte de este elemento desde el suelo hasta los tejidos vasculares de la planta.
La nutrición vegetal altamente compatible con la naturaleza celular de las plantas en un futuro inmediato, será determinante no solo para transportar de manera adecuada los elementos esenciales y microelementos que las células vegetales de las plantas requieren para llevar a cabo diversos y complejos procesos de bioquímica celular; sino que serán determinantes para el correcto aprovechamiento del agua, ya que al insertar las acuaporinas y formar canales auxiliares en las membranas de las células, permitirán aplicaciones de caldos de nutrientes más eficientes con dosis correctas de agua evitando su desperdicio.
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