A lo largo de millones de años, las plantas desarrollaron diferentes estrategias para aprovechar mejor un recurso tan vital como el agua. Esta, en su recorrido desde la raíz hasta las hojas, se desplaza mediante los vasos conductores y por los espacios entre las células. Pero en las últimas décadas se descubrió que el agua también atraviesa la membrana de las células por unos poros o canales que se denominaron acuaporinas.

Se trata de proteínas que tienen la capacidad de regular la entrada y salida del agua según las necesidades. Estudiar de qué manera actúan estas proteínas puede contribuir a desarrollar métodos de mejoramiento vegetal, por ejemplo, para regular la maduración de ciertas frutas.

A la hora de madurar, las frutas no son todas iguales. Hay algunas que, todavía verdes, pueden ser arrancadas del árbol y maduran fuera de él, como las bananas y las peras. Pero hay otras que deben cortarse justo a punto, como las frutillas y las uvas. Si están aún verdes, no maduran. Una hormona vegetal, el etileno, es la responsable del proceso. Y, cuando este compuesto es liberado por una fruta madura, acelera el proceso de las que la rodean: de ahí la conocida frase que afirma que “una manzana podrida echa a perder a las demás”.

Si las frutas maduran luego de extraídas de la planta, se conservan mejor y no sufren magulladuras con el transporte y el almacenamiento. Pero las frutillas no gozan de esa ventaja: una vez cortadas, como ya están maduras, pierden pronto su lozanía.

El hecho es que las frutillas no incrementan la producción de etileno en su etapa final, y por ello necesitan seguir unidas a la planta para poder tomar color rojo y sabor más dulce. Es en ese proceso en el que las acuaporinas podrían estar cumpliendo un rol importante.

“Durante la maduración de las frutillas, se producen cambios en la expresión de las acuaporinas de la membrana celular: la fruta que está verde tiene un nivel diferente de la de color rojo maduro”, relata la doctora Gabriela Amodeo, investigadora del Conicet en el Laboratorio de Fisiología Vegetal de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. Y prosigue: “Las acuaporinas constituyen un mecanismo que regula el movimiento de agua a través de las células y que podría contribuir a frenar, compensar o acelerar los procesos de maduración”. Conocer a fondo los mecanismos del movimiento del agua en las células podría repercutir en el mejoramiento vegetal y, por ende, en la industria de la postcosecha, para resolver el problema de transportar las frutas sin que pierdan sus propiedades.

LAS RUTAS DEL AGUA

Tradicionalmente, a la hora de plantear estrategias de mejoramiento vegetal, no se tenía en cuenta el movimiento del agua a través de las membranas porque se desconocía la existencia de las acuaporinas. Según Amodeo, hoy resulta fundamental el estudio de la fisiología del agua en la planta, e identificar los mecanismos de regulación que se desencadenan cuando ese líquido vital escasea.

En las plantas, el agua ingresa a la raíz y se desplaza por los espacios que encuentra hasta llegar a los vasos conductores. Pero algunas moléculas de agua se enfrentan con una disyuntiva: circular por fuera de las células o ingresar al interior de ellas. No obstante, para entrar deben atravesar una barrera: la membrana celular, con su doble capa de lípidos. Se trata de un camino muy tortuoso. Por esta razón, las investigaciones tradicionales no se interesaron en esa vía.

Hasta mediados del siglo XX, se pensaba que el agua en las plantas ascendía en forma exclusiva por los vasos. Pero a partir de 1950, y sobre todo en estudios de fisiología renal, surgieron evidencias de que las membranas celulares de ciertos tejidos debían contener poros o canales que facilitaran el movimiento de agua a través de las células. En los treinta años siguientes se estudiaron en detalle estas membranas celulares permeables al agua, y se demostró que contaban con mecanismos de regulación del transporte del agua: se evidenció la presencia de poros.

LAS ACUAPORINAS Y EL NOBEL

Si esos poros regulaban la entrada y salida del agua, debían tener la estructura de una proteína, que, al cambiar su conformación, regula la apertura y el cierre. En 1992, el químico estadounidense Peter Agre, de la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, logró identificar la proteína tan buscada, y la bautizó “acuaporina”. El investigador, laureado con el Nobel de Química en 2003 por ese logro, demostró su hipótesis inyectando material genético extraído de glóbulos rojos humanos en el ovocito de un anfibio (célula que normalmente no presenta canales de 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 de manera más lenta.

En el 2000, Agre logró las primeras imágenes de alta resolución de la estructura tridimensional de la acuaporina; pudo determinar cómo funciona y 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 tienen un polo positivo y otro negativo (son dipolares).

En los últimos años, las acuaporinas se convirtieron en un tema clave en la investigación, y se determinó que constituyen una gran familia de proteínas, que existen en las bacterias, las plantas y los animales. En el organismo humano, están presentes en el cristalino del ojo, en los glóbulos rojos, en los riñones, en las glándulas salivales y lacrimales, entre otros tejidos, y en los riñones desempeñan un rol central en el mecanismo de reabsorción de agua. Ahora bien, mientras que en los seres humanos se identificaron trece tipos de acuaporinas, en las especies vegetales se hallaron alrededor de 35 variantes. La presencia de un número alto de acuaporinas en las plantas replanteó el papel que éstas desempeñan en el movimiento del agua a través de las células.

En el laboratorio que dirige Amodeo, los investigadores estudian aquellas acuaporinas que están presentes en determinadas membranas celulares, por ejemplo, en la raíz de la remolacha (Beta vulgaris) o en las frutillas (Fragaria ananassa), y tratan de que esas acuaporinas se expresen en ovocitos de anfibios del género Xenopus. Una vez que la proteína se produce en gran abundancia en esas células, los investigadores pueden caracterizarla, por ejemplo, conocer cómo responde al pH y si transporta sólo agua o también otras sustancias.

La membrana celular tiene otros poros, los canales iónicos, a través de los cuales pasan los iones, como el sodio y el potasio.

ACUAPORINAS Y MADURACION

En el proceso de ablandamiento de las frutillas, en la maduración, hay cambios en la expresión de las acuaporinas. Dado que aumentan su presencia a medida que la frutilla madura, y acompañan esa etapa final con cambios de turgencia, los investigadores piensan que ellas cumplen un rol al favorecer movimientos más rápidos de agua.

Antes se creía que la maduración dependía sólo de los cambios en la pared que rodea a la célula vegetal, por fuera de la membrana celular. Cuando la pared está firme, y la célula absorbe agua y se hincha, la pared restringe esa expansión o aumento de volumen, presiona y la fruta se vuelve turgente. Pero cuando la pared se degrada, la célula pierde turgencia.

La importancia de las acuaporinas reside en que pueden aumentar o disminuir la resistencia al pasaje de agua en las células. “Si uno quiere retrasar el ablandamiento, es importante estudiar no solo lo que le sucede a la pared celular sino también lo que acontece en la membrana celular y ver el comportamiento de las acuaporinas”, concluye Amodeo.

* Centro de Divulgación Científica,
Facultad de Ciencias Exactas
y Naturales, UBA.