AQUAPORINES

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Structure et fonction de l'aquaporine-1

Sans entrer davantage dans les détails, la protéine AQP1 s'ancre dans les membranes cellulaires par six pieux, formés principalement d'hélices α, placées grosso modo en parallèle, perpendiculairement à la surface de la membrane. De plus, la structure de cette AQP1, en sa disposition membranaire, ménage un pore suivant l'axe. La forme d'ensemble de cette cavité la fit qualifier d'emblée de « sablier ». On peut la comparer aussi à un double entonnoir.

Les deux parties évasées viennent au contact, d'une part du cytoplasme, d'autre part de la solution aqueuse externe à la cellule. Les molécules d'eau, ce liquide physiologique omniprésent, s'y rassemblent, avant leur traversée du tuyau médian, dans l'un ou l'autre sens. Ledit tuyau, le chenal proprement dit, est long d'environ 2 nm et présente un diamètre, dans sa partie la plus étroite, d'environ 0,28 nm seulement : un goulot d'étranglement tout juste suffisant pour l'admission de molécules d'eau H2O, et leur passage une par une.

Ce chenal impose donc aux molécules d'eau de le parcourir en convoi, ou à la queue leu leu. Il est temps de décrire le mécanisme moléculaire de la migration des molécules d'eau, lorsqu'elles traversent le pore de l'aquaporine-1.

Revenons sur l'indispensable discrimination à l'encontre des espèces protonées H3O+, afin d'éviter une destruction des reins par acidification. Comment les canaux de l'aquaporine-1 ne se laissent-ils traverser que par des molécules d'eau H2O ? La réponse donnée par la protéine, dans son plan directeur et donc sa structure, est triplement astucieuse :

– n'autoriser le passage des molécules d'eau qu'en file indienne, l'une à la suite de l'autre : si elles étaient deux de front, ou même davantage, d'autres entités pourraient se glisser entre elles. La protéine AQP1 n'offre donc qu'un étroit chenal, de même que certains canaux ou leurs écluses n'admettent qu'une péniche de front ;

– les contraindre à mi-chemin à pivoter sur elles-mêmes de 1800 : ce qui empêche tout proton H+ de se glisser tout du long de leur ligne de crête, et de se faufiler de la sorte, tout aussi facilement qu'on attache ou détache une fermeture-éclair ;

– placer à un endroit stratégique de l'étroit chenal des atomes de la protéine, porteurs comme le proton H+ d'une charge électrique positive. La répulsion électrostatique (+, +) sert de garde-fou, elle s'oppose à ce qu'un proton H+ franchisse cette barrière.

De telle sorte, seules sont admises au travers du pore AQP1 des molécules d'eau « toutes nues, déshabillées » avant de passer par l'équivalent d'un portique de détection de tout ajout illicite. Si la traversée des membranes cellulaires par l'eau, en l'absence des pores d'aquaporines, peut se comparer à un filet d'eau, elle devient une cataracte lorsque de tels pores sont disponibles. Le flux au travers d'un seul chenal d'AQP1 n'est-il pas de trois milliards de molécules d'eau par seconde !

Certains individus, et de tels cas sont d'une grande rareté, manquent partiellement ou totalement d'aquaporine-1. Ce défaut n'est guère apparent, et ces personnes semblent bien se porter. Cependant, si on cherche bien, on leur trouve une insuffisance physiologique, rénale comme on pouvait s'y attendre. Ces patients sont inaptes à concentrer dans leur urine les molécules des déchets à évacuer par cette voie. De plus, lorsqu'ils sont à court d'eau de boisson, leurs mécanismes anti-déshydratation sont défaillants.

Cette anomalie a une cause génétique. Elle résulte de mutations affectant le gène codant l'AQP1. D'où le manque en cette protéine, qu'il s'agisse de tubules rénaux, de globules rouges ou de tout autre tissu comportant normalement cette aquaporine. Que cette absence soit normalement sans conséquence majeure vient de notre mode de vie moderne, puisque nous avons un accès aisé à de l'eau courante.

Mais cela ne fut pas toujours le cas. Durant l'évolution menant à Homo sapiens sapiens, nos ancêtres n'ont pas toujours disposé facilement de cette ressource qui, aujourd'hui, nous paraît aller de soi.

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Écrit par :

  • : professeur honoraire à l'École polytechnique et à l'université de Liège (Belgique)

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Pour citer l’article

Pierre LASZLO, « AQUAPORINES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 février 2023. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/aquaporines/