endereçamento de proteínas

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SUMÁRIO
1. Núcleo ............................................................................ 3
2. Complexo De Poro Nuclear ................................... 4
3. Transporte Núcleo-Citoplasma ............................ 6
4. Mitocôndria ................................................................... 9
5. Transporte Núcleo – Mitocôndria ......................12
6. Retículo Endoplasmático .....................................15
7. Glicosilação Proteica ...............................................20
8. Movimentação das Proteínas 
entre os Compartimentos .........................................25
9. Complexo de Golgi ..................................................26
10. Lisossomos ..............................................................39
11. Peroxissomos .........................................................43
Referências Bibliograficas .........................................46
3COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Distintamente da célula bacteriana, 
ou procariótica, que apresenta apenas 
um único compartimento intracelular 
envolto por membrana, a célula euca-
riótica apresenta vários compartimen-
tos funcionalmente distintos envoltos 
por membrana. Cada compartimento 
ou organela executa uma função es-
pecífica, através de um conjunto pró-
prio de enzimas e vias de distribuição 
que conduzem o conteúdo produzido 
para outro compartimento. 
Toda e qualquer célula eucarióti-
ca tem o mesmo conjunto básico de 
organelas circundadas por membrana 
que incluem o núcleo; mitocôndrias, e 
no caso da célula vegetal, cloroplas-
tos, envolvidos no metabolismo ener-
gético; lisossomos e peroxissomos, 
especializados na digestão de molé-
culas e em reações oxidativas, res-
pectivamente; retículo endoplasmá-
tico e complexo de Golgi, que lidam 
com a organização e o transporte de 
proteínas com diferentes destinos (Fi-
gura 1). Discutiremos a seguir, mais 
detalhadamente, sobre cada uma 
destas estruturas.
Figura 1. Principais componentes da célula eucariótica animal. Fonte: COOPER, 2007.
1. NÚCLEO
O núcleo é o principal elemento que 
distingue células eucarióticas das 
procarióticas. O núcleo funciona 
como depósito da informação gené-
tica e do controle regido pela célula. 
Por restringir o acesso de proteínas 
ao material genético, o envelope nu-
clear garante maior rigidez no contro-
le da expressão gênica. Importantes 
processos como replicação do DNA, 
transcrição e processamento do RNA 
ocorrem dentro do núcleo.
Ribossomos
Citoesqueleto
Lisossomo
Retículo endoplasmático liso
Complexo de Golgi
Nucléolo
Núcleo
Retículo endoplasmático rugoso
Mitocôndria
PeroxissomoCentríolo
4COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
O núcleo, porém, não está isolado do 
citoplasma. A membrana que o en-
volve é perfurada por complexos do 
poro nuclear (Figura 2). Ainda que as 
membranas internas e externas se-
jam contínuas, elas apresentam dife-
rentes elementos proteicos. A porção 
interna, exibe sítios para ligação de 
cromossomos e para a lâmina nu-
clear, que é constituída por proteínas 
que dão suporte estrutural ao enve-
lope. Esta lâmina também pode atu-
ar como ponto de ancoragem para 
cromossomos e para o citoesqueleto 
citoplasmático. 
Figura 2. Envoltório nuclear. Observe a membrana dupla, perfurada pelo complexo de poros. A lâmina nuclear, aderida 
ao folheto interno, apresenta constituição proteica fibrosa. Observe também a continuidade entre o lúmen do RE e o 
folheto externo nuclear. Fonte: ALBERTS, 2017
2. COMPLEXO DE PORO 
NUCLEAR
Cada complexo do poro nucle-
ar (NPCs, do inglês, nuclear pore 
complexes), é constituído por um 
grupo de cerca de 30 proteínas dis-
tintas, ou nucleoporinas (Figura 3). 
Algumas destas guardam semelhan-
ças com proteínas do revestimento 
5COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
de vesículas, como clatrina e COPII, o 
que levanta a hipótese de uma possí-
vel origem evolutiva comum.
A membrana nuclear exibe cerca de 3 
mil a 4 mil NPCs, variando este núme-
ro conforme o tipo celular. Cada NPC 
tem a capacidade de transportar até 
1000 macromoléculas por segundo 
em ambas direções, ao mesmo tem-
po. Ainda não está claro como este 
fluxo é coordenado de modo que se 
evite colisões ou bloqueios. 
As NPCs apresentam canais aquosos 
por meio dos quais pequenas molé-
culas solúveis em água podem pas-
sar de modo passivo. Moléculas de 
até 5 mil dáltons conseguem difundir 
rapidamente. Grandes moléculas, no 
entanto, atravessam esta estrutura 
mais lentamente, sendo que aquelas 
maiores que 60 mil dáltons não con-
seguem ultrapassar por difusão pas-
siva. Assim, o que determina a estru-
tura que passará ou não pelos poros 
passivamente é a estrutura da NPC. 
É de se esperar, desta forma, que os 
compartimentos nuclear e citosólico, 
apresentem distintas composições 
proteicas.
Com base na sua localização, as nu-
cleoporinas podem ser classificadas 
em: proteínas transmembrana do 
anel, que atravessam o envelope nu-
clear e ancoram o NPC ao envelope; 
nucleoporinas de suporte, que for-
mam arranjos em camadas de anéis, 
estabilizando a curvatura acentuada 
da membrana no local em que o en-
velope nuclear é penetrado; e nucle-
oporinas do canal, que delimitam o 
poro central. 
Muitas nucleoporinas do canal apre-
sentam regiões não estruturadas, 
onde as cadeias polipeptídicas são 
intrinsecamente desordenadas. O 
poro central é preenchido com uma 
malha emaranhada destes domínios 
desordenados, o que bloqueia a di-
fusão passiva de macromoléculas. 
As regiões desordenadas contêm um 
grande número de repetições feni-
lalanina-glicina (FG).
6COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Proteínas como DNA-polimerase e 
RNA-polimerase têm subunidades 
de 100 mil a 200 mil dáltons. Diante 
disso, um questionamento a ser fei-
to é como elas adentram o envelope 
nuclear.
3. TRANSPORTE 
NÚCLEO-CITOPLASMA
Sinais de localização nuclear 
Sinais de endereçamento chama-
dos de sinais de localização nuclear 
(NLSs, do inglês, nuclear localiza-
tion signals) são os responsáveis 
pela seletividade desse processo nu-
clear de importação. Em muitas pro-
teínas nucleares, os sinais consistem 
em uma ou duas sequências curtas 
ricas em aminoácidos carregados 
positivamente, lisina e arginina, com 
a sequência exata variando para di-
ferentes proteínas. Outras proteínas 
nucleares, no entanto, exibem dife-
rentes sinais, os quais ainda não fo-
ram caracterizados. 
Os sinais de localização podem es-
tar presentes em qualquer região da 
sequência de aminoácidos; acredita-
-se que no local da sua apresentação, 
Figura 3. Arranjo de NPCS. A, Em NPC de vertebrados, as nucleoporinas são organizadas com simetria rotacional óctu-
pla. A simetria transversa duplicada e rotacional octuplicada explica como estas estruturas enormes podem se formar a 
partir de apenas 30 diferentes proteínas: muitas das nucleoporinas estão presentes em 8, 16 ou 32 cópias. B, Micrografia 
eletrônica de varredura do lado nuclear do envelope nuclear de um oócito. C, Micrografia eletrônica mostrando uma vista 
lateral de dois NPCs (colchetes). D, Micrografia eletrônica mostrando uma vista frontal dos NPCs. Observe que alguns 
NPCs contêm materiais nos seus centros, que poderiam representar macromoléculas em trânsito. Fonte: ALBERTS, 2017.
7COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
existam alças ou regiões na superfície 
da proteína. Assim, é presumido que 
a localização exata do sinal não é im-
portante, sendo suficiente que ape-
nas uma região do complexo proteico 
exiba o sinal para que todo o comple-
xo seja translocado para o núcleo.
Experiências com partículas de ouro 
tornaram visíveis a atividade de im-
portação através das NPCs. As par-
tículas ligam-se às fibrilas, que se es-
tendem das nucleoporinas de suporte 
na borda do NPC para o citosol e, en-
tão, prosseguem através do centro 
do NPC. O transporte macromolecu-
lar pelos NPCs é fundamentalmente 
diferente do transporte de proteínas 
pelas membranas das outras organe-
las, pois ocorre por um grande poro 
aquoso, ao invés de usar uma prote-
ína transportadora abrangendouma 
ou mais bicamadas lipídicas. 
Assim, as proteínas nucleares podem 
ser transportadas para o núcleo por 
uma NPC quando estão em confor-
mação completamente enovelada. 
Ainda, pela mesma forma, uma subu-
nidade ribossômica recém-formada 
é transportada para fora do núcleo 
como uma partícula já montada. Ao 
contrário, as proteínas devem ser ex-
tensivamente desenoveladas duran-
te seu transporte para a maioria das 
outras organelas.
Para iniciar a importação nuclear, 
a maioria dos sinais de localização 
nuclear deve ser reconhecida pelos 
receptores de importação nuclear, al-
gumas vezes chamados de importi-
nas. Cada membro dessa família codi-
fica uma proteína receptora que pode 
se ligar e transportar subconjuntos de 
proteínas, as quais exibem sinal de 
localização nuclear apropriado.
Os receptores de importação nuclear 
nem sempre se ligam diretamente a 
proteínas nucleares, sendo necessá-
rias algumas proteínas adaptadoras 
adicionais. Algumas proteínas adap-
tadoras são estruturalmente relacio-
nadas aos receptores de importação 
nuclear, sugerindo uma origem evo-
lutiva comum. O uso de uma varieda-
de de receptores de importação e de 
adaptadores permite que a célula re-
conheça o amplo repertório de sinais 
de localização nuclear exibidos pelas 
proteínas nucleares. 
Os receptores de importação são 
proteínas citosólicas solúveis que se 
ligam tanto no sinal de localização 
nuclear da proteína a ser transporta-
da quanto nas sequências repetidas 
fenilalanina–glicina (FG) nos domínios 
não estruturados do canal. Acredita-
-se que as repetições FG no ema-
ranhado não estruturado interagem 
fracamente, resultando em uma pro-
teína com propriedades semelhantes 
a um gel que impõe uma barreira de 
permeabilidade a grandes macromo-
léculas e serve como local de ancora-
gem para os receptores nucleares de 
importação. 
8COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
De acordo com um modelo de trans-
porte nuclear, complexos receptor-
-carga se movimentam ao longo da 
via de transporte, ligando-se, dis-
sociando-se e então religando-se, 
repetidas vezes, às sequências ad-
jacentes contendo repetições FG. 
Dessa forma, os complexos podem 
saltar de uma nucleoporina para ou-
tra para atravessar o interior emara-
nhado do NPC de maneira aleatória. 
Como os receptores de importação 
se ligam às repetições FG durante o 
caminho, eles poderiam interromper 
as interações entre as repetições e 
localmente dissolver o gel proteico do 
emaranhado que preenche os poros, 
permitindo a passagem do complexo 
receptor-carga. 
Uma vez no núcleo, os receptores 
de importação dissociam-se da sua 
carga e retornam ao citosol. Como 
veremos, essa dissociação ocorre 
apenas no lado nuclear do NPC, con-
ferindo direcionalidade ao processo 
de importação.
Exportação nuclear 
A exportação de grandes moléculas 
do núcleo, como novas subunidades 
ribossômicas e moléculas de RNA, 
ocorre por meio de NPCs e depende 
de um sistema seletivo de transpor-
te. O sistema de transporte se baseia 
nos sinais de exportação nuclear nas 
macromoléculas a serem exporta-
das, assim como nos receptores de 
exportação nuclear complementares, 
ou exportinas. Ou seja, o processo é o 
mesmo que aquele envolvido na im-
portação, porém, ocorrendo no sen-
tindo inverso. 
Muitos dos receptores de exportação 
nuclear são estruturalmente relacio-
nados aos receptores de importação 
nuclear e são codificados pela mes-
ma família de genes dos receptores 
de transporte nuclear, ou carioferinas. 
Com base apenas na sequência de 
aminoácidos, em geral, não é possível 
distinguir se um membro da família 
atua como um receptor de importa-
ção ou de exportação nuclear. Como 
poderia ser esperado, portanto, os 
sistemas de transporte de importa-
ção e de exportação funcionam de 
modo similar.
Direcionalidade do processo
A direcionalidade da carga, ou seja, 
se será ela importada ou exportada, 
dependerá da atividade da GTPase 
Ran monomérica. Assim como outras 
GTPases, a Ran é um interruptor mo-
lecular que pode existir em dois esta-
dos conformacionais, dependendo se 
o GDP ou o GTP está ligado. 
A conversão entre os dois estados 
é desencadeada por duas proteí-
nas reguladoras Ran-específicas, 
uma proteína ativadora de GTPase 
(GAP: GTPase-activating protein) 
citosólica, que aciona a hidrólise de 
GTP e, assim, converte Ran-GTP em 
9COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Ran-GDP; e um fator de troca de gua-
nina (GEF: guanine exchange factor) 
nuclear, que promove a troca de GDP 
para GTP e, assim, converte Ran-G-
DP em Ran-GTP. 
Visto que o Ran-GAP está localizado 
no citosol e o Ran-GEF está localiza-
do no núcleo ancorado à cromatina, o 
citosol contém principalmente Ran-
-GDP, e o núcleo contém sobretudo 
Ran-GTP. Este gradiente das duas 
formas conformacionais de Ran di-
rige o transporte nuclear na direção 
apropriada.
Receptores de importação, facilitados 
pela ligação à repetição FG, entram 
então no canal. Se atingirem o lado 
nuclear do complexo do poro, Ran-G-
TP liga-se a eles, e se chegarem car-
regados com moléculas-carga, a li-
gação de Ran-GTP faz os receptores 
de importação liberarem sua carga. 
Como Ran-GDP no citosol não se liga 
a receptores de importação (ou ex-
portação), o descarregamento ocorre 
apenas no lado nuclear do NPC. 
Dessa maneira, a localização nucle-
ar de Ran-GTP cria a direcionalidade 
do processo de importação. Depois 
de descarregar sua carga no núcleo, 
o receptor de importação vazio com 
Ran-GTP ligado é transportado de 
volta ao citosol através do comple-
xo do poro. Lá, Ran-GAP estimula 
Ran-GTP a hidrolisar seu GTP ligado, 
convertendo-o, assim, a Ran-GDP, 
o qual dissocia-se do receptor. O re-
ceptor está pronto, então, para outro 
ciclo de importação nuclear. 
A exportação nuclear ocorre por um 
mecanismo similar, exceto pelo fato 
de que Ran-GTP no núcleo promo-
ve a ligação da carga ao receptor de 
exportação, ao invés de promover a 
dissociação da carga. Uma vez que o 
receptor de exportação se movimen-
ta através do poro para o citosol, ele 
encontra Ran-GAP que induz o re-
ceptor a hidrolisar seu GTP a GDP. 
Como resultado, o receptor de expor-
tação libera sua carga e Ran-GDP no 
citosol. Os receptores de exportação 
livres retornam ao núcleo para com-
pletar o ciclo.
4. MITOCÔNDRIA
Até 20% do volume citoplasmático 
das células é ocupado pelas mito-
côndrias. Plásticas e dinâmicas, mo-
vem-se pela célula, mudando cons-
tantemente de forma, dividindo-se 
e fusionando-se. As mitocôndrias 
costumam estar associadas ao cito-
esqueleto microtubular, o que deter-
mina sua orientação e distribuição em 
diferentes tipos celulares. 
10COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
As mitocôndrias também interagem 
com outros sistemas de membranas 
na célula, principalmente com o retí-
culo endoplasmático (RE). Presume-
-se que esta interação define domí-
nios especializados que facilitam a 
troca de lipídeos entre os dois siste-
mas de membranas. 
A aquisição de mitocôndrias foi um 
pré-requisito para a evolução de ani-
mais complexos. Sem as mitocôn-
drias, as células dos animais moder-
nos teriam de produzir todo o seu 
ATP por meio da glicólise anaeróbica. 
Quando a glicose é convertida em pi-
ruvato pela glicólise, apenas uma pe-
quena fração de toda a energia livre 
potencialmente disponível é libera-
da. Nas mitocôndrias, o metabolismo 
de açúcares é completo, o piruvato é 
importado para dentro da mitocôn-
dria e, em última instância, oxidado 
pelo O2 em CO2 e H2O, o que pos-
sibilita a produção de 15 vezes mais 
ATP do que o produzido apenas pela 
glicólise. Como explicaremos adian-
te, isso se tornou possível somente 
quando foi acumulada uma quanti-
dade suficiente de oxigênio molecular 
na atmosfera terrestre para permitir 
que organismos pudessem aprovei-
tar completamente, por meio da res-
piração, as grandes quantidades de 
energia potencialmente disponíveis 
a partir da oxidação de compostos 
orgânicos.
Estrutura mitocondrial 
Assim como as bactérias a partir 
das quais se originaram, as mito-
côndriaspossuem duas membranas, 
uma externa e outra interna. As duas 
membranas possuem funções e pro-
priedades distintas, e delineiam com-
partimentos separados dentro da or-
ganela. A membrana interna define o 
espaço da matriz mitocondrial interna 
e é altamente enovelada para formar 
invaginações conhecidas como cris-
tas. Estas contêm proteínas da cadeia 
transportadora de elétrons. 
O espaço estreito entre a membra-
na interna e a membrana externa é 
conhecido como espaço intermem-
branas. A membrana mitocondrial 
externa é livremente permeável a 
íons e a moléculas pequenas de até 
SAIBA MAIS!
A localização da mitocôndria na célula é variável. Em células altamente polarizadas, como 
os neurônios, as mitocôndrias podem se mover por longas distâncias, até mais de 1 m. Em 
outras células, as mitocôndrias permanecem fixas em locais de alta demanda energética. Em 
células musculares cardíacas, elas se empacotam entre miofibrilas, enquanto nos espermato-
zoides, elas envolvem o flagelo.
11COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
5 mil dáltons. Isso ocorre porque ela 
contém muitas moléculas de porinas 
(proteínas de membrana que criam 
poros aquáticos através da membra-
na). Como consequência, o espaço 
intermembranas tem o mesmo pH 
e composição iônica do citoplasma, 
não existindo gradiente eletroquímico 
através da membrana externa.
A membrana mitocondrial interna 
é altamente diferenciada. Nela, su-
põe-se que exista a maquinaria para 
importar proteínas, novas inserções 
de membrana e a montagem dos 
complexos da cadeia respiratória. As 
membranas das cristas contêm a en-
zima ATP-sintase que produz a maior 
parte do ATP celular; aí também se 
encontram os grandes complexos 
proteicos da cadeia respiratória (nome 
dado para a cadeia transportadora de 
elétrons mitocondrial). 
O enovelamento da membrana in-
terna formando as cristas aumenta 
grandemente a área de membrana 
disponível para fosforilação oxida-
tiva. Em células musculares cardía-
cas altamente ativas, por exemplo, a 
área total das membranas das cristas 
pode ser até 20 vezes superior à área 
da membrana plasmática celular. Ao 
todo, a área de superfície das mem-
branas das cristas no corpo humano 
corresponde ao tamanho de cerca de 
um campo de futebol americano. 
Funções mitocondriais
As mitocôndrias têm muitos papéis 
essenciais no metabolismo celular. 
Além de gerar ATP, também forne-
cem muitos dos recursos para bios-
síntese e crescimento celular. Elas são 
fundamentais para o tamponamento 
do potencial redox no citosol, aceitan-
do os elétrons doados do NAD+, for-
mando NADH.
Como parte da resposta celular a si-
nais de crescimento, grandes quanti-
dades de acetil-CoA são produzidas 
no citosol a partir de citrato exporta-
do pelas mitocôndrias, acelerando a 
produção de ácidos graxos e esteróis 
que constroem novas membranas. 
Células cancerosas são frequente-
mente mutadas de forma a estimular 
esta via como parte do seu programa 
de crescimento anormal.
O ciclo da ureia é uma via metabóli-
ca central nos mamíferos que con-
vertem a amônia (NH4+), produzida 
pela quebra de compostos contendo 
nitrogênio (como aminoácidos), na 
ureia excretada pela urina. Dois pas-
sos críticos do ciclo da ureia ocorrem 
dentro das mitocôndrias das células 
hepáticas, enquanto os passos res-
tantes ocorrem no citosol. 
As mitocôndrias também desempe-
nham uma parte essencial na adap-
tação metabólica das células às di-
ferentes condições nutricionais. Por 
exemplo, em condições de inani-
ção, proteínas são degradadas em 
12COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
aminoácidos, e os aminoácidos são 
importados para as mitocôndrias, 
onde são oxidados para produzir 
NADH destinado à produção de ATP. 
As mitocôndrias desempenham um 
papel central na biossíntese de mem-
branas. A cardiolipina é um fosfoli-
pídeo de “duas cabeças” restrito à 
membrana mitocondrial interna, onde 
ele também é produzido. Além dis-
so, as mitocôndrias são também uma 
das principais fontes de fosfolipídeos 
para a biogênese de outras membra-
nas celulares. Fosfatidiletanolamina, 
fosfatidilglicerol e ácido fosfatídico 
são sintetizados na mitocôndria, en-
quanto fosfatidilinositol, fosfatidilcoli-
na e fosfatidilserina são sintetizados 
primariamente no retículo endoplas-
mático (RE). 
Por fim, as mitocôndrias são impor-
tantes como tampões de cálcio, cap-
turando cálcio do RE e retículo sarco-
plasmático em junções de membrana 
especiais. Os níveis de cálcio celula-
res controlam a contração muscular, 
e alterações nesse processo estão 
implicadas na neurodegeneração e 
apoptose. 
FUNÇÕES MITOCONDRIAISTamponamento do potencial redox citosólico Biossíntese de membranas
Participa do ciclo da ureia
Tamponamento do cálcio
Auxilia no crescimento celular
Respiração celular
Formação de ATP
Adaptação metabólica
MAPA MENTAL FUNÇÕES MITOCONDRIAIS
5. TRANSPORTE NÚCLEO 
– MITOCÔNDRIA
As proteínas importadas para as mi-
tocôndrias, em geral, são captadas do 
citosol dentro de segundos ou minu-
tos após sua liberação pelos ribosso-
mos. Proteínas mitocondriais são to-
talmente sintetizadas como proteínas 
precursoras mitocondriais no citosol 
para, então, serem translocadas para 
a mitocôndria por um mecanismo 
pós-traducional. 
Uma ou mais sequências-sinal diri-
gem todas as proteínas precursoras 
mitocondriais para o seu subcompar-
timento mitocondrial apropriado. Mui-
tas proteínas que entram no espaço da 
matriz possuem uma sequência-sinal 
13COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
na sua região N-terminal, que é rapi-
damente removida por uma peptidase 
após a importação. Outras proteínas 
importadas, incluindo todas as pro-
teínas da membrana externa, muitas 
da membrana interna e proteínas do 
espaço intermembrana, possuem se-
quências-sinal internas que não são 
removidas. As sequências-sinal são 
necessárias para a localização correta 
das proteínas.
As sequências-sinal que direcionam 
proteínas precursoras para dentro do 
espaço da matriz mitocondrial são bem 
entendidas. Elas formam uma alfa-héli-
ce anfifílica, na qual resíduos carregados 
positivamente se agrupam em um lado 
da hélice, enquanto resíduos hidrofóbi-
cos não carregados se agrupam no lado 
oposto. Proteínas receptoras específi-
cas, que iniciam a translocação de pro-
teínas, reconhecem essa configuração, 
além da sequência precisa de aminoá-
cidos da sequência-sinal. 
Complexos proteicos com várias subu-
nidades atuam como translocadores de 
proteínas fazendo a mediação do movi-
mento de proteínas através das mem-
branas mitocondriais. O complexo TOM 
transfere proteínas através da mem-
brana externa, e dois complexos TIM 
(TIM22 e TIM23) transferem proteínas 
através da membrana interna. 
O complexo TOM é necessário à im-
portação de todas as proteínas mito-
condriais codificadas no núcleo. Inicial-
mente, ele transporta a sequência-sinal 
dessas proteínas para o espaço inter-
membrana e ajuda a inserir proteínas 
transmembrana na membrana externa. 
O complexo TIM23 transporta algu-
mas dessas proteínas para o espaço 
da matriz e auxilia na inserção de pro-
teínas transmembrana na membrana 
interna. O complexo TIM22 medeia a 
inserção de uma subclasse de proteí-
nas da membrana interna, incluindo a 
proteína transportadora que transporta 
ADP, ATP e fosfato para dentro e fora 
da mitocôndria. 
As proteínas precursoras mitocondriais 
são importadas como cadeias polipeptí-
dicas desenoveladas. Elas permanecem 
nesta conformação por meio de intera-
ções com outras proteínas no citosol. 
Como um passo inicial no processo de 
importação, os receptores de importa-
ção do complexo TOM ligam-se a se-
quências-sinal de proteínas precursoras 
mitocondriais. As proteínas de interação 
são, então, removidas e a cadeia poli-
peptídica desenovelada é encaminhada 
para o canal de translocação. Em princí-
pio, uma proteína pode atingir o espa-
ço da matriz mitocondrial cruzando as 
duas membranas, uma de cada vez, ou 
ambas de uma só vez. 
O complexo TOM primeiramente 
transporta o sinal de localização mi-
tocondrial atravésda membrana ex-
terna para o espaço intermembrana, 
onde se liga ao complexo TIM, abrin-
do o canal no complexo. A cadeia poli-
peptídica é translocada para o espaço 
14COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
da matriz ou inserida na membrana 
interna. Embora as funções dos com-
plexos TOM e TIM, em geral, sejam 
acopladas para translocar proteínas 
através de ambas membranas ao 
mesmo tempo, os dois tipos de pro-
teínas translocadoras podem atuar 
independentemente. 
A importação de proteínas para a mi-
tocôndria é sustentada pela hidrólise 
de ATP em dois sítios diferentes, um 
fora da mitocôndria e um no espaço 
da matriz. Além disso, outra fonte de 
energia para importação de prote-
ínas é necessária, que é o potencial 
de membrana através da membrana 
mitocondrial interna.
Uma vez que a sequência-sinal tenha 
passado pelo complexo TOM e se li-
gado a um dos complexos TIM, a con-
tinuidade do transporte pelos canais 
de translocação TIM necessita de um 
potencial de membrana, o qual é cria-
do por meio do bombeamento do H+ 
através da membrana interna. 
As proteínas hsp70 mitocondriais 
também têm um papel crucial no pro-
cesso de importação. A hsp70 mi-
tocondrial é parte de um agregado 
proteico de múltiplas subunidades 
que se encontra ligado ao comple-
xo TIM23 pelo lado da matriz e age 
como um motor para puxar proteínas 
precursoras para o espaço da matriz. 
Após a interação inicial com hsp70 
mitocondriais, muitas proteínas im-
portadas da matriz são transferidas 
para outra proteína chaperona, a 
hsp60 mitocondrial. Esta proteína, por 
fim, auxilia as cadeias polipeptídicas 
desenoveladas a se enovelarem pela 
sua ligação e liberação por meio de ci-
clos de hidrólise de ATP (Figura 4).
Figura 4. Desenho esquemática da translocação da proteína para a matriz mitocondrial. Fonte: ALBERTS, 2017.
15COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
6. RETÍCULO 
ENDOPLASMÁTICO 
Todas as células eucarióticas apre-
sentam retículo endoplasmático (RE), 
e sua membrana constitui mais do que 
a metade da membrana total de uma 
célula animal. O RE está organizado 
em um labirinto de túbulos ramifica-
dos e de vesículas achatadas que se 
estendem através do citosol. Os tú-
bulos e sacos são interconectados, e 
suas membranas são contíguas com 
a membrana nuclear externa.
Dessa forma, o RE e as membranas 
nucleares formam uma folha contínua 
envolvendo um espaço interno único, 
o lúmen do RE ou espaço cisternal do 
RE. Esta organela tem um papel cen-
tral na biossíntese de lipídeos e pro-
teínas, servindo também como um 
local de armazenamento intracelular 
de Ca2+. 
A membrana do RE é o sítio de produ-
ção de todas as proteínas transmem-
brana e lipídeos para a maioria das 
organelas celulares, incluindo o pró-
prio RE, o aparelho de Golgi, os lisos-
somos, os endossomos, as vesículas 
secretoras e a membrana plasmática. 
A membrana do RE é também o local 
onde há produção da maioria dos li-
pídeos para as membranas mitocon-
driais e peroxissômicas. Além disso, 
quase todas as proteínas que serão 
secretadas para o exterior celular – 
acompanhadas daquelas destinadas 
ao lúmen do RE, ao aparelho de Golgi 
ou aos lisossomos – são enviadas ini-
cialmente ao lúmen do RE.
Classificações do RE 
Enquanto as várias funções do RE 
são essenciais para cada célula, suas 
importâncias relativas variam muito 
entre tipos celulares individuais. Para 
satisfazer demandas funcionais di-
ferentes, regiões distintas de RE tor-
nam-se altamente especializadas. 
Ribossomos ligados à membrana co-
brem a superfície do RE, criando re-
giões chamadas retículo endoplas-
mático rugoso, ou RE rugoso; regiões 
do RE sem ribossomos ligados são 
chamadas de retículo endoplasmáti-
co liso, ou RE liso (Figura 5). A gran-
de maioria das células possui regiões 
limitadas de RE liso, e o RE é, com 
frequência, parcialmente liso e par-
cialmente rugoso. Áreas de RE liso a 
partir das quais vesículas carregando 
proteínas recém-sintetizadas e lipí-
deos se desprendem para transporte 
até o aparelho de Golgi, são chama-
das de RE transicional.
16COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
As células de mamíferos começam 
a importação de proteínas para o RE 
antes da síntese completa da ca-
deia polipeptídica, isto é, a importa-
ção é um processo cotraducional. Ao 
contrário, a importação de proteínas 
nas mitocôndrias, nos cloroplastos, 
no núcleo e nos peroxissomos é um 
processo pós-traducional. No trans-
porte cotraducional, o ribossomo que 
está sintetizando a proteína está di-
retamente aderido à membrana do 
RE, permitindo que uma ponta da 
proteína seja translocada para o RE 
enquanto o restante da cadeia está 
sendo sintetizada. 
RE LISO RE RUGOSO
Não apresenta ribossomos aderidos Ribossomos aderidos à superfície 
Síntese de lipídios Síntese proteica
Armazenamento de glicogênio -
Desintoxicação celular -
Tabela 1. Diferenças estruturais e funcionais entre RE liso e RE rugoso
SAIBA MAIS!
Em certas células especializadas, o RE liso é abundante e tem funções adicionais. Em células 
que se especializam no metabolismo de lipídeos, como células que sintetizam hormônios 
esteroides, o RE liso é expandido e acomoda as enzimas que produzem o colesterol e o mo-
dificam. O hepatócito também possui uma quantidade significativa de RE liso. Ele é o principal 
sítio de produção de lipoproteína. No RE liso de hepatócitos também estão localizadas enzi-
mas que catalisam uma série de reações para detoxificar substâncias.
Figura 5. A imagem à esquerda trata-se de uma micrografia eletrônica de RE rugoso em uma célula pancreática exó-
crina. Em cima e à esquerda está mostrada uma porção do núcleo e seu envelope nuclear. A imagem à direita traz uma 
reconstrução tridimensional de uma região do RE liso e RE rugoso em uma célula de fígado. O RE rugoso forma pilhas 
sobre cisternas achatadas e a membrana do RE liso está conectada a estas cisternas. Fonte: ALBERTS, 2017.
17COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Uma bomba de Ca2+ transpor-
ta Ca2+ do citosol para o lúmen do 
RE. O armazenamento de Ca2+ no 
lúmen do RE é facilitado pelas altas 
concentrações de proteínas que se li-
gam ao Ca2+ existentes no RE. Em 
alguns tipos celulares, regiões espe-
cíficas do RE são especializadas nes-
te transporte.
As células musculares possuem um 
abundante RE liso modificado, de-
nominado retículo sarcoplasmático. 
A liberação e a recaptação de Ca2+ 
pelo retículo sarcoplasmático dispa-
ram, respectivamente, a contração e 
o relaxamento das miofibrilas, duran-
te cada ciclo de contração muscular. 
Sequências-sinal
O RE captura proteínas selecionadas 
do citosol assim que elas são sinte-
tizadas. Estas proteínas são de dois 
tipos: proteínas transmembrana, que 
são apenas parcialmente transloca-
das através da membrana do RE e 
tornam-se “embutidas” na membra-
na; e proteínas solúveis em água, que 
são totalmente translocadas através 
da membrana do RE e liberadas no 
lúmen do RE. 
Algumas das proteínas transmem-
brana funcionam no RE, mas muitas 
são destinadas à membrana plasmá-
tica ou à membrana de outra organe-
la. As proteínas solúveis em água são 
destinadas tanto à secreção quanto 
à residência no lúmen do RE ou de 
outra organela. Todas essas proteí-
nas, apesar do seu subsequente des-
tino, são dirigidas para a membrana 
do RE por uma sequência-sinal do 
RE, a qual inicia a sua translocação 
por um mecanismo comum. 
A sequência-sinal do RE é guiada à 
membrana do RE por, pelo menos, 
dois componentes: uma partícula de 
reconhecimento de sinal (SRP: sig-
nal-recognition particle), que circula 
entre a membrana do RE e o citosol 
e liga-se à sequência-sinal, e um re-
ceptor SRP na membrana do RE. A 
SRP é um grande complexo de seis 
diferentes cadeias polipeptídicas li-
gadas a uma única pequena molécula 
de RNA.
As sequências-sinal do RE variam na 
sequência de aminoácidos, mas cada 
uma possui oito ou mais aminoáci-
dos apolares no seu centro. Como a 
SRP pode ligar-se especificamente a 
tantas sequências diferentes? A res-
posta veio da estrutura cristalina da 
proteínaSRP, a qual mostra que o 
sítio de ligação da sequência-sinal é 
uma grande cavidade hidrofóbica co-
berta por metioninas. Devido ao fato 
de as metioninas possuírem cadeias 
laterais flexíveis não ramificadas, a 
cavidade é suficientemente plástica 
para acomodar sequências-sinal hi-
drofóbicas de diferentes sequências, 
tamanhos e formas. 
A SRP é uma estrutura do tipo 
haste, que envolve a subunidade 
18COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
ribossômica maior com uma pon-
ta ligando a sequência-sinal do RE 
à medida que emerge do ribossomo 
como parte da cadeia polipeptídi-
ca recém-produzida; e a outra ponta 
bloqueando o sítio de ligação do fator 
de elongamento na interface entre as 
subunidades grande e pequena do 
ribossomo. Este evento provoca uma 
pausa na síntese proteica tão logo o 
peptídeo-sinal tenha emergido do 
ribossomo. 
A pausa transitória provavelmente dá 
tempo suficiente ao ribossomo para 
ligar-se à membrana do RE antes de 
completar a síntese da cadeia poli-
peptídica, garantindo, desse modo, 
que a proteína não seja liberada no 
citosol. Esse dispositivo de seguran-
ça pode ter importância especial para 
hidrolases secretadas e lisossômicas 
que poderiam causar danos ao citosol.
A pausa também assegura que 
grandes porções de proteína, que 
poderiam enovelar-se em uma estru-
tura compacta, não sejam originadas 
antes de chegarem ao translocador 
na membrana do RE. Então, ao con-
trário da importação pós-traducional 
de proteínas em mitocôndrias e clo-
roplastos, proteínas chaperonas não 
são necessárias para capturar proteí-
nas não enoveladas.
Quando uma sequência-sinal se liga, 
a SRP expõe um sítio de ligação para 
o receptor SRP, que é um complexo 
proteico transmembrana localizado 
na membrana do RE rugoso. A ligação 
da SRP ao seu receptor, traz o com-
plexo ribossomo-SRP a um transloca-
dor proteico não ocupado na mesma 
membrana. A SRP e o receptor SRP 
são liberados, e o translocador trans-
fere a cadeia polipeptídica crescente 
através da membrana (Figura 6). O 
translocador, então, insere a cadeia 
polipeptídica na membrana e a trans-
fere através da bicamada lipídica. 
19COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Esse processo de transferência cotra-
ducional cria duas populações espa-
cialmente separadas de ribossomos 
no citosol. Os ribossomos ligados à 
membrana, empenhados na síntese 
de proteínas que estão sendo simul-
taneamente translocadas para o RE; 
e os ribossomos livres, não ligados a 
membranas, que sintetizam todas as 
outras proteínas codificadas pelo ge-
noma nuclear. Os ribossomos ligados 
à membrana e os livres são estrutural 
e funcionalmente idênticos, diferindo 
apenas quanto às proteínas que es-
tão sendo produzidas por eles em um 
dado momento. 
Uma vez que muitos ribossomos po-
dem se ligar a uma única molécula 
de mRNA, um polirribossomo costu-
ma ser formado. Se o mRNA codifica 
uma proteína com uma sequência-si-
nal, o polirribossomo torna-se ane-
xado à membrana do RE, dirigindo-a 
pelas sequências-sinal em múltiplas 
cadeias polipeptídicas crescentes. Ri-
bossomos individuais associados a 
tais moléculas de mRNA podem re-
tornar ao citosol quando acabam a 
tradução e misturam-se com a popu-
lação de ribossomos livres. 
Por muito tempo se debateu se as 
cadeias polipeptídicas são transfe-
ridas através da membrana do RE 
em contato direto com a bicamada 
lipídica, ou através de um canal em 
uma proteína translocadora. O de-
bate se encerrou com a identificação 
do complexo Sec61, que consiste em 
três subunidades que são altamente 
conservadas. 
Figura 5. Observe o processo descrito acima de direcionamento dos ribossomos para a membrana do RE, a partir da 
sequência-sinal do RE e a SRP. Fonte: ALBERTS, 2017.
20COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
A estrutura do complexo Sec61 suge-
re que alfa-hélices cercam um canal 
central através do qual uma cadeia 
polipeptídica atravessa a membrana. 
O canal é bloqueado por uma alfa-
-hélice pequena que parece manter 
o translocador fechado quando está 
inerte, e se move para o lado quando 
o canal está ocupado passando uma 
cadeia polipeptídica. Por essa razão, 
o poro é um canal dinâmico que se 
abre apenas brevemente quando 
uma cadeia polipeptídica atravessa a 
membrana.
No caso mais simples, uma sequên-
cia-sinal N-terminal inicia a transloca-
ção, como para uma proteína solúvel, 
mas um segmento hidrofóbico adicio-
nal na cadeia polipeptídica interrom-
pe o processo de transferência antes 
que a cadeia inteira seja transporta-
da. Este sinal de parada da transfe-
rência ancora a proteína na membra-
na depois que a sequência-sinal do 
RE tenha sido clivada e liberada do 
translocador. A sequência de parada 
da transferência é transferida para a 
bicamada pelo mecanismo de contro-
le lateral.
Em outros casos, a sequência-sinal é 
interna, e não na extremidade N-ter-
minal da proteína. Como uma sequ-
ência-sinal N-terminal do RE, a SRP 
liga-se a uma sequência-sinal interna 
mediante reconhecimento hidrofóbi-
co de características da alfa-hélice. A 
SRP leva o ribossomo que está sinte-
tizando a proteína para a membrana 
do RE, e a sequência-sinal do RE ser-
ve como um sinal de início da trans-
ferência que inicia a translocação da 
proteína. Após a liberação do trans-
locador, a sequência interna de início 
da transferência permanece na bica-
mada lipídica como uma alfa-hélice 
que atravessa a membrana uma úni-
ca vez. 
As combinações de sinais de início e 
de parada da transferência determi-
nam a topologia das proteínas trans-
membrana de passagem múltipla. 
Nas proteínas transmembrana de 
passagem múltipla, a cadeia polipep-
tídica passa para frente e para trás 
repetidamente ao longo da bicamada 
lipídica, como uma alfa-hélice hidro-
fóbica. Acredita-se que uma sequên-
cia-sinal interna sirva como um sinal 
de início de transferência nessas pro-
teínas para iniciar a translocação. 
7. GLICOSILAÇÃO 
PROTEICA
A adição covalente de oligossacaríde-
os às proteínas é uma das principais 
funções biossintéticas do RE. Muitas 
proteínas no citosol e núcleo são gli-
cosiladas, mas não com oligossacarí-
deos; elas carregam uma modificação 
com açúcar muito mais simples, na 
qual um único grupo N-acetilglico-
samina é adicionado a uma serina ou 
treonina da proteína. 
Durante a forma mais comum de 
glicosilação da proteína no RE, um 
21COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
oligossacarídeo precursor pré-forma-
do (composto de N-acetilglicosamina, 
manose e glicose, contendo um total 
de 14 açúcares) é transferido em blo-
co para proteínas. Esse oligossaca-
rídeo é transferido ao grupo NH2 da 
cadeia lateral de um aminoácido as-
paragina na proteína, sendo, por isso, 
considerado ligado ao N ou ligado a 
asparagina. 
A transferência é catalisada por uma 
enzima ligada à membrana, uma oli-
gossacaril transferase, que tem seu 
sítio ativo exposto no lado do lúmen 
da membrana do RE; este fato explica 
por que as proteínas citosólicas não 
são glicosiladas dessa forma. Uma 
molécula lipídica especial denomina-
da dolicol abriga o oligossacarídeo 
precursor na membrana do RE. O oli-
gossacarídeo precursor é transferido 
para a asparagina-alvo em um único 
passo enzimático imediatamente de-
pois de o aminoácido ter alcançado 
o lúmen durante a translocação da 
proteína. 
O oligossacarídeo precursor é liga-
do ao lipídeo dolicol por uma ligação 
pirofosfato de alta energia, que pro-
videncia a energia de ativação para 
conduzir a reação de glicosilação. 
Uma cópia da oligossacaril transfera-
se é associada a cada proteína trans-
locadora, permitindo a ela procurar 
e glicosilar as cadeias polipeptídicas 
que entram de maneira eficiente. 
Os açúcares são primeiro ativados no 
citosol pela formação de um interme-
diário açúcar-nucleotídeo (UDP ou 
GDP), que, então, doa seu açúcar, di-
reta ou indiretamente, ao lipídeo, em 
uma sequência ordenada. Ao longo 
desse processo, o oligossacarídeo li-
gado ao lipídeo é movido do lado cito-
sólico para o lado do lúmen da mem-
brana do RE. Toda a diversidade de 
estruturas de oligossacarídeosliga-
dos ao N em glicoproteínas maduras 
resulta da modificação tardia do oli-
gossacarídeo precursor original. 
Enquanto ainda no RE, três glicoses e 
uma manose são rapidamente remo-
vidas dos oligossacarídeos da maio-
ria das glicoproteínas. Essa “poda” 
ou “processamento” do oligossaca-
rídeo continua no aparelho de Golgi. 
Os oligossacarídeos ligados ao N são 
os mais comumente encontrados, 
estando presentes em 90% das gli-
coproteínas. Com menos frequência, 
os oligossacarídeos são ligados ao 
grupo hidroxila na cadeia lateral dos 
aminoácidos serina, treonina ou hi-
droxilisina. Um primeiro açúcar des-
ses oligossacarídeos O-ligados é adi-
cionado no RE e o oligossacarídeo é, 
então, mais estendido no aparelho de 
Golgi.
Tem sido longamente debatido por-
que a glicosilação é uma modificação 
comum das proteínas que entram no 
RE. Uma observação particularmen-
te intrigante reside no fato de que 
algumas proteínas necessitam de 
22COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
glicosilação ligada ao N para o enove-
lamento adequado no RE, ainda que 
a localização precisa dos oligossaca-
rídeos aderidos na superfície da pro-
teína não pareça ser importante. 
Um indício para o papel da glicosi-
lação no enovelamento da proteína 
deriva de estudos de duas proteínas 
chaperonas do RE denominadas cal-
nexina e calreticulina, que necessitam 
de Ca2+ para suas atividades. Essas 
chaperonas são proteínas de ligação 
de carboidratos, ou lectinas, que se li-
gam a oligossacarídeos nas proteínas 
que não estão completamente eno-
veladas e as retêm no RE. 
Como outras chaperonas, elas im-
pedem que as proteínas enoveladas 
incompletamente sofram agregação 
irreversível. Tanto a calnexina quan-
to a calreticulina também promovem 
a associação de proteínas incomple-
tamente enoveladas com outra cha-
perona do RE, que se liga a cisteínas 
que ainda não formaram ligações dis-
sulfeto. Calnexina e calreticulina re-
conhecem oligossacarídeos ligados 
ao N que contêm uma única glicose 
terminal e, portanto, elas se ligam a 
proteínas apenas depois que duas 
das três glicoses do oligossacarídeo 
precursor tenham sido removidas du-
rante a remoção de glicose por glico-
sidases do RE. 
Quando a terceira glicose é removi-
da, a glicoproteína dissocia-se da sua 
chaperona e pode deixar o RE. Como, 
então, a calnexina e a calreticulina 
distinguem proteínas enoveladas das 
incompletamente enoveladas? A res-
posta está, ainda, em outra enzima do 
RE, a glicosil transferase, que conti-
nua adicionando uma glicose àqueles 
oligossacarídeos que perderam sua 
última glicose. Ela adiciona a glicose, 
entretanto, somente a oligossacarí-
deos que estão associados a proteí-
nas desenoveladas. 
Proteínas enoveladas 
inadequadamente 
Apesar de todo o auxílio das chape-
ronas, muitas moléculas proteicas 
transportadas para o RE falham na 
tentativa de alcançar seu enovela-
mento adequado ou seu estado oligo-
mérico. Tais proteínas são exportadas 
de volta do RE para o citosol, onde 
são degradadas em proteassomos. 
Em muitas vias, o mecanismo de re-
trotranslocação é similar a outros mo-
dos de translocação pós-traducional. 
Por exemplo, assim como a translo-
cação para mitocôndrias ou cloro-
plastos, proteínas chaperonas são 
necessárias para manter a cadeia po-
lipeptídica em um estado desenove-
lado antes e durante a translocação. 
De maneira semelhante, a fonte de 
energia é necessária para dar direcio-
nalidade ao transporte e para puxar 
a proteína para o citosol. Enfim, um 
translocador é necessário. 
23COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
A seleção de proteínas do RE para 
degradação é um processo desafia-
dor. Proteínas mal enoveladas ou su-
bunidades proteicas não montadas 
devem ser degradadas, mas interme-
diários de dobramento de proteínas 
recém-formadas não. Os oligossa-
carídeos ligados ao N ajudam a fazer 
essa distinção, o que serve como cro-
nômetro da medida de quanto tem-
po uma proteína deve permanecer no 
RE. 
As células monitoram cuidadosa-
mente a quantidade de proteínas mal 
enoveladas contidas em vários com-
partimentos. Um acúmulo dessas 
proteínas no citosol, por exemplo, de-
sencadeia uma resposta ao choque 
térmico, que estimula a transcrição 
de genes que codificam chaperonas 
citosólicas que auxiliam no reenove-
lamento das proteínas. 
De maneira similar, um acúmulo de 
proteínas mal enoveladas no RE dis-
para uma resposta à proteína dese-
novelada, o que inclui um aumento 
na transcrição de genes que codifi-
cam proteínas envolvidas na retro-
translocação e degradação de pro-
teínas no citosol, chaperonas do RE 
e muitas outras proteínas que aju-
dam a aumentar a capacidade de 
dobramento de proteínas no RE. 
SE LIGA! Como as proteínas mal eno-
veladas no RE sinalizam ao núcleo? 
As proteínas mal enoveladas no RE si-
nalizam a necessidade de mais chape-
ronas ao núcleo. No RE elas se ligam e 
ativam uma cinase transmembrana; a 
cinase ativada revela uma atividade en-
dorribonuclease; a endorribonuclease 
corta moléculas específicas de RNA em 
duas posições, removendo um íntron. 
Dois éxons são ligados para formar um 
mRNA ativo. O mRNA é traduzido para 
produzir um regulador da transcrição. O 
regulador da transcrição entra no núcleo 
e ativa genes codificando chaperonas 
do RE. Chaperonas são produzidas no 
RE, onde ajudam no enovelamento de 
proteínas.
O RE na montagem de bicamadas 
lipídicas 
A membrana do RE é o local de sínte-
se de quase todas as principais clas-
ses de lipídeos da célula, incluindo 
fosfolipídeos e colesterol necessários 
à produção de novas membranas ce-
lulares. O principal fosfolipídeo sin-
tetizado é a fosfatidilcolina, também 
chamada de lecitina, que pode ser 
formada em três etapas a partir de 
colina, de dois ácidos graxos e de gli-
cerol fosfato. 
Cada etapa é catalisada por enzimas 
na membrana do RE que têm seus 
sítios ativos voltados para o citosol, 
onde são encontrados todos os meta-
bólitos necessários. Assim, a síntese 
de fosfolipídeos ocorre exclusivamen-
te no folheto citosólico da membrana 
24COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
do RE. Devido ao fato de os ácidos 
graxos não serem solúveis em água, 
eles são conduzidos dos seus sítios 
de síntese ao RE por proteínas de li-
gação a ácidos graxos no citosol. De-
pois de chegarem na membrana do 
RE e serem ativados com coenzima 
A (CoA), aciltransferases adicionam 
dois ácidos graxos sucessivamente 
ao glicerol fosfato para produzir ácido 
fosfatídico. 
O ácido fosfatídico é suficientemente 
insolúvel em água para permanecer 
na bicamada lipídica, e não pode ser 
extraído dela por proteínas de liga-
ção a ácidos graxos. Este é, então, o 
primeiro passo para que a bicamada 
lipídica seja aumentada. As etapas 
posteriores determinam o grupo da 
cabeça de uma molécula de lipídeo 
recém-formada e, portanto, a natu-
reza química da bicamada, mas não 
resultam em crescimento líquido da 
membrana. 
Os outros dois principais fosfolipíde-
os – fosfatidilserina e fosfatidiletano-
lamina, assim como o menor fosfolipí-
deo – fosfatidilinositol (PI), são todos 
sintetizados nessa via. Como a sín-
tese de fosfolipídeo ocorre no folheto 
citosólico da bicamada lipídica do RE, 
é necessário que exista um mecanis-
mo que transfira algumas das molé-
culas de fosfolipídeos recém-forma-
dos para o folheto do lado do lúmen 
da bicamada. 
No RE, os fosfolipídeos equilibram-se 
através da membrana em minutos, o 
que é quase cem mil vezes mais rá-
pido do que o flip-flop espontâneo. 
Esse movimento transbicamada rá-
pido é mediado por um translocador 
de fosfolipídeos pobremente carac-
terizado, denominado embaralhador 
(scramblase) que, de maneira não se-
letiva, equilibra fosfolipídeos entre os 
dois folhetos da bicamada lipídica. 
A membrana plasmática contém um 
tipo diferente de translocador fos-
folipídico que pertence à família de 
transportadores de absorção do tipo 
P. Essas flipases reconhecem espe-
cificamente fosfolipídeos que contêm 
grupos amino livres nos seus grupos 
da cabeça (fosfatidilserina e fosfatidi-
letanolamina)e os transfere a partir 
do meio extracelular para o folheto ci-
tosólico, utilizando a energia da hidró-
lise do ATP. A membrana plasmática, 
portanto, apresenta uma composi-
ção fosfolipídica altamente assimé-
trica, que é ativamente mantida por 
flipases. 
A membrana plasmática também 
contém um misturador, mas, ao con-
trário do misturador do RE, que é 
sempre ativo, a enzima da membrana 
plasmática é regulada e ativada ape-
nas em algumas situações, como em 
apoptose e em plaquetas ativadas, 
onde age para cancelar a assimetria 
da bicamada lipídica. A exposição de 
fosfatidilserina na superfície de célu-
las apoptóticas serve como um sinal 
25COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
para células fagocíticas ingerirem e 
degradarem a célula morta. 
O RE também produz colesterol e ce-
ramida. A ceramida é sintetizada pela 
condensação do aminoácido serina 
com um ácido graxo para formar o 
aminoálcool esfingosina; um segundo 
ácido graxo é então adicionado cova-
lentemente para formar a ceramida. A 
ceramida é exportada ao aparelho de 
Golgi, onde serve como um precursor 
para a síntese de dois tipos de lipíde-
os. As cadeias oligossacarídicas são 
adicionadas para formar glicoesfin-
golipídeos, e os grupos da cabeça de 
fosfocolina são transferidos da fosfa-
tidilcolina a outras moléculas de cera-
mida para formar esfingomielina.
8. MOVIMENTAÇÃO DAS 
PROTEÍNAS ENTRE OS 
COMPARTIMENTOS 
A síntese de todas as proteínas co-
meça em ribossomos no citosol, ex-
ceto as poucas proteínas que são 
sintetizadas nos ribossomos das mi-
tocôndrias e dos plastídeos. Seu des-
tino subsequente depende da sua 
sequência de aminoácidos, a qual 
pode conter sinais de endereçamento 
que direcionam seu envio a locais fora 
do citosol ou a superfícies de organe-
las. Algumas proteínas não possuem 
um sinal de endereçamento e, conse-
quentemente, permanecem no cito-
sol como residentes permanentes. 
Para entender os princípios gerais 
pelos quais os sinais de endereça-
mento operam, é importante distin-
guir três caminhos fundamentalmen-
te diferentes pelos quais as proteínas 
se movem de um compartimento a 
outro. Esses três mecanismos são o 
transporte controlado por comportas, 
a translocação proteica e o transporte 
vesicular.
No transporte controlado por com-
portas, proteínas e moléculas de RNA 
se movimentam entre o citosol e o 
núcleo através de complexos do poro 
nuclear no envelope nuclear. Os com-
plexos do poro nuclear funcionam 
como canais seletivos que auxiliam o 
transporte ativo de macromoléculas 
específicas e conjuntos macromole-
culares entre os dois espaços equi-
valentes topologicamente, embora 
também permitam a difusão livre de 
pequenas moléculas. 
Na translocação de proteínas, translo-
cadores de proteínas transmembrana 
transportam diretamente proteínas 
específicas através da membrana do 
citosol para um espaço que é topolo-
gicamente diferente. A molécula de 
proteína transportada, em geral, pre-
cisa desdobrar-se para passar pelo 
translocador. O transporte inicial das 
proteínas selecionadas do citosol para 
o lúmen do RE ou para a mitocôndria, 
por exemplo, ocorre dessa forma. 
No transporte vesicular, interme-
diários de transporte envoltos por 
26COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
membrana levam proteínas de um 
compartimento topologicamente 
equivalente a outro. As vesículas e 
os fragmentos de transporte são car-
regados com uma leva de moléculas 
derivadas do lúmen de um comparti-
mento à medida que se desprendem 
da sua membrana; o conteúdo é des-
carregado em um segundo compar-
timento por fusão com a membrana 
que o envolve. A transferência de 
proteínas solúveis do RE ao aparelho 
de Golgi, por exemplo, ocorre dessa 
maneira. Detalharemos adiante acer-
ca deste. 
Devido ao fato de as proteínas trans-
portadas não cruzarem uma mem-
brana, o transporte vesicular pode 
mover proteínas somente entre com-
partimentos topologicamente equi-
valentes. Cada uma das formas de 
transferência de proteínas normal-
mente é guiada por sinais de ende-
reçamento na proteína transportada 
que são reconhecidos pelos recepto-
res de endereçamento.
As sequências-sinal e os receptores 
de endereçamento direcionam prote-
ínas aos destinos celulares corretos A 
maioria dos sinais de endereçamento 
de proteínas envolvidos no transporte 
transmembrana encontra-se em uma 
sequência de aminoácidos, em geral 
um trecho de 15 a 60 resíduos. 
Como dito anteriormente, tais sequ-
ências-sinal são frequentemente en-
contradas na porção N-terminal da 
cadeia polipeptídica, e em muitos ca-
sos peptidases-sinal especializadas 
removem a sequência-sinal da prote-
ína finalizada, uma vez que o proces-
so de endereçamento está completo. 
Sequências-sinal também podem ser 
extensões internas de aminoácidos, 
as quais permanecem como parte da 
proteína.
9. COMPLEXO DE GOLGI
O complexo ou aparelho de Golgi 
apresenta a função de processar e 
separar proteínas recebidas do RE, 
direcionando-as para endossomos, 
lisossomos, membrana plasmática 
ou secreção. Desempenham ainda 
a função de produzir glicolipídeos 
esfingomielina.
Estruturalmente, é composto por cis-
ternas (sacos) envolvidos por mem-
branas achatadas e vesículas asso-
ciadas. Apresenta polaridade, com 
regiões funcional e morfologicamente 
distintas. Proteínas oriundas do RE 
entram pela face cis, convexa e orien-
tada para o núcleo, são então trans-
portadas através de Golgi e saem 
pela face trans, côncava. Enquanto 
atravessam Golgi, as proteínas so-
frem alterações para que sejam guia-
das aos destinos.
Funcionalmente, divide-se o comple-
xo de Golgi em 4 regiões: a rede Golgi 
cis; a pilha de Golgi, subdividida em 
medial e trans; e a rede de Golgi trans. 
Proteínas oriundas do RE entram no 
27COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
complexo pela rede Golgi cis, avan-
çam para os compartimentos medial 
e trans, dentro dos quais acontecem 
as maiores atividades metabólicas 
na organela e, por fim, direcionam-se 
para região trans, de onde serão en-
tão distribuídas (Figura 6).
Glicosilação de proteínas
Como visto anteriormente, as proteí-
nas são modificadas no RE pela adi-
ção de oligossacarídeo que apresente 
14 resíduos de açúcar; 3 de glicose e 
1 manose são removidos enquanto 
peptídeos ainda estão no RE. Em Gol-
gi, os resíduos são novamente modi-
ficados. Mais 3 oligossacarídeos, de 
proteínas destinadas à secreção ou à 
membrana, são removidos. Adiciona-
-se então sequência N-acetilglicosa-
mina. Por fim, são colocados mais 3 
resíduos de ácido siálico. Vale desta-
car que diferentes glicoproteínas so-
frem distintas alterações. Estas modi-
ficações variam conforme a estrutura 
proteica e a quantidade de enzimas 
processadoras presentes em Golgi. 
Assim, as proteínas podem sair de 
Golgi com uma grande variedade de 
oligossacarídeos N-ligados.
Face cis
Face trans
Compartimento 
intermediário do 
RE-Golgi
Rede de Golgi cis
Cisternas 
de Golgi
Medial
Rede de Golgi 
trans
Membrana plasmática, secreção, endossomos, 
lisossomos
Figura 6. A, Micrografia eletrônica do Complexo de Golgi evidenciando suas cisternas, e suas faces cis e trans. B, 
Regiões do complexo de Golgi e direcionamento proteico. Fonte: COOPER, 2007.
28COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
O processamento de oligassacarí-
deos de proteínas que apresentam 
como destino os lisossomos, é dife-
rente do apresentado acima. Inicial-
mente, há fosforilação da manose, 
seguida por remoção do grupo N-a-
cetilglicosamina, deixando resíduos 
de manose-6-fosfato no N-ligado. 
Estas alterações fazem com que a 
porção glicosilada seja reconhecida 
por um receptor de manose-6-fosfa-
to na rede de Golgi trans, direcionan-
do o transporte para os lisossomos 
(rota das hidrolases ácidas).
Uma enzima específica é a chave 
deste processo, visto que esta reco-
nhece proteínas que irão para lisosso-
mos, mas não àquelas da membrana 
ou que serão secretadas. Esta enzima 
reconhece regiões-sinal nas proteí-
nas. As modificações podem ocorrer 
ainda pela adição de carboidratos às 
cadeias laterais dos resíduosserina e 
treonina (glicosilação O-ligada).
Metabolismo de lipídeos e 
polissacarídeos
O complexo de Golgi metaboliza lipí-
deos, principalmente a esfingomieli-
na e os glicolipídeos. A esfingomieli-
na, único fosfolipídio não-glicerol nas 
membranas, obtida a partir da cera-
mida (sintetizada no RE), é sintetizada 
a partir da transferência de fosforilco-
lina da fosfatidilcolina para ceramida. 
A esfingomielina é obtida no lúmen 
de Golgi, mas a glicose é adicionada 
no lado citosólico de Golgi. Nem a es-
fingomielina, nem outros glicolipídios 
são capazes de atravessar a mem-
brana de Golgi. Depois do transporte, 
serão encontrados apenas na mem-
brana plasmática.
Transporte vesicular
O transporte vesicular medeia uma 
troca contínua de componentes entre 
os dez ou mais compartimentos en-
voltos por membranas quimicamente 
distintos que, coletivamente, consti-
tuem as vias secretora e endocítica. 
Com essa troca massiva, como cada 
compartimento pode manter o seu 
caráter especializado? 
Para responder a essa questão, de-
vemos considerar primeiro o que de-
fine o caráter de um compartimento. 
Acima de tudo, é a composição da 
membrana circundante, ou seja, mar-
cadores moleculares dispostos na su-
perfície citosólica da membrana ser-
vem como sinais de orientação para 
o tráfego de entrada para garantir 
que as vesículas transportadoras se 
fundam somente ao compartimento 
correto.
Muitos desses marcadores de mem-
brana, entretanto, são encontrados 
em mais de um compartimento, e é a 
combinação específica de moléculas 
marcadoras que atribui a cada com-
partimento o seu endereço molecular.
29COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Vesículas transportadoras 
A maioria das vesículas transpor-
tadoras se forma a partir de regiões 
revestidas especializadas das mem-
branas. Elas brotam como vesículas 
revestidas que possuem grades dis-
tintas de proteínas cobrindo as suas 
superfícies citosólicas. Antes de se 
fusionarem com uma membrana-al-
vo, elas descartam seu revestimento. 
O revestimento desempenha duas 
funções principais: primeiro, selecio-
nar as moléculas de membrana apro-
priadas para o transporte; segundo, 
uma camada externa do revestimen-
to se arranja como uma treliça curva, 
com formato de cesta, que deforma 
a porção da membrana e dá forma à 
vesícula. 
Há três tipos bem caracterizados de 
vesículas revestidas, distinguidos pe-
las suas principais proteínas de re-
vestimento: vesículas revestidas por 
clatrina, revestidas por COPI e reves-
tidas por COPII. Cada tipo é utilizado 
para diferentes etapas de transporte. 
As vesículas revestidas por clatrina, 
por exemplo, medeiam o transpor-
te a partir do aparelho de Golgi e da 
membrana plasmática, ao passo que 
as vesículas revestidas por COPI e 
COPII medeiam, com mais frequên-
cia, o transporte a partir do RE e das 
cisternas de Golgi. 
As vesículas revestidas por clatri-
na, as primeiras vesículas revestidas 
a serem descobertas, transportam 
material originado na membrana 
plasmática e entre os compartimen-
tos endossômicos e de Golgi. As ve-
sículas revestidas por COPI e COPII 
transportam material no início da via 
secretora: as vesículas revestidas por 
COPI brotam dos compartimentos de 
Golgi, e as vesículas revestidas por 
COPII brotam do RE.
O principal componente proteico das 
vesículas revestidas por clatrina é a 
própria clatrina, que forma a cama-
da externa do revestimento. Cada 
subunidade de clatrina consiste em 
três cadeias polipeptídicas grandes 
e três pequenas que, juntas, formam 
uma estrutura de três pernas chama-
da de tríscele. Os trísceles de clatrina 
determinam a geometria da grade de 
clatrina.
As proteínas adaptadoras, outro com-
ponente principal do revestimento 
das vesículas revestidas por clatrina, 
formam uma discreta camada inter-
na no revestimento, posicionada en-
tre a grade de clatrina e a membrana. 
Elas ligam o revestimento de clatrina 
à membrana e aprisionam várias pro-
teínas transmembrana, incluindo os 
receptores transmembrana que cap-
turam moléculas-carga solúveis para 
dentro das vesículas, os chamados 
receptores de carga. 
Desse modo, as proteínas adapta-
doras selecionam um conjunto espe-
cífico de proteínas transmembrana, 
junto com as proteínas solúveis que 
30COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
interagem com elas, e as empacotam 
dentro de cada vesícula de trans-
porte revestida por clatrina recém-
-formada. Existem vários tipos de 
proteínas adaptadoras. Cada tipo de 
proteína adaptadora é específico para 
um diferente conjunto de receptores 
de carga. As vesículas revestidas 
por clatrina que brotam de diferen-
tes membranas utilizam diferentes 
proteínas adaptadoras e, portanto, 
empacotam diferentes receptores e 
moléculas-carga. 
Figura 7. Montagem e desmontagem do revestimento de clatrina. A montagem do revestimento introduz uma curva-
tura para dentro da membrana, que leva, por sua vez, à formação de um broto revestido. As proteínas adaptadoras se 
ligam nos trísceles de clatrina e nos receptores de carga ligados à membrana, mediando, assim, o recrutamento sele-
tivo tanto de moléculas-carga de membrana quanto de moléculas solúveis para dentro da vesícula. Outras proteínas 
de curvatura e de fissão da membrana são recrutadas para o pescoço da vesícula em brotamento, onde a curvatura 
acentuada da membrana é introduzida. Fonte: ALBERTS, 2017.
As forças geradas somente pela 
montagem do revestimento de cla-
trina não são suficientes para formar 
e destacar a vesícula da membra-
na. Outras proteínas de curvatura 
da membrana e geradoras de força 
participam de cada estágio do pro-
cesso. As proteínas de curvatura da 
membrana que contêm os domínios 
na forma de crescente, chamados do-
mínios BAR, ligam-se e impõem sua 
forma sobre a membrana subjacente 
via interações eletrostáticas com os 
grupos de cabeça lipídica.
Algumas dessas proteínas também 
contêm hélices anfifílicas que indu-
zem a curvatura da membrana de-
pois de serem inseridas como cunhas 
no folheto citoplasmático da mem-
brana. Outras proteínas com domínio 
BAR são importantes para formar o 
pescoço de uma vesícula em brota-
mento, onde a estabilização de cur-
vaturas acentuadas na membrana é 
31COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
essencial. Por fim, a maquinaria de 
clatrina agrupa o arranjo local de fi-
lamentos de actina que introduzem 
tensão para ajudar a destacar e pro-
pelir a vesícula em formação.
À medida que um broto revestido por 
clatrina cresce, proteínas citoplasmá-
ticas solúveis, incluindo a dinamina, 
arranjam-se no pescoço de cada bro-
to. A dinamina contém um domínio de 
GTPase que regula a frequência na 
qual as vesículas se liberam da mem-
brana. O processo de liberação apro-
xima os dois folhetos não citoplas-
máticos da membrana intimamente 
e os fusiona, isolando a vesícula em 
formação para fora. 
Para realizar essa tarefa, a dinamina 
recruta outras proteínas para o pes-
coço do broto. Junto com a dinami-
na, elas ajudam a curvar a porção da 
membrana pela distorção direta da 
estrutura da bicamada, ou pela mu-
dança da sua composição lipídica me-
diante recrutamento de enzimas mo-
dificadoras de lipídeos, ou ainda por 
meio de ambos mecanismos. Uma 
vez liberada da membrana, a vesícula 
rapidamente perde seu revestimento 
de clatrina. 
Para assegurar um fluxo ordenado 
no tráfego de vesículas, as vesículas 
de transporte devem ser altamen-
te precisas no reconhecimento da 
membrana-alvo correta com a qual se 
fundirão. Devido à diversidade e à po-
pulação de sistemas de membranas 
no citoplasma, uma vesícula irá, pro-
vavelmente, encontrar muitas mem-
branas-alvo potenciais antes de en-
contrar a correta. 
A especificidade para o alvo é asse-
gurada porque todas as vesículas de 
transporte exibem marcadores de su-
perfície que as identificam de acordo 
com sua origem e o seu tipo de carga, 
e as membranas-alvo exibem recep-
tores complementares que reconhe-
cem os marcadores apropriados. Esse 
processo crucial ocorre em duas eta-
pas. Primeiro, as proteínas Rab e efe-
torasde Rab direcionam a vesícula a 
locais específicos na membrana-alvo 
correta. Segundo, proteínas SNARE 
e reguladores SNARE intercedem na 
fusão das bicamadas lipídicas. 
As proteínas Rab desempenham um 
papel central na especificidade do 
transporte vesicular. Como as GTPa-
ses de recrutamento de revestimento 
discutidas anteriormente, as proteínas 
Rab também são GTPases monomé-
ricas. A subfamília Rab é a maior das 
subfamílias de GTPases monoméri-
cas. Cada proteína Rab está associa-
da a uma ou mais organelas envoltas 
por membrana das vias secretora ou 
endocítica, e cada uma dessas orga-
nelas possui, pelo menos, uma prote-
ína Rab em sua superfície citosólica. 
Sua distribuição altamente seletiva 
nesses sistemas de membrana tor-
na as proteínas Rab marcadores mo-
leculares ideais para identificar cada 
32COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
tipo de membrana e guiar o tráfego 
de vesículas entre elas. As proteínas 
Rab podem atuar nas vesículas de 
transporte, nas membranas-alvo ou 
em ambas.
À semelhança das GTPases de re-
crutamento de revestimento, as pro-
teínas Rab alternam entre a membra-
na e o citosol e regulam a montagem 
reversível dos complexos proteicos 
da membrana. Em seu estado ligado 
a GDP, elas são inativas e ligadas a 
outra proteína (inibidor de dissocia-
ção Rab-GDP, ou GDI) que as man-
têm solúveis no citosol; em seu es-
tado ligado a GTP, elas são ativas e 
intimamente associadas à membra-
na de uma organela ou vesícula de 
transporte. 
Uma vez no estado ligado a GTP e 
ligado a membrana por uma âncora 
lipídica agora exposta, as proteínas 
Rab se ligam a outras proteínas, cha-
madas de efetoras de Rab, que são 
mediadores a jusante do transporte 
vesicular, entrelaçamento da mem-
brana e fusão da membrana. A taxa 
de hidrólise de GTP determina a con-
centração de Rab ativa e, como con-
sequência, a concentração de suas 
efetoras na membrana. Ao contrário 
da estrutura altamente conservada 
das proteínas Rab, as estruturas e 
funções das efetoras de Rab variam 
bastante, e as mesmas proteínas Rab 
muitas vezes podem se ligar a vários 
efetores diferentes. 
Algumas efetoras de Rab são pro-
teínas motoras que propulsionam as 
vesículas ao longo de filamentos de 
actina ou de microtúbulos para as 
suas membranas-alvo. Outras são 
proteínas de aprisionamento, algu-
mas das quais têm longos domínios 
filamentosos que servem como “li-
nhas de pesca” que podem se esten-
der para ligar duas membranas que 
estão separadas por mais de 200 nm. 
Outras proteínas de aprisionamen-
to são complexos proteicos grandes 
que unem duas membranas que es-
tão mais próximas e interagem com 
uma ampla variedade de outras pro-
teínas que facilitam a etapa de fusão 
da membrana.
As efetoras de Rab também podem 
interagir com SNAREs para acoplar 
o aprisionamento da membrana à fu-
são. A montagem das proteínas Rab 
e de suas efetoras sobre uma mem-
brana é cooperativa e resulta na for-
mação de fragmentos de membrana 
grandes e especializados. 
33COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Uma vez que uma vesícula de trans-
porte tenha sido amarrada à sua 
membrana-alvo, ela descarrega a 
sua carga pela fusão de membra-
nas. A fusão de membranas requer a 
aproximação das bicamadas lipídicas 
de duas membranas a 1,5 nm uma 
da outra para que possam se juntar. 
Quando as membranas estão com tal 
proximidade, os lipídeos podem fluir 
de uma bicamada para a outra. 
Para tal aproximação estreita, a água 
deve ser deslocada da superfície hi-
drofílica da membrana, um processo 
que é energeticamente muito desfa-
vorável e requer proteínas de fusão 
especializadas que superam essa 
barreira energética. As proteínas 
SNARE catalisam as reações de fu-
são das membranas no transporte 
vesicular. 
Existem, pelo menos, 35 SNAREs 
diferentes em uma célula animal, 
cada uma associada a uma organe-
la particular nas vias secretora ou 
endocítica. Essas proteínas trans-
membrana existem como conjuntos 
complementares, sendo que as v-S-
NAREs, em geral, são encontradas 
nas membranas das vesículas, e as 
t-SNAREs costumam ser encontra-
das nas membranas-alvo. 
Uma v-SNARE é uma cadeia polipep-
tídica única, enquanto uma t-SNARE 
geralmente é composta por três pro-
teínas. As v-SNAREs e as t-SNAREs 
possuem domínios helicoidais carac-
terísticos e quando uma v-SNARE 
interage com uma t-SNARE, os do-
mínios helicoidais de uma envolvem 
os domínios da outra para formar um 
feixe estável de quatro hélices. 
Os complexos trans-SNARE resul-
tantes mantém as duas membranas 
juntas. Ensaios bioquímicos de fusão 
de membranas com todas as diferen-
tes combinações de SNARE mostram 
que o pareamento das v e t-SNAREs é 
altamente específico. Assim, as SNA-
REs proporcionam uma etapa adicio-
nal de especificidade no processo de 
transporte, ajudando a garantir que 
as vesículas se fusionem somente 
com a membrana-alvo correta. 
Os complexos trans-SNARE catali-
sam a fusão de membranas ao utili-
zar a energia que é liberada quando 
as hélices participantes se enrolam 
SAIBA MAIS!
Cascatas de Rab podem alterar a identidade de uma organela
Um domínio Rab pode ser desmontado e substituído por um domínio Rab diferente, mudan-
do a identidade de uma organela. Tal recrutamento ordenado de proteínas Rab atuando de 
forma sequencial é chamado de cascata de Rab.
34COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
uma na outra para juntar as faces 
das membranas, enquanto expelem 
as moléculas de água para fora da 
interface. Na célula, outras proteínas 
recrutadas para o sítio de fusão, pre-
sumivelmente efetoras de Rab, coo-
peram com as SNAREs para acelerar 
a fusão. 
Para que o transporte vesicular fun-
cione normalmente, as vesículas de 
transporte devem incorporar as pro-
teínas SNARE e Rab apropriadas. 
Não é surpresa, portanto, que muitas 
vesículas de transporte serão forma-
das somente se incorporarem o com-
plemento apropriado de proteínas 
SNARE e Rab em suas membranas. 
Este processo de controle crucial ope-
ra durante o brotamento da vesícula e 
ainda permanece um mistério.
A maioria das proteínas SNARE nas 
células já participou de turnos múlti-
plos de transporte vesicular e, algu-
mas vezes, estão presentes em uma 
membrana como complexos estáveis 
com SNAREs parceiras. Os comple-
xos devem ser desmontados antes 
que as SNAREs possam mediar novos 
turnos de transporte. Uma proteína 
crucial, chamada de NSF, alterna-se 
entre as membranas e o citosol e ca-
talisa o processo de desmontagem. 
A NSF é uma ATPase hexamérica 
que usa a energia da hidrólise do ATP 
para resolver as interações estrei-
tas entre os domínios helicoidais das 
proteínas SNAREs. A necessidade da 
reativação das SNAREs, mediada por 
NSF pela desmontagem dos comple-
xos, ajuda a evitar que as membra-
nas se fundam indiscriminadamente, 
uma vez que se as t-SNAREs de uma 
membrana-alvo estivessem sempre 
ativas, qualquer membrana conten-
do uma v-SNAREs apropriada pode-
ria se fusionar sempre que as duas 
membranas fizessem contato. 
Não se sabe como a atividade da 
NSF é controlada de forma que a 
maquinaria da SNARE seja ativada 
no momento e local corretos. Tam-
bém não se sabe como as v-SNA-
REs são seletivamente recuperadas 
e devolvidas ao seu compartimento 
de origem para que possam ser reuti-
lizadas em vesículas transportadoras 
recém-formadas. 
SAIBA MAIS!
As membranas plasmáticas de um espermatozoide e de um óvulo se fusionam durante a fertili-
zação, e os mioblastos se fusionam um com o outro durante o desenvolvimento de fibras muscu-
lares multinucleadas. Todas as fusões de membranas celulares demandam proteínas especiais e 
são reguladas rigidamente para garantir que somente as membranas apropriadas se fusionem. 
As fusões de membranas catalisadas por proteínas de fusão virais são bem conhecidas. Tais 
proteínas têm papel crucial ao permitirem a entrada de vírus envelopados (que possuem um 
revestimento de membrana baseado em bicamada lipídica) nas células que eles infectam.
35COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Para iniciar a sua jornada ao longo da 
via secretora,as proteínas que entra-
ram no RE e que são destinadas ao 
aparelho de Golgi ou além, são pri-
meiramente empacotadas em vesí-
culas de transporte revestidas por 
COPII. Essas vesículas brotam de re-
giões especializadas do RE chama-
das de sítios de saída do RE, cujas 
membranas não possuem ribosso-
mos ligados.
A entrada em vesículas que saem do 
RE pode ser um processo seletivo 
ou pode acontecer por padrão. Mui-
tas proteínas de membrana são re-
crutadas ativamente para dentro de 
tais vesículas, onde elas ficam con-
centradas. Essas proteínas-carga de 
membrana apresentam sinais de sa-
ída (transporte) na sua superfície ci-
tosólica, que as proteínas adaptado-
ras do revestimento interno de COPII 
reconhecem. 
Alguns desses componentes agem 
como receptores de carga e são reci-
clados de volta para o RE depois que 
entregam sua carga no aparelho de 
Golgi. As proteínas-carga solúveis no 
lúmen do RE, ao contrário, possuem 
sinais de saída que as ligam aos re-
ceptores de carga transmembrana. 
Proteínas sem sinais de saída tam-
bém podem entrar nas vesículas de 
transporte, incluindo moléculas pro-
teicas que, em geral, funcionam no 
RE, algumas das quais vazam lenta-
mente para fora do RE e são entre-
gues no aparelho de Golgi. 
A etapa de saída do RE é o principal 
ponto de verificação no qual o controle 
de qualidade é exercido sobre as pro-
teínas que a célula secreta ou dispõe 
na sua superfície. Os sinais de saída 
que direcionam as proteínas solúveis 
para fora do RE para serem transpor-
tadas para o aparelho de Golgi e para 
além dele, não são bem conhecidos. 
36COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Trísceles de clatrina
Crescimento do broto
Associação com dinamina
Ajudam a curvar a membrana
Agrupam filamentos de actina
Destaca e propele a vesícula
Vesícula liberada
TRANSPORTE VESICULAR
PROTEÍNAS DE CURVATURA 
DE MEMBRANA
COP ICOP IIClatrina
Fusão com membrana-alvoProteína NSF desmonta v e t-SNARES
Proteínas Rab – guiam 
vesícula para destino
v-SNARE e T-SNARE
Proteínas adaptadoras Revestimento interno da vesícula Selecionam a carga
Selecionam proteínas 
transmembranas Receptores de carga
Marcadores celulares 
orientam o transporte REVESTIMENTO:
FLUXOGRAMA TRANSPORTE VESICULAR
37COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Via de recuperação
A via de recuperação traz de volta 
ao RE as proteínas que escaparam, 
e depende dos sinais de recuperação 
do RE. As proteínas de membrana re-
sidentes no RE, por exemplo, contêm 
sinais que se ligam diretamente aos 
revestimentos de COPI e são, assim, 
empacotadas nas vesículas de trans-
porte revestidas por COPI para a en-
trega retrógrada ao RE. O sinal de 
recuperação deste tipo mais bem ca-
racterizado consiste em duas lisinas, 
seguidas por quaisquer outros dois 
aminoácidos, na extremidade C-ter-
minal das proteínas de membrana do 
RE. 
Esse sinal é chamado de sequência 
KKXX, baseado no código de amino-
ácidos de uma letra. As proteínas so-
lúveis residentes no RE, como a BiP, 
também contêm um curto sinal de 
recuperação do RE nas suas extremi-
dades C-terminais, mas este é dife-
rente, ele consiste em uma sequência 
de Lys-Asp-Glu-Leu ou uma sequên-
cia semelhante, chamado de sequên-
cia KDEL.
Diferentemente dos sinais de recupe-
ração das proteínas de membrana do 
RE, que podem interagir diretamente 
com o revestimento de COPI, as pro-
teínas residentes no RE solúveis de-
vem se ligar a proteínas receptoras 
especializadas, como o receptor de 
KDEL, uma proteína transmembrana 
que empacota qualquer proteína que 
apresente tal sequência nas vesículas 
de transporte retrógrado. Para execu-
tar essa tarefa, o próprio receptor de 
KDEL deve alternar entre o RE e o 
aparelho de Golgi, e a sua afinidade 
por sequências KDEL deve ser dife-
rente nesses dois compartimentos. 
O receptor deve ter uma alta afinida-
de pela sequência KDEL nos agrupa-
mentos tubulares de vesículas e no 
aparelho de Golgi, de forma a cap-
turar proteínas solúveis residentes 
no RE que escaparam e que estejam 
presentes em baixas concentrações 
nesses locais. Entretanto, ele deve ter 
uma baixa afinidade pela sequência 
KDEL no RE, para descarregar a car-
ga apesar da concentração muito alta 
de proteínas solúveis residentes no 
RE que contêm KDEL. 
Como a afinidade do receptor de KDEL 
muda dependendo do compartimen-
to onde ele reside? A resposta pro-
vavelmente está relacionada ao bai-
xo pH nos compartimentos do Golgi, 
que é regulado por bombas de H+.A 
maioria das proteínas de membrana 
que funcionam na interface entre o 
RE e o aparelho de Golgi, incluindo as 
v e as t-SNAREs e alguns receptores 
de carga, também entra na via de re-
cuperação para o RE.
38COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
Transporte através do aparelho 
de Golgi 
Ainda não se sabe como o aparelho 
de Golgi alcança e mantém sua es-
trutura polarizada e como as molécu-
las se movem de uma cisterna para 
a outra, e é provável que mais de um 
mecanismo esteja envolvido em cada 
caso. 
Uma hipótese, chamada de modelo 
de maturação de cisternas, considera 
as cisternas de Golgi como estruturas 
dinâmicas que maturam de primária 
a tardia, adquirindo e depois perden-
do proteínas específicas residentes 
no Golgi. De acordo com essa visão, 
as cisternas cis se formam continua-
mente à medida que agrupamentos 
tubulares de vesículas chegam do 
RE e progressivamente amadurecem 
para se tornar uma cisterna média e 
depois uma cisterna trans. 
O modelo de maturação de cisternas 
é sustentado por estudos utilizando 
enzimas de Golgi de diferentes cis-
ternas que foram marcadas com di-
ferentes colorações de fluorescência. 
Também sustentando tal modelo, 
observações de micrografias eletrô-
nicas revelaram que grandes estrutu-
ras como os bastões de procolágeno 
em fibroblastos e escamas de certas 
algas, se movem progressivamente 
através da pilha de Golgi. 
Uma visão alternativa descreve que 
as cisternas de Golgi são estruturas 
duradouras que mantêm seu conjunto 
característico de proteínas residentes 
de Golgi firmemente no lugar, e as 
proteínas-carga são transportadas 
de uma cisterna para a próxima pelo 
transporte de vesículas. De acordo 
com esse modelo de transporte vesi-
cular, o fluxo retrógrado de vesículas 
recupera as proteínas que escaparam 
do RE e do Golgi e as devolve aos 
compartimentos anteriores no fluxo. 
O fluxo direcional pode ser alcança-
do porque as moléculas de carga que 
avançam são seletivamente empa-
cotadas em vesículas que se movem 
adiante. 
Ainda de maneira alternativa, o deslo-
camento das vesículas de transporte 
entre as cisternas de Golgi pode não 
ser de todo direcional, transportando 
carga aleatoriamente para trás e para 
frente; o fluxo direcional ocorreria, en-
tão, por causa da entrada contínua na 
cisterna cis e saída na cisterna trans. 
É provável que aspectos de ambos 
modelos sejam verdadeiros. Um nú-
cleo estável de cisternas duradouras 
pode existir no centro de cada cister-
na de Golgi, enquanto as regiões ao 
redor podem sofrer contínua matu-
ração, talvez usando as cascatas de 
Rab que mudam sua identidade. 
À medida que partes de cisternas ma-
duras são formadas, elas podem se 
partir e se fusionar com cisternas se-
guintes no fluxo por mecanismos de 
fusão homotípica, carregando gran-
des moléculas-carga com elas. Além 
39COMPARTIMENTOS INTRACELULARES
disso, pequenas vesículas revestidas 
por COPI poderiam transportar pe-
quenas cargas na direção para frente 
e recuperar enzimas que escaparam 
do Golgi, devolvendo-as à sua cister-
na retrógrada apropriada.
10. LISOSSOMOS
Os lisossomos são organelas que 
contêm uma variedade de enzimas 
capazes de hidrolisar todos os tipos 
de polímeros biológicos – proteínas, 
ácidos nucleicos, carboidratos e lipí-
dios. Funcionam como o sistema di-
gestivo da célula, servindo tanto para 
degradar material do exterior quanto 
da própria célula.
São encontrados em todas as células 
eucarióticas. Eles foram inicialmente 
descobertos pelo fracionamento bio-
químico de extratos celulares; somen-
te mais