05-Trafego selectivo de proteinas-Nucleo 2012

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Prof. Augusto Dinis
BIOLOGIA CELULAR 1
Biologia Celular
Os Compartimentos Intracelulares distinguem-se pela 
sua morfologia e estrutura
• Possuem um conjunto próprio de ferramentas moleculares 
para realizarem determinada(s) função(ões).
As Proteínas são essenciais para o desempenho destas 
funções (especialização funcional)
• Exceptuando algumas poucas proteínas sintetizadas 
nas Mitocôndrias e Plastídeos, todas as outras são 
sintetizadas por ribossomas livres no Citosol ou ligados 
ao Retículo Endoplasmático.
Tráfego Selectivo de Proteínas 
ou Segregação de Proteínas
Biologia Celular
• Uma célula animal típica contém ca. de 10 biliões de proteínas, 
das quais 10.000 a 20.000 desempenham funções distintas.
• Todas estas proteínas têm que chegar ao destino correcto para 
que a célula funcione.
• Os mecanismos envolvidos no transporte intracelular das 
proteínas e na sua correcta distribuição pelos compartimentos 
a que pertencem constitui
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BIOLOGIA CELULAR 2
Lodish et al., 2008
Destinos das proteínas elaboradas pela célula:
Biologia Celular
• A maioria das proteínas são sintetizadas nos ribossomas citosólicos e 
muitas permanecem no citosol.
• Outras são transportadas para:
- Incorporação em compartimentos 
intracelulares
- Integração em membranas
- Exportação (exterior celular)
Como se explica o Tráfego Selectivo de 
Proteínas, ou seja, que uma dada proteína, após 
a sua síntese, saiba para onde se deve dirigir?
Biologia Celular
Informação codificada em sequências especiais 
de aminoácidos da própria cadeia polipeptídica
Sequências de endereçamento 
ou
Sequências sinalizadoras
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BIOLOGIA CELULAR 3
Tipos de sinais de endereçamento nas proteínas
Alberts et al., 2002
Biologia Celular
Sequências sinais (A) e Configurações sinais (B)
Reconhecidas por Proteínas Receptoras complementares
Extremo N Extremo C
Sequências Sinalizadoras
• Sequências de selecção/transferência Translocação de proteínas
para compartimentos celulares
• Sequências de endereçamento para o RER Proteínas de secreção
• Sequências de paragem de transferência
• Sequências de ancoragem
Integração de proteínas 
em biomembranas
Biologia Celular
ou Sequências stop
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MECANISMOS DE TRANSPORTE DAS PROTEÍNAS
Transporte Pós-traducional:
Biologia Celular
O transporte das proteínas só 
ocorre após a sua síntese completa 
por ribossomas livres no citosol.
(proteínas nucleares, mitocondriais, 
cloroplastidiais e peroxissómicas)
Cooper & Hausman, 2009
MECANISMOS DE TRANSPORTE DAS PROTEÍNAS
Transporte Co-traducional:
Biologia Celular
O transporte das proteínas 
ocorre em simultâneo com a sua 
tradução por ribossomas ligados 
ao retículo endoplasmático.
(proteínas da via da secreção)
Cooper & Hausman, 2009
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Tráfego Selectivo de Proteínas
Alberts et al., 2002
Biologia Celular
Transporte vesicular 
entre compartimentos 
intracelulares 
(topologicamente equivalentes 
mas sem continuidade espacial)
Alberts et al., 2002
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Compartimento dador
Compartimento alvo
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Transporte nucleo-citoplasmático
Alberts et al., 2002
Biologia Celular
A cada minuto ocorre um tráfego bidirecional
de milhares de moléculas através dos poros
nucleares:
• Importação: histonas, laminas, DNA e RNA polimerases, 
proteínas reguladoras dos genes, proteínas ribossómicas …
• Exportação: mRNAs, tRNAs, subunidades ribossómicas …
• Importação + Exportação: proteínas vaivém.
Experiência demonstrativa da função do “sinal de localização nuclear (NLS)”
Acumulação Selectiva de Proteínas no Núcleo
Biologia Celular
O primeiro sinal cariofílico a ser mapeado com detalhe foi o do antigénio T do vírus simiano 
40 (SV40) ���� proteína que inicia a replicação do DNA viral nas células infectadas
(Alberts et al., 2002)
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Proteínas importadas para o núcleo possuem um Sinal de Localização Nuclear (NLS)
Cooper & Hausman, 2009
Biologia Celular
• Pequena sequência linear de 
aminoácidos básicos que forma 
uma sequência sinal
(mais raro; ex. Antigénio T)
• Sequência bipartida de 
aminoácidos básicos que forma 
uma configuração sinal 
(mais frequente; ex. Nucleoplasmina)
Proteínas exportadas do núcleo possuem um Sinal de Exportação Nuclear (NES) –
sequência de aminoácidos rica em leucina - para além do NLS
Sinais cariofílicos
Características do transporte das proteínas cariofílicas:
• A proteína é sintetizada por ribossomas livres no citosol
• O transporte ocorre através de um “canal” hidrofílico
(poro nuclear)
• A proteína é transportada na sua conformação final
• O transporte da proteína requer energia (GTP)
• O “sinal cariofílico” não é clivado após a entrada da 
proteína no núcleo
Biologia Celular
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Receptores de Importação Nuclear (Importinas)
(Alberts et al., 2002)
Biologia Celular
na Exportação Nuclear intervêm Exportinas
Os sinais cariofílicos são reconhecidos por Receptores Proteicos que 
dirigem o transporte de proteínas através dos poros nucleares
A proteína Ran regula o transporte nucleo-citoplasmático
Alberts et al., 2002
Biologia Celular
• Pequena GTPase presente 
em todos os Eucariotas
(catalisa a hidrólise do GTP)
• Existe no núcleo como 
Ran-GTP e no citosol como 
Ran-GDP
• A diferente distribuição da 
proteína Ran deve-se à 
diferente localização das 
suas proteínas reguladoras: 
Ran-GAP e Ran-GEF
• Ran-GAP – Proteína activadora da GTPase (induz a proteína Ran a hidrolisar o GTP)
• Ran-GEF – Factor de troca da guanosina (induz a Ran-GDP a trocar o GDP por GTP)
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Importação das proteínas cariofílicas
(Cooper & Hausman, 2009)
Biologia Celular
• No citosol, o NLS de uma proteína 
cargo é reconhecido pela sua importina
e esta liga-se a ele.
• A importina com o cargo reconhece e 
liga-se a nucleoporinas das fibrilas 
citoplasmáticas e, após ligações 
sequenciais sucessivas, o complexo é 
translocado através do tampão central.
• No nucleoplasma, a Ran-GTP liga-se 
à importina, o que obriga esta a alterar 
a sua conformação e a libertar o seu 
cargo.
Papel da proteína Ran na libertação e ligação do cargo
Alberts et al., 2002
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BIOLOGIA CELULAR 10
Importação das proteínas cariofílicas
Biologia Celular
• O complexo Importina + Ran-GTP é 
exportado para o citosol e, à saída dos 
poros, a Ran-GTP é estimulada a 
hidrolisar o seu GTP quando contacta 
com a Ran-GAP.
• A transformação de Ran-GTP em 
Ran-GDP obriga à libertação da 
importina, a qual fica pronta para uma 
nova importação.
• A Ran-GDP retorna ao núcleo onde a 
Ran-GEF induz a troca do seu GDP 
por GTP, tornando a proteína Ran
novamente activa. 
(Cooper & Hausman, 2009)
Exportação de proteínas cariofílicas
Biologia Celular
• O reconhecimento do NES e a ligação 
da exportina à proteína cargo só ocorre 
após a exportina se ligar à Ran-GTP.
• À saída dos poros, a Ran-GAP 
estimula a Ran-GTP a hidrolisar o seu 
GTP e a transformação de Ran-GTP em 
Ran-GDP leva à dissociação de todo o 
complexo trimolecular.
(Cooper & Hausman, 2009)
• A exportina ligada ao cargo e à Ran-
GTP reconhece e liga-se a nucleoporinas
das fibrilas nucleoplásmicas; após 
ligações sequenciais sucessivas, o 
complexo é translocado através do 
tampão central.
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Exportação de proteínas cariofílicas
Biologia Celular
(Cooper & Hausman, 2009)
• A exportina é importada parao núcleo, 
para completar o ciclo e poder intervir 
em nova exportação.
• Após se desligarem da exportina, o 
cargo é deixado livre no citosol e a Ran-
GDP regressa ao núcleo onde a Ran-
GEF induz a troca do seu GDP por GTP, 
tornando a Ran novamente activa. 
Importação e Exportação de Proteínas Cariofílicas
Alberts et al., 2002
Biologia Celular