06-Trafego selectivo de proteinas- Mitoc, Cloropl e Perox-2012

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BIOLOGIA CELULAR 1
Transporte de Proteínas para 
Mitocôndrias e Plastídeos
Biologia Celular
Transporte de Proteínas para Mitocôndrias e Plastídeos
Principais características comuns:
• A síntese ocorre em ribossomas livres no citosol
• A proteína é sintetizada como precursora (pré-proteína) 
contendo uma sequência sinal no extremo N
• A proteína precursora é transportada numa conformação 
distendida (desenovelada)
• A sequência sinal é clivada após a entrada da proteína na 
matriz/estroma
• A importação exige energia (ATP) e ocorre em locais de 
contacto das membranas externa e interna do invólucro
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BIOLOGIA CELULAR 2
Sinais de endereçamento para as Mitocôndrias
Alberts et al., 2002
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As sequências sinais para a matriz (pressequências) 
consistem de 20 a 80 aminoácidos organizados numa 
hélice anfipática→ aminoácidos com carga positiva 
agregados num lado da hélice e os hidrofóbicos no 
lado oposto.
Os receptores proteicos específicos que iniciam a 
translocação reconhecem esta hélice e a sua anfipatia 
em vez da sequência específica de aminoácidos.
→ Extremo amina
Após a importação, a sequência sinal para a matriz é 
rapidamente removida por uma peptidase sinal.
A importação de proteínas para as membranas interna e externa e para o espaço intermembranar
requer sequências internas adicionais, hidrofóbicas, que não são removidas.
Translocases da membrana externa e interna mitocondrial
Alberts et al., 2002
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O complexo TOM dirige a translocação
através da membrana externa: consiste 
de subunidades que funcionam como 
Receptores dos sinais e subunidades que 
formam o Poro Geral de Importação.
Os complexos TIM e OXA dirigem a 
translocação através da membrana 
interna mitocondrial:
Complexo TIM23► proteínas para a matriz; inserção de proteínas transmembranares na membrana interna.
Complexo TIM22► inserção de algumas proteínas na membrana interna (ex. transportador que move ATP, 
ADP e fosfato para o interior e exterior da mitocôndria).
Complexo OXA► inserção de proteínas na membrana interna e no espaço intermembranar (aquelas 
sintetizadas na matriz e algumas importadas primeiramente para a matriz pelos outros complexos proteicos).
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Papel das Chaperonas no tráfego para as Mitocôndrias
Lodish et al., 2008
+
+
+
+
(Chaperonas)
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A importação das proteínas para as mitocôndrias requer que elas não adquiram a 
sua conformação tridimensional final no citosol.
O estado desenovelado é garantido pela ligação de Chaperonas citosólicas da família 
Hsp70 a sequências hidrofóbicas das proteínas precursoras (com gasto de ATP) 
Importação de Proteínas para a Matriz Mitocondrial
Cooper & Hausman, 2007
Biologia Celular
Lodish et al., 2008
A pré-proteína é sintetizada no citosol e é mantida numa conformação distendida 
através da ligação a chaperonas citosólicas (Hsp70).
Na superfície da membrana externa mitocondrial, a pressequência é reconhecida 
pelos receptores TOM 20 e 22 e, com a ajuda da subunidade TOM 5, é inserida no 
poro geral de importação (TOM 40) iniciando-se a translocação da cadeia peptídica.
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Importação de Proteínas para a Matriz Mitocondrial
Cooper & Hausman, 2007
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A translocação ocorre num local de contacto das duas membranas do invólucro, 
onde o poro do complexo TOM se alinha com o do complexo TIM 23 (usado por 
todas as proteínas precursoras com uma pressequência).
A força motora para a translocação da proteína é gerada pelo gradiente protónico 
na membrana interna e por chaperonas Hsp70 da matriz que interagem com a 
unidade TIM 44 e puxam a cadeia peptídica para a matriz (com gasto de ATP).
Lodish et al., 2008
Importação de Proteínas para a Matriz Mitocondrial
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Ao emergir na matriz, a pressequência é 
clivada por uma protease processadora → 
peptidase sinal. A proteína adquire depois a 
sua conformação final, sozinha ou com a 
ajuda de chaperoninas Hsp60 mitocondriais
(com gasto de ATP).
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Utilização de energia (ATP) na importação proteica mitocondrial
�Libertação das chaperonas citosólicas após interacção da pré-proteína com o 
complexo TOM
� Translocação da pré-proteína para a matriz por acção das Hsp70 mitocondriais
(conjuntamente com o potencial de membrana ���� gradiente H+ na membrana 
interna)
� Arranjo da proteína na sua conformação final por acção de Hsp60 mitocondriais
Importação de Proteínas para a Membrana Interna Mitocondrial
Lodish et al., 2008
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Proteínas com pressequência e uma ou mais sequências sinais internas:
A pressequência determina que se use a 
maquinaria (TOM 20 e 22 e TIM 23) usada 
pelas proteínas endereçadas para a matriz
Via A: 
Ao emergir na matriz, a pressequência é 
clivada e a sequência hidrofóbica interna é 
exposta no interior do complexo TIM 23, 
funcionando como sequência stop. A 
proteína é deslocada lateralmente na 
bicamada lipídica e fica nela inserida 
através da sequência stop (sequência de 
ancoragem).
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Importação de Proteínas para a Membrana Interna Mitocondrial
Lodish et al., 2008
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Proteínas com pressequência e uma ou mais sequências sinais internas:
Via B:
A pré-proteína é totalmente translocada
para a matriz onde a pressequência é 
clivada. A sequência interna fica exposta e é 
reconhecida pelo complexo OXA que insere 
a cadeia peptídica na membrana interna 
(retranslocação).
Este complexo insere também na membrana 
interna e no espaço intermembranar
proteínas sintetizadas na matriz.
A pressequência determina que se use a 
maquinaria (TOM 20 e 22 e TIM 23) usada 
pelas proteínas endereçadas para a matriz
Importação de Proteínas para a Membrana Interna Mitocondrial
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Proteínas sem pressequência e com múltiplas sequências sinais internas:
Via C:
• A(s) primeira(s) sequência(s) sinal(is) 
interna(s) é(são) reconhecida(s) pelo 
receptor TOM70 e a cadeia é translocada 
pelo poro geral de importação. 
• Na membrana interna o complexo 
translocador usado é o TIM22 que insere 
a cadeia peptídica na bicamada lipídica 
através das sequências de ancoragem. 
• A passagem de um complexo 
translocador para o outro é assistida por 
pequenas TIMs (TIM9-TIM10) preentes 
no espaço intermembranar.
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Importação de Proteínas para o espaço intermembranar
Lodish et al., 2008
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Proteínas com pressequência e uma sequência sinal interna hidrofóbica:
A pressequência determina que se use a 
maquinaria (TOM 20 e 22 e TIM 23) usada 
pelas proteínas endereçadas para a matriz
Via A: 
A clivagem da pressequência expõe a 
sequência interna no interior do complexo 
TIM 23, a qual funciona como sequência stop. 
A proteína é deslocada lateralmente na 
bicamada lipídica e fica nela inserida.
Uma protease na membrana interna 
reconhece a sequência interna e cliva a 
proteína, libertando-a no espaço 
intermembranar. A proteína liga um cofactor
heme e adquire a sua conformação final.
Importação de Proteínas para o espaço intermembranar
Lodish et al., 2008
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Proteínas sem pressequência mas com uma sequência sinal interna:
Via B: 
A sequência sinal interna funciona como uma 
sequência de endereçamento para o espaço 
intermembranar, sendo reconhecida por um 
receptor específico no complexo TOM. 
A proteína é libertada directamente no espaço 
intermembranar após translocação pelo poro 
geral de importação.
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Importação de Proteínas para a MembranaExterna Mitocondrial
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Proteínas sem pressequência e uma ou mais sequências sinais internas:
• Proteínas com topologia relativamente 
simples (unitransmembranares) apenas 
requerem o complexo TOM para inserção 
na membrana.
• Proteínas com topologia mais complexa 
(forma de barril, como a TOM40 e as 
porinas) atravessam o complexo TOM até 
ao espaço intermembranar e são 
reconhecidas por pequenas Tim que as 
transferem para um segundo complexo 
translocador – complexo SAM (“sorting
and assembly machinery”) – que as insere 
na membrana externa mitocondrial.
Transporte de Proteínas para os Peroxissomas
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Microfotografia TEM de um peroxissoma (em cima) 
e respectiva interpretação esquemática (em baixo)
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Tipos e funções dos Peroxissomas
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Organelos ricos em oxidases, cuja enzima marcadora é a catalase
(enzima que decompõe o peróxido de hidrogénio - H2O2)
Intervêm em:
- Oxidação de ácidos gordos de cadeia muito longa (conversão em acetil-CoA)
- Gluconeogénese (conversão de aminoácidos em glicose)
- Biossíntese dos ácidos biliares, do colesterol, do dolicol e dos plasmalogénios
(fosfolípidos com função éter)
- Fotorrespiração (tipo de respiração que ocorre nas folhas das plantas, onde o 
fosfoglicolato é convertido em glicolato e este transferido para os peroxissomas, 
onde é oxidado e convertido em glicina) → Peroxissomas foliares
- Ciclo do ácido glioxílico (variante do ciclo do ácido cítrico que leva à conversão 
de ácidos gordos em carbohidratos)→ Glioxissomas
- …
RH2:
• ácido úrico
• D- e L-aminoácidos
• ácido glicólico
• ácidos gordos
R’H2:
• metanol
• formato
• formaldeído
• fenóis
Reacções enzimáticas nos Peroxissomas
+H2O2
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Biogénese dos Peroxissomas
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Os peroxissomas não possuem o seu próprio genoma e, por isso, todas as suas 
proteínas – peroxinas − são codificadas no genoma nuclear (85 genes)
A maior parte das peroxinas são sintetizadas em ribossomas livres no citosol, 
mas experiências recentes mostraram que a montagem dos peroxissomas
começa no Retículo Endoplasmático Rugoso, onde se encontra inicialmente a 
Pex3 (peroxina integral transmembranar)
Biogénese dos Peroxissomas
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A Pex3 recruta a Pex19 citosólica para a membrana do RER e a interacção de 
ambas leva à formação de vesículas que se desprendem do RER. Estas 
vesículas crescem ou podem fundir-se com peroxissomas pré-existentes, ou 
ainda fundirem-se entre si, para formar novos peroxissomas.
O crescimento dos peroxissomas ocorre pela incorporação de lípidos e 
proteínas específicas provenientes do citosol.
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Sinais de endereçamento para os Peroxissomas
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• Os peroxissomas possuem pelo menos 50 enzimas diferentes 
envolvidas numa variedade de vias bioquímicas.
• No endereçamento para a matriz dos peroxissomas:
– A maioria das peroxinas possui uma sequência simples de três a.a. 
(Ser-Lys-Leu ou SKL) no terminal C � sinal 1 de localização 
peroxissómica (peroxisome targeting signal 1) ou PTS1.
– Algumas peroxinas possuem uma sequência mais complexa de a.a.
no terminal N � sinal 2 de localização peroxissómica
(peroxisome targeting signal 2) ou PTS2.
Características do transporte de proteínas para peroxissomas:
• A síntese ocorre em ribossomas livres no citosol
• A proteína é transportada geralmente na sua 
conformação final
• A sequência sinal PTS1(localizada no extremo C) não é 
clivada após a translocação da proteína; a sequência 
sinal PTS2 (localizada no extremo N) é clivada
• A translocação da proteína requer ATP
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Importação de Proteínas pelos Peroxissomas
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