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Biomol resumo Conteúdos: 1. Citoesqueleto 5 ou + 2. Contração muscular 1 3. Transporte axonal de vesículas 1 4. Imunofluorescência 1 5. Núcleo interfásico 5 ou + 6. Mitocôndria 5 7. Adesões e junções celulares 7 8. Complexo de golgi 5 ou + 9. Sinalização celular 4 Obs: exercícios khan academy; Citoesqueleto Essas funções espaciais e mecânicas dependem de um incrível sistema de filamentos chamado citoesqueleto; O Citoesqueleto é constituído de filamentos citoplasmáticos (proteínas de filamentos); As diversas funções do citoesqueleto dependem da atuação das três famílias de proteínas de filamento – filamentos de actina, microtúbulos e filamentos intermediários. Cada tipo de filamento possui funções biológicas, propriedades mecânicas e dinâmicas distintas; no entanto certas características fundamentais são comuns a todos eles. Da mesma forma que necessitamos da ação conjunta de nossos tendões, ossos e músculos, os três sistemas de filamentos do citoesqueleto devem atuar coletivamente para fornecer a uma determinada célula sua resistência, forma e capacidade de locomoção; Classificação dos componentes do citoesqueleto Proteína actina com filamento de microfilamentos (MF)- mais fina de todas (4 a 6 mm); Proteína tubulina/ miosina com filamento de microtúbulos (MT) - mais grossa de todas (22 a 25 mm); Proteína constituída de várias proteínas com filamento de filamentos intermediários (FI)- tamanho intermediário (7 a 11 mm); Os filamentos de actina determinam a forma da superfície da célula e são necessários para a locomoção das células como um todo; eles também conduzem a divisão de uma célula em duas. Os microtúbulos determinam o posicionamento das organelas delimitadas por membrana, promovem o transporte intracelular e formam o fuso mitótico que segrega os cromossomos durante a divisão celular. Os filamentos intermediários proporcionam resistência mecânica; Todos esses filamentos do citoesqueleto interagem com centenas de proteínas acessórias que regulam e ligam os filamentos uns aos outros e a outros componentes da célula; Distribuição tecidual dos filamentos intermediários Queratinas: células epiteliais; Desmina: células musculares; Vimentina: células mesenquimais, em cultura, tumorais; GFAP (proteínas ácidas fibrilar glial): células gliais (sistema nervoso); Neurofilamentos: células neuronais (neurônios); Periferina: células do sistema nervoso periférico; Nestina: células tronco neuronais e musculares; Laminas A, B, C: todas as células eucarióticas (são expressas em todas as células por isso são chamadas de ubiquitárias); Distribuição celular dos 3 tipos de filamentos Filamentos de actina/ microfilamentos: distribuição cortical próxima a membrana. são polímeros helicoidais da proteína actina. São estruturas flexíveis com diâmetro de 8 nm que se organizam sob uma ampla variedade de feixes lineares, redes bidimensionais e géis tridimensionais; Microtúbulos/Proteína tubulina: distribuição a partir de MTOCs (centro organizador de microtúbulos denominado centrossomo) próximos ao núcleo. São cilindros longos e ocos formados pela proteína tubulina. Apresentando um diâmetro externo de 25 nm, são bem mais rígidos que os filamentos de actina. Os microtúbulos são longos e retilíneos; Filamentos intermediários/várias proteínas: distribuição por toda a célula. são fibras semelhantes a cabos com um diâmetro aproximado de 10 nm; eles são compostos por proteínas de filamentos intermediários, as quais pertencem a uma família grande e heterogênea. Um tipo de filamento intermediário forma uma rede denominada lâmina nuclear logo abaixo da membrana nuclear interna. Outros tipos estendem-se ao longo do citoplasma, conferindo resistência mecânica às células. Nos tecidos epiteliais, eles atravessam o citoplasma, de uma junção célula-célula a outra, fortalecendo, dessa forma, o epitélio como um todo; célula epitelial (microvilosidades cinto de adesão na estrutura) (A+T+Q+L) Célula mesenquimal (microtúbulos na estrutura+ fibroblasto (células envolvidas na cicatrização e manutenção do tecido conjuntivo)) (A+T+V+L) Célula muscular (contração) (A+T+D+L) Neurônio (transporte axial de vesículas-transporte neurotransmissores) (A+T+N+L) Actina proteína de membrana; Preto: representa a caderina que realiza a adesão célula-célula e o azul: representa o desmossomo que mantém as células unidas (filamento de queratina) O citoesqueleto participa de várias funções celulares divisão celular, movimentação celular, movimento de vesículas, adesão celular e morfogênese (Forma) Imunofluorescência É uma técnica de fluorescência que se baseia do uso de anticorpos marcados com fluoróforos para a visualização de moléculas ou compartimentos celulares específicos (origem da tipagem de tumores); vantagens da indireta amplificação do sinal: vários secundários podem se ligar a um só primário; versatilidade: diferentes secundários podem ser usados contra diferentes classes e subclasses de imunoglobulinas; facilidade: conjugação de imunoglobulinas com fluoróforos é um procedimento longo, e nem sempre eficiente, com uma grande perda no processo, o que a torna uma opção inviável para anticorpos primários de disponibilidade limitada; vantagens da direta o procedimento é mais rápido (sem a etapa dos secundários) e mais simples; Estrutura dos anticorpos Anticorpos são imunoglobulinas (proteínas) que possuem 2 cadeias leves (verde) e 2 cadeias pesadas (azul) pontes dissulfeto ligam as cadeias entre si; (reconhece proteínas no espaço do meio) Imunoglobulinas (Ig)/anticorpos Em mamíferos existem 5 tipos principais de imunoglobulinas: A, D, E, G e M, cada qual com diferentes cadeias leves e pesadas; A imunoglobulina do tipo G (IgG) é a produzida em maior quantidade no sangue durante uma resposta imune, e por este motivo é a mais utilizada em experimentos de imunofluorescência; Detalhes fundamentais prestar atenção nas combinações de anticorpos a serem usados: antígeno humano, primário anti-humano feito em camundongo, secundário anti-camundongo feito em cabra; prestar atenção na classe e subclasse das imunoglobulinas usadas; prestar atenção no fluorocromo usado nos secundários em marcações duplas ou triplas (você não vai querer 3 marcações em verde); Anticorpos mono ou policlonais Epítopo: É a menor porção do antígeno com potencial de gerar resposta imune (é a área da molécula do antígeno que se liga aos receptores celulares e aos anticorpos). É o sítio de ligação específico que é reconhecido por um anticorpo ou por um receptor de superfície de um linfócito T; Epítopo é a região de um antígeno reconhecida por um determinado anticorpo um antígeno tem em geral vários epítopos por isso é Importância de saber a localização do epítopo da proteína estudada; monoclonais = contra um só epítopo de um antígeno, pois são produzidos a partir de um único clone de linfócitos B (cada linfócito B só produz um tipo de imunoglobulina); policlonais = contra mais de um epítopo de um antígeno (são produzidos a partir de mais de um linfócito B); monoclonais = mais específicos contra um epítopo de um antígeno; policlonais = por reconhecem vários epítopos de um antígeno eles aumentam o sinal (por isso anticorpos secundários são sempre policlonais, mas também tem uma maior chance de reconhecerem epítopos presentes em outros antígenos (reação cruzada); Princípio básico da fluorescência: diferença entre os comprimentos de onda de excitação (500-550 nm) e de emissão (620- 700) dos fluoróforos; Etapas da técnica de imunofluorescência 1 – Fixação das células 2 – Permeabilização das células 3 – Bloqueiode sítios inespecíficos 4 – Incubação com anticorpos primários 5 – Lavagens com tampão 6 – Incubação com anticorpos secundários fluorescentes (6a etapa da imunofluorescência: marcação com sondas fluorescentes, sondas fluorescentes são moléculas ligadas a fluorocromos que tem especificidade) por alguma estrutura celular 7 – Lavagens com tampão 8 – Marcação nuclear 9 – Montagem do material 10 – Visualização do material no microscópio de fluorescência Em resumo: Metodologia imunofluorescência (anticorpo- mioglobulina (Ig)) (método para reconhecer de onde veio o câncer) 1- Fração variável (reconhece proteína); 2- Fração constante; Parte 1: Músculo da cobaia Desmina da cobaia; Desmina da cobaia injetada em um coelho/ animal; Anticorpo anti-desmina de cobaia feito em coelho/animal; Estrutura do anticorpo anti-desmina: Desmina (em rosa), em azul epítopo (região reconhecida pelo anticorpo); Produção do anticorpo: 200 ul (0,2 ml) Eppendof (tubo de ensaio com os anticorpos- produção e venda para área científica); Em rosa é o fluorocromo/ fluoróforo (emite fluorescência); Parte 2: pode colocar várias cores Tumor de rato; Cortes em criostato; Desmina G.F.A.P Neurofilamentos de queratina- origem do tumor (nesse caso como a queratina reage seria um tumor nas células epiteliais); Exemplo: actina que emite o anticorpo anti-actina; Obs: G.F.P (proteína de animal marinho – emite florescência) - permeabilização (detergentes) Anti-tubulina; anti-actina; (limite do vidro- mt tubulina) Contração muscular Todas as formas de contração muscular dependem do deslizamento, controlado por ATP, de um conjunto extremamente organizado de filamentos de actina sobre arranjos de filamentos de miosina II; A maior parte do interior citoplasmático é constituída por miofibrilas, que é o nome dado aos elementos contráteis básicos da célula muscular. Uma miofibrila é uma estrutura cilíndrica de 1 a 2 mm de diâmetro que frequentemente é tão longa quanto a própria célula muscular. Ela consiste em uma longa cadeia de unidades contráteis pequenas e repetitivas – chamadas sarcômeros, cada uma com um comprimento de 2,2 mm – conferem à miofibrila dos vertebrados sua aparência estriada; Cada sarcômero é formado a partir de um arranjo miniatura, exatamente ordenado em paralelo e parcialmente superposto de filamentos delgados e espessos. Os filamentos delgados são compostos de actina e proteínas associadas, sendo ligados por suas extremidades mais a um disco Z em cada extremidade do sarcômero; As extremidades menos (-) capeadas dos filamentos de actina se estendem em direção ao centro do sarcômero, onde se sobrepõem aos filamentos espessos, os arranjos bipolares formados a partir de isoformas musculares específicas de miosina II; Quando essa região de sobreposição é examinada em uma secção transversal por microscopia eletrônica, os filamentos de miosina são vistos sob a forma de um arranjo hexagonal regular, com os filamentos de actina ordenadamente espaçados entre eles; Tanto a musculatura cardíaca quanto a musculatura lisa contêm sarcômeros, no entanto a organização destes não é tão regular quanto a apresentada na musculatura esquelética; O encurtamento do sarcômero é provocado pelo deslizamento dos filamentos de miosina sobre os filamentos delgados de actina, sem que ocorra modificação no tamanho de qualquer desses tipos de filamentos; Os filamentos bipolares espessos deslizam em direção à extremidade mais (+) de dois conjuntos de filamentos delgados de orientação oposta, controlados por dúzias de cabeças de miosina independentes que se encontram posicionadas de tal forma a interagir com cada um dos filamentos delgados; Visto que não existe uma coordenação entre os movimentos das cabeças de miosina, é essencial que elas permaneçam fortemente ligadas ao filamento de actina apenas durante um curto período de cada ciclo de ATPase (quebra atp na cabeça) para que não interfiram umas nas outras a ponto de provocar recuos; O rápido encurtamento sincronizado de milhares de sarcômeros alinhados entre si pelas extremidades, em cada miofibrila, dá à musculatura esquelética capacidade de contração suficientemente rápida para que atividades como correr e voar ou tocar piano sejam realizadas; As proteínas acessórias controlam a impressionante uniformidade da organização do filamento, do seu comprimento e do espaçamento no sarcômero. As extremidades mais (+) dos filamentos de actina estão ancoradas no disco Z, o qual é constituído de CapZ e a- actinina; o disco Z cobre os filamentos (evitando a despolimerização), além de mantê-los associados em um feixe regularmente espaçado. O comprimento exato de cada filamento delgado é determinado por uma proteína-molde bastante grande denominada nebulina; A nebulina estende- -se do disco Z até a extremidade menos (-) de cada filamento delgado, que é capeado e estabilizado pela tropomodulina. Embora haja alguma troca lenta de subunidades de actina em ambas as extremidades do filamento delgado no músculo, de tal forma que os componentes do filamento delgado apresentam uma meia-vida de vários dias, os filamentos de actina nos sarcômeros são incrivelmente estáveis em comparação com aqueles encontrados na maioria dos outros tipos de células, cujos filamentos dinâmicos de actina apresentam uma meia-vida de apenas alguns poucos minutos ou menos; Os filamentos espessos são posicionados a meio caminho entre os discos Z por pares opostos de uma proteína-molde ainda maior denominada titina. A titina age como uma mola molecular, contendo uma série de domínios semelhantes à imunoglobulina que podem desenovelar-se um a um quando é aplicado estresse a essa proteína. O enovelamente o desenovelamento “tipo mola” desses domínios mantêm os filamentos espessos posicionados no centro do sarcômero e permitem que a fibra muscular se reestruture após ter sido fortemente espichada; A contração muscular é um dos exemplos mais estudados de participação de proteínas acessórias à actina As extremidades + e - dos microfilamentos ficam cobertas pelas proteínas CapZ e tropomodulina; Três diferentes filamentos estão presentes nos sarcômeros (unidade básica da contração) actina - filamentos finos; miosina - filamentos grossos; nebulina e titina - filamentos elásticos; Componentes proteicos dos sarcômeros A contração muscular é iniciada por uma súbita elevação da concentração citosólica de Ca+2 Quando o potencial de ação resultante ativa um canal de Ca+2na membrana de um túbulo T, um influxo de Ca+2 gera a abertura de canais de liberação de Ca+2 no retículo sarcoplasmático. O Ca+2 que flui para o citosol dá início à contração de cada miofibrila; Tendo em vista que o sinal proveniente da membrana citoplasmática da célula muscular é transmitido em milissegundos (através dos túbulos T e do retículo sarcoplasmático) para cada um dos muitos sarcômeros da célula, todas as miofibrilas da célula contraem ao mesmo tempo; A elevação da concentração de Ca+2 é transitória, pois o Ca+2 é rapidamente bombeado de volta ao retículo sarcoplasmático por uma bomba de Ca+2 dependentes de ATP (também chamada de Ca+2 -ATPase) abundante nessa membrana. Normalmente, a concentração citoplasmática de Ca+2 é restaurada aos níveis de repouso em 30 metros por segundo, permitindo o relaxamento das miofibrilas. Desse modo, a contração muscular depende de dois processos que consomem enormes quantidades de ATP: o deslizamento dos filamentos, conduzido pela ATPase do domínio motor da miosina, e o bombeamento de Ca+2, regulado pela bomba de Ca+2; A dependênciade Ca+2 na contração muscular esquelética de vertebrados, e sua consequente dependência de comandos transmitidos através de nervos, é o resultado da existência de um grupo de proteínas acessórias especializadas intimamente associadas aos filamentos delgados de actina; Uma dessas proteínas acessórias é uma forma muscular da tropomiosina, a proteína alongada que se liga ao longo do sulco da hélice dos filamentos de actina. Outra é a troponina, um complexo de três polipeptídeos, troponinas T, I e C (assim denominadas devido à sua ação respectiva de ligação à tropomiosina, inibição e ligação ao Ca+2); A troponina I liga-se tanto à actina quanto à troponina T. Em um músculo em repouso, o complexo troponina I-T puxa a tropomiosina para fora da fenda normal de ligação, deixando-a em uma posição relativa ao filamento de actina que interfere na ligação das cabeças de miosina, impedindo, desse modo, qualquer interação geradora de força. Quando o nível de Ca+2 é elevado, a troponina C – que se liga a até quatro moléculas de Ca+2 – faz a troponina I se desconectar da actina; Isso permite o retorno da molécula de tropomiosina à sua posição normal e permite que as cabeças de miosina deslizem sobre os filamentos de actina. A troponina C é intimamente relacionada à calmodulina, uma proteína de ligação a Ca+2 bastante comum; ela pode ser considerada uma forma especializada de calmodulina que adquiriu sítios de ligação para a troponina I e a troponina T, garantindo, desse modo, uma resposta extremamente rápida da miofibrila a elevações na concentração de Ca+2. Nas células musculares lisas, assim denominadas por não apresentarem as estriações regulares características dos músculos esqueléticos, a contração também é provocada por um influxo de íons cálcio, mas os mecanismos de regulação são diferentes; O músculo liso é composto por camadas de células bastante longas e em formato de fuso, cada qual contendo um único núcleo. As células musculares lisas não expressam as troponinas. Em vez disso, níveis elevados de Ca+2 intracelular regulam a contração por um mecanismo dependente de calmodulina. A calmodulina ligada a Ca+2 ativa a cinase da cadeia leve da miosina (MLCK), desse modo, induzindo a fosforilação de uma das duas cadeias leves da miosina do músculo liso; Quando a cadeia leve é fosforilada, a cabeça da miosina pode interagir com filamentos de actina e provocar a contração; quando ela é desfosforilada, as cabeças de miosina tendem a dissociar da actina, tornando-se inativas. Os eventos de fosforilação que regulam a contração das células musculares lisas ocorrem de forma relativamente lenta, e a contração máxima frequentemente requer quase um segundo (em contraponto aos poucos milissegundos necessários à contração de uma célula muscular esquelética). No entanto, uma rápida ativação da contração não é importante para a musculatura lisa: sua miosina II hidrolisa ATP cerca de dez vezes mais lentamente que a miosina do músculo esquelético, produzindo um ciclo lento de alterações conformacionais da miosina que resulta em contração lenta; Contração muscular MF: A tropomiosina e as 3 troponinas (I, C, T) se encontram associadas aos microfilamentos nos sarcômeros Controle da contração muscular esquelética pela troponina; Em resumo: miogênese (formação do músculo) mioblasto (célula mononucleada); mioblastos bipolares (células monucleadas); fusão de mioblastos gera o miotubo/fibra muscular (célula multinucleada) Em rosa são as miofibrilas (conjunto de sarcômero); Essa estrutura é o sarcômero (unidade básica da contração) e as estruturas que compõem ele são respectivamente: 1-linha ou disco Z, 2- filamento os de actina, 3- filamentos de miosina; Essa e a estrutura onde temos linha/disco Z(actina), a linha M(miosina) e bandas I(actina)e A(miosina). A banda M contém proteínas que ajudam a manter os microfilamentos de miosina organizados hexagonalmente. A banda A corresponde ao comprimento das fibras de miosina; Cada miofibrila possui filamentos finos – microfilamentos de actina – e filamentos mais grossos – microfilamentos de miosina; Estrutura de uma ATPase: 1-cauda, 2- cabeça (onde quebra atp), 3- pescoço da miosina (está presa no sarcômero) e 4- quebra da atp que libera ATP, ADP, +P; Obs: Actina G (proteína globular) e Actina F (filamento de actina) 1-polimerização e 2-despolimerização; Contração muscular Regulado por 4 principais proteínas que se abrem/afastam: tropomiosina, troponina C, T e I que formam o complexo tropomiosina/troponina; Músculo relaxado: Ação da tropomiosina proteína que protege a actina de se encostar na proteína.; Músculo contraído: Ação das troponinas que inibem a tropomiosina que antes protegia a actina agora a actina se encontra encostada na miosina. Isso e coordenado pela troponina C principalmente pois é responsável por levar íons de Ca+2 que fazem as proteínas (actina e miosina) se abrirem no momento da contração do músculo, esses íons se ligam a actina, principalmente por essa possuir afinidade ao Ca+2, com isso ela muda conformação e leva as 4 proteínas. Importante lembrar que esse processo ocorre devido as ATPase que quebram o atp; Músculo em repouso. 1-Tropomiosina; Músculo contraído. Miosina encostada na actina e ação da troponina; Sinalização celular O estudo da sinalização celular está tradicionalmente focado nos mecanismos pelos quais as células eucarióticas se comunicam umas com as outras pelo uso de moléculas de sinalização extracelular, como hormônios e fatores de crescimento; “A comunicação contínua entre as células é necessária para o desenvolvimento de qualquer organismo multicelular e depende do reconhecimento dos sinais secretados.” Os sinais extracelulares podem atuar em distâncias curtas ou longas Quatro formas de sinalização intercelular: (A) A sinalização dependente de contato requer que as células estejam em contato direto membrana- -membrana (Muitas moléculas de sinalização extracelulares permanecem ligadas à superfície das células e influenciam somente as células que estabelecem contato. Essa sinalização dependente de contato é importante, especialmente durante o desenvolvimento e na resposta imune); (B) A sinalização parácrina depende de mediadores locais que são liberados no espaço extracelular e agem sobre as células vizinhas (Na maioria dos casos, contudo, as células sinalizadoras secretam moléculas para o fluido extracelular. Com frequência, as moléculas secretadas são mediadores locais, que atuam somente sobre as células no ambiente da célula sinalizadora. Isso se chama sinalização parácrina. Geralmente, nessa sinalização, as células sinalizadoras e as células-alvo são de tipos celulares diferentes, mas também podem produzir sinais aos quais elas mesmas respondem: a isso se denomina sinalização autócrina. As células cancerosas, por exemplo, frequentemente produzem sinais extracelulares que estimulam sua própria sobrevivência e proliferação.); (C) A sinalização sináptica é realizada por neurônios que transmitem sinais elétricos ao longo de seus axônios e liberam neurotransmissores nas sinapses, que frequentemente estão localizadas longe do corpo celular neuronal (mecanismos de sinalização de longo alcance para coordenar o comportamento de células em partes distantes do corpo. Assim, desenvolveram tipos celulares especializados na comunicação intercelular a grandes distâncias); (D) A sinalização endócrina depende das células endócrinas que secretam hormônios para a corrente sanguínea, de onde são distribuídos para todo o corpo. Muitas moléculas sinalizadoras de um mesmo tipoparticipam nas sinalizações parácrina, sináptica e endócrina: as diferenças básicas estão na velocidade e na seletividade com que os sinais são enviados para seus alvos (que secretam suas moléculas sinalizadoras, chamadas hormônios, na corrente sanguínea. Esta se encarrega de transportá-las por todo o corpo, permitindo que atuem sobre as células-alvo que podem estar em qualquer lugar do corpo); Parácrina (secreta uma molécula para cair na corrente sanguínea) X autócrina (molécula secretada atua sobre ela mesma); Princípios da sinalização celular A comunicação entre as células em organismos multicelulares é mediada, principalmente, por moléculas de sinalização extracelular. Algumas delas atuam a longas distâncias, sinalizando para células distantes; outras sinalizam apenas para células vizinhas. A maioria das células em um organismo multicelular emite e recebe sinais; A recepção dos sinais depende das proteínas receptoras, geralmente (mas nem sempre) localizadas na superfície celular, às quais as moléculas de sinalização se ligam. A ligação ativa o receptor, o qual, por sua vez, ativa uma ou mais vias ou sistemas de sinalização intracelular. Esses sistemas dependem de proteínas sinalizadoras intracelulares, que processam o sinal dentro da célula receptora e o distribuem para os alvos intracelulares apropriados. Os alvos localizados na porção final das vias de sinalização geralmente são denominados proteínas efetoras, as quais são, de alguma forma, alteradas pelo sinal recebido e implementam a alteração adequada no comportamento celular. Dependendo do sinal, do tipo e do estado da célula que o recebe, esses efetores podem ser reguladores de transcrição, canais iônicos, componentes de uma via metabólica ou partes do citoesqueleto. As características fundamentais da sinalização celular foram conservadas ao longo da evolução dos eucariotos; Via de sinalização intracelular simples, ativada por uma molécula de sinalização extracelular. A molécula de sinalização geralmente se liga a uma proteína receptora que está inserida na membrana plasmática da célula-alvo. O receptor ativa uma ou mais vias de sinalização intracelular, envolvendo uma série de proteínas de sinalização. No final, uma ou mais dessas proteínas alteram a atividade de proteínas efetoras, modificando, assim, o comportamento da célula (isso forma uma cascata de sinalização); Quem são os ligantes? Proteínas, Peptídeos pequenos, Aminoácido, Nucleotídeos, Esteroides, Ácidos graxos e Gases dissolvidos: óxido nítrico e monóxido de carbono; Integração e interpretação dos sinais Diferentes respostas podem ser induzidas por uma mesma molécula mensageira; Diferentes respostas induzidas pelo neurotransmissor acetilcolina. (A) A estrutura química da acetilcolina. (B-D) Tipos celulares diferentes são especializados para responder de maneiras diferentes à acetilcolina. Em alguns casos, (B e C), a acetilcolina se liga a proteínas receptoras similares (receptores acoplados à proteína G; mas os sinais intracelulares produzidos são interpretados de forma diferente por células especializadas em diferentes funções. Em outros casos (D), a proteína receptora também é diferente; Integração e interpretação dos sinais Uma célula típica em um organismo multicelular está exposta a centenas de moléculas de sinalização diferentes em seu ambiente. Essas moléculas podem ser solúveis, ligadas à matriz extracelular ou, ainda, ligadas à superfície de uma célula vizinha; elas podem ser estimuladoras ou inibidoras; podem atuar em inumeráveis combinações diferentes; e podem influenciar praticamente qualquer aspecto do comportamento celular. A célula responde a essa gama de sinais de modo seletivo, em grande parte por expressar somente aqueles receptores e sistemas de sinalização intracelular que respondem aos sinais que são necessários para a regulação dessa célula. A maioria das células responde a muitos sinais diferentes do ambiente, e alguns deles podem influenciar a resposta a outros sinais. A célula animal depende de múltiplos sinais extracelulares. Cada tipo celular exibe um conjunto de receptores que o torna capaz de responder a um conjunto correspondente de moléculas de sinalização produzidas por outras células. Essas moléculas de sinalização agem em várias combinações para regular o comportamento da célula. Como está mostrado na figura, uma célula requer múltiplos sinais para sobreviver (setas azuis), e sinais adicionais para crescer e se dividir (setas vermelhas) ou se diferenciar (setas verdes). Se a célula for privada dos sinais de sobrevivência apropriados, ela sofre uma forma de suicídio, conhecido como apoptose. A situação real é ainda mais complexa. Apesar de não mostrado, algumas moléculas de sinalização extracelular atuam na inibição destes e de outros comportamentos celulares, ou mesmo na indução da apoptose; Receptores celulares A célula-alvo responde por meio de um receptor, ao qual a molécula de sinalização se liga, iniciando uma resposta na célula- alvo. O sítio de ligação do receptor possui uma estrutura complexa que é organizada para reconhecer, com alta especificidade, a molécula de sinalização, ajudando a assegurar que o receptor responda ao sinal adequado e não às muitas moléculas sinalizadoras presentes no ambiente da célula. Na maioria dos casos, os receptores são proteínas transmembrana expostas na superfície da célula-alvo. Ao se ligarem a uma molécula de sinalização extracelular (um ligante), esses receptores são ativados e geram uma cascata de sinais intracelulares, que alteram o comportamento da célula. Em outros casos, os receptores proteicos são intracelulares, e a molécula de sinalização tem que penetrar na célula-alvo para se ligar a eles: isso requer que ela seja suficientemente pequena e hidrofóbica para que possa se difundir através da membrana plasmática; A) Moléculas hidrofóbicas; B) Moléculas pequenas e hidrofóbicas Receptores citoplasmáticos e/ou nucleares; Ligação de moléculas de sinalização extracelular aos receptores de superfície e intracelulares. (A) A maioria das moléculas de sinalização é hidrofílica e, por isso, incapaz de atravessar a membrana da célula-alvo; elas se ligam a receptores de superfície que, por sua vez, geram sinais no interior da célula-alvo. (B) Em contraste, algumas moléculas de sinalização pequenas se difundem através da membrana plasmática e se ligam a proteínas receptoras no interior da célula- alvo – no citosol ou no núcleo. Muitas dessas moléculas pequenas são hidrofóbicas e pouco solúveis em soluções aquosas; por isso, são transportadas, na corrente sanguínea ou em outros fluidos extracelulares, ligadas a proteínas carreadoras, das quais se dissociam antes de entrar na célula-alvo; Principais classes de receptores de superfície A maioria das moléculas de sinalização extracelular se liga a receptores específicos na superfície das células-alvo e não entra no citosol ou no núcleo. Esses receptores funcionam como transdutores de sinal. Eles convertem um evento extracelular de interação com o ligante em sinais intracelulares que alteram o comportamento da célula-alvo; A maioria das proteínas receptoras de superfície celular pertence a três classes, definidas por seus mecanismos de transdução; Os receptores acoplados a canais iônicos, também conhecidos como canais iônicos controlados por transmissores/ligantes ou receptores ionotrópicos, estão envolvidos na sinalização sináptica rápida entre as células nervosas e outras células-alvo eletricamente excitáveis, como os neurônios e as células musculares. Esse tipo de sinalização é mediado por um pequeno número de neurotransmissoresque abrem ou fecham temporariamente um canal iônico formado pela proteína à qual se ligam, alterando por um curto período a permeabilidade da membrana plasmática aos íons e, dessa forma, alterando a excitabilidade da célula-alvo pós-sináptica. Os receptores acoplados à proteína G/ receptores metabotrópicos atuam indiretamente na regulação da atividade de uma proteína-alvo ligada à membrana plasmática, que pode ser tanto uma enzima como um canal iônico. A interação entre o receptor e essa proteína-alvo é mediada por uma terceira proteína, chamada de proteína trimérica de ligação a GTP (proteína G). A ativação da proteína- alvo altera a concentração de uma ou mais moléculas sinalizadoras intracelulares pequenas (se a proteína-alvo for uma enzima) ou altera a permeabilidade da membrana plasmática aos íons (se a proteína-alvo for um canal iônico). As pequenas moléculas sinalizadoras intracelulares afetadas, por sua vez, alteram o comportamento de outras proteínas de sinalização na célula; Os receptores acoplados a enzimas, quando ativados, funcionam como enzimas, ou estão associados diretamente a enzimas ativadas por eles. Geralmente, são proteínas transmembrana de passagem única, cujo sítio de interação com o ligante está do lado de fora da célula e cujo sítio catalítico, ou de ligação à enzima, está do lado de dentro. Os receptores acoplados a enzimas apresentam estrutura heterogênea em comparação às outras duas classes; a grande maioria, contudo, é representada por cinases ou é a elas associada e, quando ativados, fosforilam grupos específicos de proteínas na célula-alvo; Em resumo: Três classes de receptores de superfície celular. (A) Receptores acoplados a canais iônicos (também chamados de canais iônicos controlados por transmissores), (B) receptores acoplados à proteína G e (C) receptores acoplados a enzimas. Apesar de muitos receptores acoplados a enzimas terem atividade enzimática intrínseca, como mostrado à esquerda em (C); muitos outros contam com enzimas associadas, como mostrado à direita em (C). Os ligantes ativam a maioria dos receptores acoplados a enzimas por promover sua dimerização, o que resulta na interação e ativação dos domínios citoplasmáticos; Receptores ionotrópicos 1. Interação com ligante provoca abertura do canal iônico. 2. Gera influxo de íons específicos, provocando alterações nas cargas da membrana. Exemplo: Receptores de acetilcolina nas junções neuromusculares; Receptores acoplados à proteína G Maior família de receptores de membrana ~800 codificados no genoma humano. Possuem 7 domínios transmembrana transmite sinais intracelulares via proteína G; Após a interação com o ligante, o GPCR sofre uma mudança na sua conformação e ativa a proteína G; A ligação a GTP libera a proteína G do seu receptor e promove a dissociação da subunidade α do par βγ. Ambos interagem com vários alvos que transmite o sinal adiante. Isso gera diferentes repostas celulares; Obs: Aplicação farmacológica: Fármacos que atuam sobre GPCRs; Receptores acoplados a enzimas Domínio citosólico é associado diretamente a uma enzima ou tem atividade enzimática intrínseca. A classe mais comum é a dos receptores tirosinas-cinase (RTKs). Domínio de interação com o ligante – Extracelular Domínio tirosina-cinase – intracelular; Ativação dos receptores tirosinas-cinase (intracelular) 1. Interação com ligante induz a dimerização dos receptores (aproximação dos domínios cinase); 2. Os receptores dimerizados fosforilam resíduos de tirosina um do outro (transautofosforilação); 3. Proteínas de sinalização intracelular interagem com as tirosinas fosforiladas, são ativadas e passam o sinal adiante; Ativação dos receptores tirosinas-cinase por dimerização. Na ausência de sinais extracelulares, a maioria dos RTKs existem como monômeros, nos quais o domínio cinase interno está inativo. A interação com o ligante reúne dois monômeros para formar um dímero. Na maioria dos casos, a grande proximidade dos domínios cinase no dímero causa sua fosforilação mútua, o que tem dois efeitos: Primeiro, a fosforilação de algumas tirosinas no domínio cinase provoca a ativação completa destes. Segundo, a fosforilação de algumas tirosinas em outras partes do receptor gera sítios de ancoragem para proteínas de sinalização intracelular, resultando na formação de grandes complexos de sinalização que podem, então, transmitir o sinal ao longo de múltiplas vias. Os mecanismos de dimerização variam amplamente entre os diferentes membros da família dos RTKs. Em alguns casos, como mostrado aqui, o próprio ligante é um dímero e promove a ligação de dois receptores simultaneamente. Em outros casos, um ligante monomérico pode interagir com dois receptores simultaneamente mediando sua ligação, ou dois ligantes podem interagir independentemente com dois receptores para promover a dimerização. Em alguns RTKs – principalmente naqueles da família dos receptores da insulina – o receptor é sempre um dímero, e a interação com o ligante causa uma mudança de conformação que promove a associação de dois domínios cinase internos. Embora muitos RTKs sejam ativados por transautofosforilação, como mostrado aqui, existem algumas exceções importantes, incluindo o receptor de EGF; Funções dos receptores tirosinas-cinase Moléculas Família de receptores Resposta celular Fator de crescimento epidérmico (EGF) Receptores EGF Sobrevivência, crescimento, proliferação e diferenciação celular. Fator de crescimento semelhante à insulina (IGF1) Receptor IGF Estimula o crescimento celular e a sobrevivência em muitos tipos celulares Fator de crescimento neural (NGF) Receptores TrK Sobrevivência e o crescimento de alguns neurônios Fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) Receptores PDGF Sobrevivência, crescimento, proliferação e migração de vários tipos celulares Fator de crescimento de fibroblastos (FGF) Receptores FGF Proliferação de vários tipos celulares e inibição da diferenciação de algumas células. Fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) Receptor de VEGF Angiogênese Receptores intracelulares Moléculas de sinalização que se ligam a receptores intracelulares; Hormônios esteroides, tireoides, retinóides e vitamina D (são receptores específicos para eles) (4 Algumas moléculas de sinalização que se ligam a receptores intracelulares. Observe que todas elas são pequenas e hidrofóbicas. A vitamina D3 está representada em sua forma ativa hidroxilada. O estradiol e a testosterona são hormônios sexuais esteroides.) São estruturalmente semelhantes, formando uma superfamília de receptores nucleares. A ativação dos receptores nucleares. Todos os receptores nucleares se ligam ao DNA na forma de homodímeros ou de heterodímeros, mas, para simplificar, estão representados como monômeros. (A) Todos os receptores possuem uma estrutura relacionada, que inclui três domínios principais, como mostrado. Um receptor no seu estado inativo ligado a proteínas inibidoras. (B) A interação do ligante com o receptor provoca o fechamento do domínio de ligação do receptor ao redor do ligante, como uma pinça, provocando, também, a dissociação das proteínas inibidoras e a ligação das proteínas coativadoras ao domínio de ativação da transcrição no receptor, aumentando, assim, a transcrição gênica. Em outros casos, a interação com o ligante tem o efeito oposto, causando a ligação de proteínas correpressoras ao receptor, reduzindo a transcrição (não mostrado). (C) A estrutura do domínio de interação com o ligante no receptor do ácido retinóico está mostrado na ausência (à esquerda) e napresença (no centro) do ligante (mostrado em vermelho). Quando o ligante interage, a a-hélice azul atua como uma tampa que se fecha repentinamente, prendendo o ligante no lugar. A mudança na conformação do receptor pela interação com o ligante também cria um sítio de ligação para uma a-hélice pequena (laranja) da superfície das proteínas coativadoras; Mecanismo de ativação dos receptores nucleares por hormônios Os receptores nucleares se ligam a sequências específicas de DNA adjacentes aos genes regulados pelo ligante. Alguns deles, como os do cortisol, localizam-se inicialmente no citosol e entram no núcleo somente após a interação com o ligante; outros, como os receptores do hormônio tireóideo ou do retinol, ligam-se ao DNA no núcleo, mesmo na ausência do ligante. Em ambos os casos, o receptor inativo está ligado a complexos proteicos inibidores. A interação com o ligante altera a conformação do receptor, causando a dissociação do complexo inibidor e a ligação do receptor a proteínas coativadoras que estimulam a transcrição gênica. Em outros casos, contudo, a interação do ligante com um receptor nuclear inibe a transcrição: alguns receptores dos hormônios tireóideos, por exemplo, atuam como ativadores de transcrição na ausência de seus hormônios e tornam-se repressores da transcrição quando os hormônios estão ligados a eles; A ligação do hormônio induz alterações na conformação do receptor nuclear, torna-se capaz de interagir com regiões reguladoras específicas no DNA chamadas de elementos de resposta a hormônio (HRE) e, assim, alterar a expressão gênica. Esses receptores são proteínas que atravessam a membrana e se ligam ao Dna (HRE) pelo núcleo/citoplasma e ativa a transcrição (promotor) e gera uma proteína (eles vêm pela corrente sanguínea); Núcleo interfásico Núcleo interfásico- entre as fases/ espaço de tempo em que a célula não está se dividindo; Procarioto X Eucarioto Compartimento para armazenamento do DNA Não X Sim; Outras organelas Não X Sim; Procarioto X Eucarioto - Teoria da formação do núcleo; Importância da compartimentalização (separação) do material genético • Alta concentração dos substratos e enzimas em espaço restrito; • Enzimas nucleares separadas das citoplasmáticas; • Proteção do material genético; • Barreira a ser ultrapassada por RNAs para que sejam traduzidos: – Splicing; A estrutura nuclear A dupla bicamada fosfolipídica, possui duas membranas (como a mitocôndria); membrana nuclear dupla: MNI e MNE MNI = Membrana Nuclear Interna MNE = Membrana Nuclear Externa presença de poros nucleares; MNE com continuidade com retículo endoplasmático; Lamina nuclear aderida à MNI; Ribossomos aderidos à MNE; FIs (filamentos intermediários) aderidos à MNE; Nucleoplasma: água, íons (Ca e Mg), nucleotídeos, ATP e GTP, enzimas e sais; A estrutura nuclear - Complexo do poro nuclear Os complexos de poros nucleares, ou simplesmente poros nucleares, são estruturas proteicas responsáveis pelo transporte bidirecional (pode haver a importação ou exportação nuclear) de íons e moléculas entre o nucleoplasma e o citoplasma. Nucleoporinas; Simetria octogonal; Inseridos entre as regiões de contato entre as membranas interna e externa; Comunicação Núcleo-Citosol; Uma ou mais passagens aquosas; Emaranhados proteicos se projetam para o interior: – Passagem de moléculas grandes é restringida; Arranjo dos NPCs no envelope nuclear. Em um NPC de vertebrados, as Nucleoporinas são organizadas com uma impressionante simetria rotacional óctupla; Como a hidrólise de GTP por Ran no citosol fornece direcionalidade para o transporte nuclear. O movimento de receptores de transporte nuclear carregados através do NPC pode ocorrer por difusão guiada ao longo das repetições FG presentes nas proteínas NPC. A localização diferencial de Ran-GTP no núcleo e de Ran-GDP no citosol propicia direcionalidade (setas vermelhas) tanto para a importação nuclear (A) quanto para a exportação nuclear (B). A hidrólise de GTP para produzir Ran-GDP é mediada por Ran-GAP no lado citosólico do NPC; Que moléculas saem do núcleo e que moléculas entram no núcleo? Saem: RNAm, RNAt, RNAr Entram: Proteínas nucleares Proteínas nucleares - Sinal de localização nuclear (NSL) Quando as proteínas são extraídas experimentalmente do núcleo e reintroduzidas no citosol, mesmo aquelas muito grandes se reacumulam de maneira eficiente no núcleo. Sinais de endereçamento chamados de sinais de localização nuclear (NLSs, de nuclear localization signals) são responsáveis pela seletividade desse processo nuclear de importação. O sistema de transporte se baseia nos sinais de exportação nuclear nas macromoléculas a serem exportadas, assim como nos receptores de exportação nuclear complementares, ou exportinas. Esses receptores ligam-se tanto ao sinal de exportação quanto às proteínas NPC para guiar sua carga através do NPC ao citosol. Muitos receptores de exportação nuclear são estruturalmente relacionados aos receptores de importação nuclear e são codificados pela mesma família de genes dos receptores de transporte nuclear, ou carioferinas; Receptores de importação nuclear (importinas). (A) Receptores de importação nuclear diferentes ligam-se a diferentes sinais de localização nuclear e, desse modo, a diferentes proteínas- -carga. (B) A proteína-carga 4 requer uma proteína adaptadora para ligação ao seu receptor de importação nuclear. Os adaptadores são estruturalmente relacionados aos receptores de importação nuclear e reconhecem sinais de localização nuclear nas proteínas-carga. Eles também contêm um sinal de localização nuclear que os liga a um receptor de importação, mas esse sinal fica exposto somente quando eles são carregados com uma proteína-carga; Função de um sinal de localização nuclear. Micrografias de imunofluorescência mostrando a localização celular do antígeno T do vírus SV40 contendo ou não uma pequena sequência que serve como um sinal de localização nuclear. (A) A proteína antígeno T normal contém a sequência rica em lisina indicada e é importada ao seu sítio de ação no núcleo, como indicado por imunofluorescência com anticorpos contra o antígeno T. (B) O antígeno T com um sinal de localização nuclear alterado (uma treonina no lugar de uma lisina) permanece no citosol. A estrutura nuclear - Lâmina nuclear A lâmina nuclear, localizada no lado nuclear da membrana interna do núcleo, é uma malha de subunidades proteicas interconectadas chamadas de laminas nucleares. As laminas são uma classe especial de proteínas filamentosas intermediárias (como discutido no Capítulo 16) que polimerizam em uma rede bidimensional (Figura 12-17). A lâmina nuclear dá forma e estabilidade ao envelope nuclear, ao qual é ancorada pela ligação, tanto de NPCs quanto de proteínas transmembrana, ao interior da membrana nuclear. A lâmina também interage diretamente com a cromatina, que interage com proteínas transmembrana da membrana nuclear interna. Junto com a lâmina, essas proteínas de membrana interna fornecem ligações estruturais entre o DNA e o envelope nuclear. Quando um núcleo é desmontado durante a mitose, os NPCs e a lâmina nuclear desmontam e o envelope nuclear se fragmenta. O processo de desmontagem é, ao menos parcialmente, uma consequência da fosforilação direta de nucleoporinas e laminas pela proteína-cinase dependente de ciclina (Cdk) que é ativada no início da mitose Filamentos Intermediários do tipo V; Rede de sustentação nuclear: – Revestimento da membrana nuclear interna; – Sítios de ancoragem para poros nucleares; Sítios de ancoragem para cromossomos. Rede fibrosa; Proteína laminasA, B, C; Proteínas dos filamentos intermediários (citoesqueleto); Fosforilação durante a mitose; A estrutura nuclear - Ciclo celular A estrutura nuclear - Integração de Citoesqueleto e Lâmina nuclear O citoesqueleto citoplasmático está ligado através do envelope nuclear à lâmina nuclear; Material genético são todas as informações que são responsáveis por determinar as a síntese de proteínas, formação de moléculas, e todas as características de um ser. O material genético é transmitido de geração em geração, através da divisão celular; A organização do Material Genético – Cromatina A cromatina é um complexo de DNA e proteína encontrado nas células eucarióticas. A sua função primária é a embalagem moléculas de DNA longas em estruturas mais compacto; A organização do Material Genético – Nucleossomo O Nucleossomo é, portanto, a unidade básica de empacotamento do DNA; A organização do Material Genético - Colar de contas e ligação de Nucleossomos por H1 (histona 1) Proteínas histonas - Proteínas responsáveis pelo processo de compactação e descompactação do DNA. Importantes na regulação dos genes, tornando os genes mais ou menos acessíveis à ação da RNA- polimerase; A organização do Material Genético - Proteínas não-histona Proteínas não-histônicas - Proporcionam condições para que haja associações entre as histonas e a cromatina; A organização do Material Genético - Código de histonas H1, H2A, H2B, H4 A organização do Material Genético - Domínios de cromatina Organela responsável pelo armazenamento do material genético da célula; Principal sítio de síntese de DNA e RNA; Eucromatina: mais ativa em termos de transcrição (síntese de Rnam e Rnat), menos condensada; Heterocromatina: menos ativa em termos de transcrição (síntese de Rnam e Rnat), mais condensada; Nucléolo Maior estrutura de sub- compartimentalização material genético; Constituído de RNAs e proteínas importantes para a transcrição e maturação de RNAs ribossomais; Em resumo Núcleo interfásico entre as fases quando a célula não se divide, possui duas membranas (como a mitocôndria) a membrana se une e forma poros nucleares que podem estar fechados ou abertos (Rna->produzido pelo núcleo-> passa), além disso temos as proteínas nucleares que é composta pelos fatores de transcrição, as 5 histonas H1, H2A, H2B, H3 e H4, dna polimerase e rna polimerase; 1-M.M.E (fora do núcleo tem muito citoesqueleto MF,MT e FI-> centrossomos (microtúbulos- M.T.O.C) 2-M.M.I 3- Proteína de membrana- lamina nuclear (lamina A, B, C) - aderida na M.M.I (FI- citoesqueleto laminas A, B, C- envelhecimento) 4- Poros nucleares- Rnam, t, a-> proteínas nucleares que é composta pelos fatores de transcrição, as 5 histonas H1, H2A, H2B, H3 e H4, dna polimerase e rna polimerase; 5- Nucléolo 6- Cromatina- Dna + histona (organiza o Dna) N.L.S (sinal de localização nuclear) Modificações pós traducionais- fosforilação- que abre o polo e a proteína entra; Complexo de golgi Localização do Complexo de Golgi O complexo de golgi e uma organela de células eucariontes localizados próximo ao R.E.R (reticulo endoplasmático rugoso) e abundante em células secretoras; MPT= fosforilação e desfosforilação; Complexo de Golgi se conecta com o RE e vesículas Via Biosintética secretora e endocítica; Via secretora, envia proteínas para vários lugares; Roteiro das vias secretora e endocítica; Transporte por vesícula Transporte por vesícula. Vesículas transportadoras brotam de um compartimento e se fundem a outro. À medida que fazem isso, elas carregam materiais como carga a partir do lúmen (espaço dentro de um compartimento envolto por membrana) e membrana do compartimento doador para o lúmen e membrana do compartimento-alvo, como mostrado; Vesículas brotam do compartimento doador e se fundem a outro compartimento; As vesículas transportam componentes de membrana e moléculas solúveis do lúmen, chamados de carga; A maioria das vesículas transportadoras brotam em regiões da membrana revestidas por proteínas especializadas. O revestimento proteico possui duas funções: 1. Concentrar proteínas em uma região específica da membrana, selecionando as moléculas que serão transportadas; 2. Dar forma à vesícula. Micrografias eletrônicas de vesículas revestidas por clatrina, COPI e COPII. Todas são apresentadas como micrografias eletrônicas na mesma escala. (A) Vesículas revestidas por clatrina. (B) Vesículas revestidas por COPI e cisternas de Golgi (setas vermelhas) de um sistema sem células em que as vesículas revestidas por COPI se formam em tubo de ensaio. (C) Vesículas revestidas por COPII. Transporte do RE para o Golgi As proteínas são transportadas do RE para o Golgi em vesículas revestidas por COPII. Uso de diferentes revestimentos para etapas diferentes do transporte de vesículas. Diferentes proteínas de revestimento selecionam diferentes cargas e dão forma às vesículas de transporte que medeiam as várias etapas das vias biossintética secretora e endocítica. Quando os mesmos revestimentos funcionam em diferentes locais da célula, eles normalmente incorporam diferentes subunidades proteicas que modificam as suas propriedades (não mostrado). Muitas células diferenciadas possuem vias adicionais além das mostradas aqui, incluindo uma via de classificação/distribuição a partir da rede trans de Golgi até a superfície apical das células epiteliais, e uma via especializada na reciclagem das proteínas das vesículas sinápticas nas terminações nervosas de neurônios; Transporte do RE para o Golgi Brotamento da vesícula no RE: As proteínas apresentam sinal de saída do RE; Elas precisam estar corretamente enoveladas; A vesícula formada é revestida por COPII e proteínas acessórias; Recrutamento de moléculas-carga de membrana e solúveis para dentro de vesículas de transporte do RE. As proteínas de membrana são empacotadas em vesículas de transporte em brotamento por interações dos sinais de saída nas suas caudas citosólicas com as proteínas adaptadoras no revestimento interno de COPII. Algumas dessas proteínas de membrana funcionam como receptores de carga, ligando-se a proteínas solúveis no lúmen do RE e ajudando a empacotá-las em vesículas. Outras proteínas podem entrar na vesícula por fluxo em massa. Uma vesícula de transporte de 50 nm típica contém cerca de 200 proteínas de membrana, que podem ser de muitos tipos diferentes. Como indicado, proteínas não enoveladas ou enoveladas de forma incompleta são ligadas a chaperonas e retidas transitoriamente no compartimento do RE; Transporte do RE para o Golgi Fusão homotípica das membranas das vesículas: Depois de brotar do RE, as vesículas perdem seu revestimento e começam a se fundir uma com a outra; Fusão homotípica de membranas ocorre quando as vesículas de transporte derivadas do RE se fundem umas com as outras, mas também quando os endossomos se fundem para gerar endossomos maiores. As proteínas Rab ajudam a regular a extensão da fusão homotípica e, assim, o tamanho dos compartimentos em uma célula-> Pareamento entre proteínas v-SNAREs e t- SNAREs; Agrupamentos tubulares de vesículas; Transporte do RE para o Golgi Como as vesículas sabem para onde ir? A proteína GTPase monomérica Rab guia a vesícula até a membrana-alvo e lá interage com a proteína efetora de Rab (as proteínas Rab desempenham um papel central na especificidade do transporte vesicular); Aprisionamento de uma vesícula de transporte a uma membrana-alvo. As proteínas efetoras de Rab interagem com proteínas Rab ativas (Rab-GTPs, amarelo), localizadas na membrana-alvo, na membrana da vesícula ou em ambas, paraestabelecer a primeira conexão entre duas membranas que irão se fundir. No exemplo mostrado aqui, o efetor de Rab é uma proteína filamentosa de aprisionamento (verde-escuro). A seguir, proteínas SNARE nas duas membranas (vermelho e azul) se pareiam, ancorando a vesícula à membrana-alvo e catalisando a fusão das duas bicamadas lipídicas sobrepostas. Durante a ancoragem e fusão, um Rab-GAP (não mostrado) induz a proteína Rab a hidrolisar seu GTP ligado a GDP, levando a Rab a se dissociar da membrana e retornar ao citosol como Rab-GDP, onde é ligado a uma proteína GDI que mantém a Rab solúvel e inativa; Cada subtipo de Rab está associada a diferentes organelas; Transporte do RE para o Golgi Fusão das vesículas com a membrana da rede cis Golgi; Estrutura do Golgi Aparelho de Golgi. Reconstrução tridimensional a partir de micrografias eletrônicas do aparelho de Golgi em uma célula secretora animal. A face cis das pilhas de Golgi é aquela mais próxima ao RE é voltada para o núcleo e a face trans e voltada para a membrana plasmática; Funções do complexo de Golgi Glicosilação de proteínas e lipídios sintetizados no RE (acetilação e metilação- > expressão gênica-> histonas proteínas com Dna); Processamento de oligossacarídeos; Distribuição das macromoléculas modificadas para a membrana plasmática, lisossomos e vesículas secretoras. (“correio da célula” e o acrossoma dos sptzs) Células secretoras possuem Golgi mais desenvolvido. Células caliciformes que revestem o epitélio do intestino delgado possuem um complexo de Golgi bem desenvolvido que dá origem a inúmeras vesículas secretoras. Compartimentalização molecular do aparelho de Golgi Cada cisterna (não são conectadas e possuem membranas dobradas) tem um conjunto característico de enzimas; Cada etapa do processamento é feita em um compartimento distinto; As reações enzimáticas são feitas por proteínas ligadas à membrana do Golgi (se comunicam através de vesículas); Processamento de oligossacarídeos nos compartimentos de Golgi. A localização de cada etapa de processamento apresentada foi determinada por uma combinação de técnicas, incluindo subfracionamento bioquímico das membranas do aparelho de Golgi e microscopia eletrônica após coloração com anticorpos específicos para algumas das enzimas de processamento. As enzimas de processamento não estão restritas a uma cisterna em particular; ao contrário, sua distribuição é gradual ao longo das pilhas, de forma que as enzimas que atuam primeiro estejam presentes principalmente em cisternas cis de Golgi e as que atuam mais tarde estejam presentes sobretudo nas cisternas trans de Golgi; Funções do complexo de Golgi Glicosilação (é um processo no qual açúcares são adicionados em proteínas e lipídios, transformando-os em glicoproteínas e glicolipídios) ligada ao N e ligada ao O. Em cada caso, apenas um único grupo açúcar que está ligado diretamente à proteína é mostrado; GLICOSILAÇÃO LIGADA AO N Adição de açúcares ao N da Asparagina. Começa no RE e sofre modificações ao longo das cisternas do Golgi. Oligossacarídeos encontrados em ~90% das glicoproteínas; GLICOSILAÇÃO LIGADA AO O Adição de açúcares a grupos hidroxila de serinas e treoninas; Começa no Golgi. Glicosilação de mucinas e formação de proteoglicanos; Qual é a importância da glicosilação? Auxilia no enovelamento das proteínas; Proteção contra proteases; Interação célula-célula; Sinalização celular. Exemplo: Covid Ligação a ACE2 para reconhecimento da célula hospedeira; importante para a virulência e infecção Viral; afeta a sensibilidade dos vírus aos anticorpos neutralizantes; Como as proteínas se movem através do Golgi? Dois modelos possíveis explicam a organização do aparelho de Golgi e como as proteínas se movem através dele: De acordo com o modelo da maturação de cisternas, cada cisterna de Golgi amadurece à medida que migra através de uma pilha. Em cada estágio, as proteínas residentes no Golgi que são carregadas adiante em uma cisterna em maturação são levadas de volta para um compartimento anterior em vesículas revestidas por COPI. Quando uma cisterna recém-formada se move para uma posição média, por exemplo, as enzimas do cis Golgi “remanescentes” seriam extraídas e transportadas de volta para uma nova cisterna cis posicionada anteriormente. De forma semelhante, as enzimas da região média seriam recebidas pelo transporte retrógrado das cisternas localizadas logo à frente. Dessa forma, uma cisterna cis se amadureceria em uma cisterna média e então em uma cisterna trans à medida que se move para fora; Cada cisterna de Golgi amadurece à medida que migra através de uma pilha; No modelo do transporte vesicular, as cisternas de Golgi são compartimentos estáticos que contêm um suplemento característico de enzimas residentes. A passagem de moléculas de cis para trans através do Golgi é obtida pelo movimento progressivo de vesículas de transporte, que brotam de uma cisterna e se fundem com a próxima, em uma direção cis-para-trans; As cisternas do Golgi são compartimentos estáticos e o transporte de moléculas ocorre pelo movimento progressivo de vesículas, que brotam de uma cisterna e se fundem com a próxima. O que acontece se uma proteína do RE é incorretamente transportada para o Golgi? Recuperação de proteínas solúveis residentes no RE. As proteínas residentes que escapam do RE são devolvidas pelo transporte vesicular. (A) O receptor de KDEL presente em agrupamentos tubulares de vesículas e no aparelho de Golgi captura as proteínas solúveis residentes no RE e as carrega em vesículas transportadoras revestidas por COPI de volta ao RE. (Lembre-se que as vesículas revestidas por COPI perdem seu revestimento logo que são formadas.) Após a ligação dos seus ligantes no agrupamento tubular ou Golgi, o receptor de KDEL pode mudar a conformação, de forma a facilitar seu recrutamento para dentro das vesículas COPI em brotamento; Sequências-sinal de permanência no RE: Lys-Lys-x-x ou KDEL (Lys-Asp-Glut-Leu); Via de recuperação e reciclagem de proteínas residentes do RE A recuperação das proteínas do RE começa em agrupamentos tubulares de vesículas e continua a partir das últimas partes do aparelho de Golgi. No ambiente do RE, as proteínas do RE dissociam-se do receptor de KDEL, que é, então, devolvido ao aparelho de Golgi para reutilização. Os diferentes compartimentos do aparelho de Golgi estão sendo discutidos abreviadamente; Transporte do Golgi para os lisossomos Lisossomo: Possuem cerca de 40 enzimas hidrolíticas, que funcionam apenas em pH ácido; Funções: Quebra de restos intra e extracelulares; Destruição de microrganismos fagocitados; Produção de nutrientes para a célula; Transporte do Golgi para os lisossomos 1) O direcionamento das proteínas para os lisossomos requer a presença do marcador: Manose 6 fosfato (M6P); 2) O grupo M6P é reconhecido por receptores de M6P na rede trans do Golgi e empacotados em vesículas revestidas por clatrina; 3) As vesículas brotam e são transportadas para os endossomos; 4) As hidrolases se dissociam dos receptores M6P em pH ácido lisossomal, o fosfato da M6P é removido e os receptores vazios são reciclados; Transporte do Golgi para o exterior da célula Exocitose Secreção de substâncias para o meio extracelular; Fornecer novos componentes para a membrana plasmática; Exocitose e endocitose. (A) Na exocitose, uma vesícula transportadora se funde à membrana plasmática. Seu conteúdo é liberado no espaço extracelular, enquanto a membrana da vesícula (vermelho) torna- se contínua à membrana plasmática. (B) Na endocitose, um fragmento da membrana plasmática (vermelho)é internalizado, formando uma vesícula transportadora. Seu conteúdo é derivado do espaço extracelular; Exocitose: via constitutiva e regulada As vias secretoras constitutiva e regulada. As duas vias divergem na TGN. A via secretora constitutiva funciona em todas as células. Muitas proteínas solúveis são continuamente secretadas da célula por essa via, que também fornece lipídeos e proteínas recém- -sintetizados para a membrana plasmática. As células secretoras especializadas também possuem uma via secretora regulada, pela qual proteínas selecionadas na TGN são desviadas para vesículas secretoras, onde as proteínas são concentradas e estocadas até que um sinal extracelular estimule a sua secreção. A secreção regulada de moléculas pequenas, como histamina e neurotransmissores, ocorre por uma via semelhante; essas moléculas são transportadas ativamente do citosol para dentro de vesículas secretoras pré- formadas. Elas costumam estar ligadas a macromoléculas específicas (proteoglicanos, para a histamina) para que possam ser armazenadas em altas concentrações sem gerar uma pressão osmótica excessivamente alta; Exocitose das vesículas sinápticas: via secretora regulada Formação das vesículas sinápticas em uma célula nervosa. Estas vesículas minúsculas e uniformes são encontradas somente nas células nervosas e em algumas células endócrinas, onde elas estocam e secretam pequenas moléculas neurotransmissoras. A entrada de neurotransmissores diretamente para dentro das pequenas vesículas endocíticas que se formam a partir da membrana plasmática é mediada por transportadores de membrana que funcionam como antiportes e são conduzidos por um gradiente de H+ mantido pelas bombas de H+ V-ATPase na membrana da vesícula; Disfunções no Golgi: doenças e terapias Mutações nos genes que codificam componentes do complexo de Golgi podem resultar em doenças em diferentes tecidos; Exemplo: Drogas que atuam sobre componentes do Golgi; Resumo: Em resumo Núcleo interfásico, R.E.R síntese proteica, 5 cisternas (enzimas e moléculas de diferente tamanho, concavidade e nomes diferentes) via de secreção: 1-C.G.N, Cis, Medial, Trans, T.G.N; Modificações pós traducionais: fosforilação, glicosilação, acetilação, metilação e proteólise; MT-> Golgi: 1-clatrina, cop 1 e cop 2; Transporte axonal de vesículas Explica o transporte e secreção dos neurotransmissores nos neurônios; Neurônio: sinapses 1-Corpo celular; 2-Axônio; 3-Núcleo; 4- Retículo endoplasmático rugoso (R.E.R); 5-Cinco cisternas (diferentes tamanhos, localização e conteúdos) -> complexo de golgi sofre modificações pós traducionais (metilação, fosforilação, acetilação e glicosilação-> muda a proteína) -> 1- C.G.N (maior transporta microtúbulos dentro da vesícula), 2- Cis rede cis do golgi, 3-medial, 4- trans rede trans do golgi e 4- T.G.N (menor as vesículas saem daqui cheias de proteínas, neurotransmissores); 6- Vesículas; 7- Microtúbulos -> trilhos de microtúbulos; 8- Via de secreção de proteínas (por onde a proteína se move desde o C.G.N até o T.G.N + vesículas) -> a vesícula é transportada e chamada de transporte axial de vesículas= locomoção das vesículas; Obs: o transporte das proteínas está a todo momento sendo feito dentro das vesículas estas que se ligam aos microtúbulos através de proteínas= deneínas/dinesinas que são ATPases; Obs: a vesícula não se liga diretamente aos microtúbulos; Adesões e junções celulares Adesões Celulares: célula-célula e célula- matriz extracelular; Junções célula-célula: Junções Selantes ou de Oclusão (Tight Junctions); Junções Aderentes (Adherens Junctions); Junções Comunicantes (Gap Junctions); Junções Aderentes: Desmossomas e cintos de adesão; Adesões célula-matriz extracelular: Hemi-desmossomas e contatos focais; Esquemas das adesões celulares A junção compacta sela os espaços entre as células epiteliais; A junção aderente conecta os feixes de filamentos de actina de uma célula com os feixes da outra célula; O desmossomo conecta os filamentos intermediários de uma célula com os da outra célula; A junção do tipo fenda permite a passagem de pequenas moléculas solúveis em água de uma célula para a outra; O hemi-desmossomo ancora os filamentos intermediários da célula na matriz extracelular; A junção célula-matriz ligada à actina ancora os filamentos de actina da célula na matriz extracelular; Esquema geral de junções celulares Obs: As junções limitam a fluidez da membrana; Tipos de caderinas E-Caderina (epitélio), H-caderina (coração), K-caderina (rim), M-caderina (músculo), N- caderina (neurônios), O-caderina (osteoblastos), P-caderina (placenta) e R- caderina (retina); A proteína caderina é dependente de cálcio e participa da adesão entre células; A proteína beta-catenina pode ser encontrada em 3 locais nas células: Núcleo – onde se liga a certos genes e os ativa; Citoplasma – onde pode ser degradada em proteassomas; Membrana – onde se liga a caderina e participa de adesões célula-célula; Em resumo: Níveis: 1- proteínas de membrana 2- Nome das junções; 3- Ligação do citoesqueleto; 4- Junção está em que domínio; Proteínas de membrana: Adesão célula-célula: 1- junção selante, Tight oclusiva, ocludente-> proteína de membrana ocludina que realiza a junção celular; 2- Junção aderente tipo cinto de adesão (parece como um cinto e funciona como um) + 3- junção aderente tipo desmossomo-> possuem a proteína de membrana caderina (tipo de adesão dependente de cálcio); 4- Junção comunicante ou GAP-> proteína de membrana conexina; Adesões célula-matriz extracelular: 5- adesão hemi-desmossomo e 6- adesão contato focal-> proteína de membrana intregrina (tipo de adesão que prende a membrana na matriz extracelular (M.E.C)); caderinas medeiam a ligação célula-célula. As proteínas da família das integrinas medeiam a ligação da célula à matriz; Ligação com o citoesqueleto Podem ou não estarem ligadas a ele; A junção comunicante não se encontra ligada ao citoesqueleto já a junção selante, aderentes e as de adesões possuem ligação com o citoesqueleto, 1,2,3,5 e 6 tem ligação com o citoesqueleto já a 4 não possui; 1- Junção selante, 2- Junção aderente tipo cinto de adesão e 6- adesão contato focal-> possuem MF (microfilamentos de actina); 3- Junção aderente tipo desmossomo e 5- adesão hemi-desmossomo-> possuem F.I (filamentos intermediários); 4- Junção comunicante ou GA-> não possuem Proteínas de adesão transmembrana (que atravessam a membrana plasmática) ligam o citoesqueleto a estruturas extracelulares. A ligação externa pode ser com outra célula (junções célula-célula, em geral mediadas pelas caderinas) ou com a matriz extracelular (junções célula-matriz, geralmente mediadas pelas integrinas). A ligação interna ao citoesqueleto costuma ser indireta, via proteínas adaptadoras intracelulares, conforme discutido mais adiante. Polaridade celular Um lado da célula epitelial é diferente do outro: 3 regiões 1- Apical com MF 2- Lateral com adesão 3- Basal com ligação proteína membrana Essas 3 regiões com 2 tipos de domínio apical e basolateral A 1- Junção selante (ocludina) é a mais forte é uma região que não se mistura com as outras e criar uma barreira sem fluidez-> formando o domínio apical e o resto de domínio basolateral, ou seja, um domínio separado na membrana; A 4- Junção comunicante ou GA-> deixa íons passarem (Ca+2, Mg+2, atp e amp sendo as duas últimas moléculas ricas em energia) -> manda sinais, canal fecha e abre e libera Ca e contrai o coração; Proteínas adaptadoras Ligam a proteína de membrana ao citoesqueleto -> cadagrupo possui uma, menos a 4- Junção comunicante que por não estarem ligadas ao citoesqueleto não possui. Defeitos causam doenças, são elas: 1- Junção selante, Tight oclusiva, ocludente-> proteína ZO-1 (zona ocludente); 2- Junção aderente tipo cinto de adesão - >Beta-catenina (é incluída em mais tipos de tumores -> usada no desenvolvimento de fármacos); 3- Junção aderente tipo desmossomo-> desmoplaquina; 4- Junção comunicante ou GAP-> não possui 5- Adesão hemi-desmossomo -> plectina 6- Adesão contato focal-> vinculina Esquema importante que ilustra 4 adesões 2 célula-célula e 2 célula-MEC-> tecidos com água e compostos sintetizados pela MEC-> manter as células juntas; 1- Junção selante; 2- Junção aderente tipo cinto de adesão; 3- Junção aderente tipo desmossomo (região selada); 4- Junção comunicante ou GAP; 5- Adesão hemi-desmossomo; 6- Adesão contato focal; 7- Região apical (camada de células epiteliais); 8- Região lateral; 9- Microvilosidades (revestimento de algo exemplo: intestino); 10- Região basal; 11- Nutrientes passam pela membrana por canais e a luz do estômago; 12- Matriz extracelular (laminina, colágeno, fibronectinas- rede de proteínas); Proteínas do contato/adesão focal Ligado as células que migram, essa proteína decidi onde a célula vai aderir e depois ela retrai, isso se relaciona diretamente com a migração das células cancerígenas (metástase- câncer -> com a migração da célula para outros tecidos) -> ligação citoesqueleto-membrana plasmática-> vai aderir a célula no lugar “bom” para ela e possui estruturas que ajudam célula migrar; 1- Estruturas que ajudam célula migrar; 2- Proteína de contato focal; Mitocôndria A mitocôndria é a segunda maior organela da célula (2 um) depois do núcleo (10 um); Teoria do endossimbionte ou Teoria de Margullis Origem da mitocôndria. Acredita-se que uma célula predadora anaeróbica ancestral (uma arqueia) engolfou o ancestral bacteriano da mitocôndria, iniciando uma relação simbiótica. Uma evidência clara da herança dupla de bactéria e de arqueia pode ser discernida hoje nos genomas de todos os eucariotos. Mitocôndrias evoluíram a partir de um ancestral comum ao que deu origem as bactérias do tipo púrpura; Micropsia por transmissão: 1- Bactéria ancestral; 2- Célula eucariótica ancestral; Teoria do endossimbionte (origem da mitocôndria que possuem M.M.E semelhante a membrana plasmática da célula e M.M.I semelhante a membrana da bactéria); Regiões da mitocôndria A mitocôndria tem dupla membrana: MMI e MME assim como o núcleo; 1-Espaço intermolecular/ intermembranar; 2-Dna circular; 3- Ribossomo mitocondrial; 4- Membrana mitocondrial interna (M.M.I); 5-Membrana mitocondrial externa (M.M.E); 6- Matriz mitocondrial; 7- Cristas mitocondriais (cristas/ondas); 8- Atp sintase; Membrana mitocondrial interna (MMI) – rica em invaginações (cristas) sem colesterol e pouco fluida impermeável; Membrana mitocondrial externa (MME) – lisa com colesterol (pouco) muito fluida muito permeável; A membrana mitocondrial interna (MMI) contém proteínas com 3 tipos de função: 1 - Proteínas da cadeia respiratória; 2 – O complexo enzimático da ATP sintase; 3 – Proteínas transportadoras que regulam a passagem de metabólitos para dentro e fora da matriz mitocondrial; Mitocôndrias estão em geral próximas a estruturas com grande necessidade energética: Sarcômeros de músculo esquelético e de músculo cardíaco; Flagelos de sptz e de organismos unicelulares; Microtúbulos no citoplasma celular; Áreas de membrana onde ocorre transporte ativo de íons; A mitocôndria troca de forma dependendo da necessidade de ATP da célula; A forma 1 é menos ativa, com menos síntese de ATP, menos cristas e menos espaço intermembranar por isso ela está mais em repouso; A forma 2 é mais ativa, com mais síntese de ATP, mais cristas, mais espaço intermembranar por isso produz mais ATP; Achar o perfil da mitocôndria 4 regiões: membrana dupla: MMI e MME, espaço intermembranar, matriz mitocondrial; Para achar o perfil da mitocôndria e preciso centrifugar ela, que é sensibilizada com detergentes e tem sua membrana arrebentada= permeabilizar a membrana e levar para uma centrifuga-> o material é colado em um tipo; Ela é centrifugada; Quando centrifugada forma um material mais denso no fundo (matriz+ M.M.I-> pellet) e um material mais leve/ sobrenadante (M.M.E + espaço líquido); É centrifugado de novo e separado em 4 tubos (1-M.M. E, 2-espaço, 3- matriz e o 4- M.M. I); Desses somente um produz atp que nesse caso seria o tubo 4 com a M.M.I que por possuir a atp sintase e enzimas consegue produzir atp; Atp sintase: 1-cabeça (onde ocorre a síntese de Atp e o ADP e vira ATP) e o 2- péndulo; Teoria Quimiosmótica Explica como a mitocôndria sintetiza ATP; 1- Complexo 1,2,3,4 (enzimas) e 5 (ou atp sintase); 2- Quanto maior esse espaço mais local para acumular H+; 3- M.M.I é impermeável aos H+; 4- Diferente de concentração de H+ entre a matriz e o espaço intermembranar gera uma diferença de carga + no espaço e – na matriz, e isso faz com que o próton queira entrar, mas ele só entra com a atp sintase que abre um canal para passagem de H+; 5- H+ bombeado no espaço; 6- NADH e FADH liberam os hidrogênios que são jogados para as enzimas; Portanto, sem H+ não existe produção de energia já que o H+ fornece energia para o ADP virar ATP. O pêndulo tem um importante papel por abrir com estímulos e ser um canal para passagem de H+ que será usado para produção de energia; Diferença de carga elétrica e de concentração de prótons (H+) é gerada entre a matriz e o espaço intermembranar; a ATP sintase pode tanto sintetizar como quebrar ATP; Doenças mitocondriais: presença de muitas cristas mitocondriais para compensar a falta de função de produção de ATP;