Compartimentos intracelulares e enderecamento de proteinas

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Compartimentos intracelulares e 
endereçamento de proteínas 
12 – THE CELL 
01- Compartimentalização 
das Células 
 
A: Organelas Envoltas por Membrana 
 
Importância das membranas nas organelas: 
 Local de ocorrência de diversos processos 
o Exemplos: Localização de enzimas da fosforilação 
oxidativa 
 Aumento da área de membranas para abrigar reações 
químicas. 
 Formação de compartimentos fechados. 
o Cria espaços aquosos funcionalmente especializados 
dentro da célula. 
 
B: Movimentação das Proteínas Entre os 
Compartimentos 
 
 A síntese proteica de praticamente todas as proteínas é 
iniciada nos ribossomos nos citosol. 
 Parte das proteínas fica no citosol e outra é direcionada a 
outro compartimento celular. 
 
Esse direcionamento ocorre por meio de sinais de 
endereçamento: sequência de aminoácidos que indica esse 
direcionamento. 
 
01: Transporte Direcionado Por Comportas 
 Proteínas e moléculas de RNA se movimentam entre o 
citosol e o núcleo através de complexas do poro nuclear 
no envelope nuclear. 
 Os poros funcionam como canais seletivos, que permitem 
o transporte ativo de macromoléculas e a difusão simples 
de pequenas moléculas. 
 
02: Translocação de Proteínas 
Os translocadores de proteínas são estruturas transmembrana 
que transportam proteínas específicas através da membrana 
do citosol para um espaço que é topologicamente diferente. 
 
03: Transporte Vesicular 
 É intermediário ao transporte envolto por membrana. 
 Vesículas de transporte levam proteínas de um 
compartimento topologicamente equivalente a outro. 
 Exemplo: transferência de proteínas solúveis do RE ao 
aparelho de Golgi. 
OBS: esse tipo de transporte só pode mover proteínas entre 
compartimentos topologicamente equivalentes pois as 
proteínas transportadas não cruzam membranas. 
 
 
 
 
 
C: Sequências-sinal 
 
 Encontra-se em uma sequência de aminoácidos. 
 Podem ser encontrados na porção N-terminal. 
 Podem ser extensões internas da proteína. 
 Podem ser compostos por múltiplas sequências de 
aminoácidos. 
 O sítio de ligação é uma grande cavidade hidrofóbica 
coberta por metioninas (cadeias laterais flexíveis não 
ramificadas), o que a torna suficientemente plástica para 
acomodar sequências-sinal hidrofóbicas de diferentes 
sequências, tamanho e formas. 
 Peptidases-sinal: são enzimas especializadas na remoção 
da sequência-sinal da proteína finalizada, uma vez que o 
processo de endereçamento está finalizado. 
 As sequências-sinal são reconhecidas pelos receptores de 
endereçamento complementares. 
 
 
Guiam proteínas ao seu destino apropriado. 
 
o Funcionam cataliticamente: depois de completar 
uma rodada de entrega, retornam ao ponto de 
origem para serem reutilizados. 
o Reconhecem proteínas específicas (raramente) 
ou classes de proteínas (comumente). 
 
 Partícula de Reconhecimento de Sinal (SRP): proteína livre 
no citoplasma que reconhece, liga e leva o peptídeo-sinal 
até a membrana do RE. 
o Formada por moléculas proteicas e por RNA. 
o Parte dela se liga à partícula-sinal do RNA e a 
outra se liga ao ribossomo. 
 
02- Retículo Endoplasmático 
 
Características gerais: 
 A membrana do RE, geralmente, constitui mais da metade 
da membrana total de uma célula animal.. 
 A membrana do RE é contínua à membrana nuclear 
externa. 
 Biossíntese de proteínas e lipídeos. 
 Armazenamento intracelular de Ca2+. 
 A membrana do RE é sítio de produção de todas as 
proteínas transmembrana e lipídeos para a maioria das 
organelas celulares. 
 A membrana do RE é sítio de produção de lipídeos para 
as membranas mitocondriais e peroxissômicas. 
 Todas as proteínas que serão secretadas, destinadas ao 
lúmen do RE, ao aparelho de Golgi ou aos lisossomos 
passam pelo RE. 
 
Diversidade estrutural e funcional 
 Diferentes tipos celulares podem possuir diversos tipos de 
membrana do RE. 
 
 
Resultado das especializações às funções dessas células. 
 
OBS: Transporte Cotraducional: ocorre simultaneamente à 
tradução. 
 
 A importação de proteínas para o RE é cotraducional. 
o O ribossomo que está sintetizando a proteína 
está diretamente aderido à membrana do RE, 
permitindo que uma ponta da proteína seja 
translocada para o RE enquanto o restante da 
cadeia polipeptídica está sendo sintetizada. 
 
Essas regiões que cobertas por ribossomos são chamadas de 
retículo endoplasmático rugoso. 
 
Armazenamento de cálcio Função do RE. 
 
 O armazenamento de íons cálcio no lúmen do RE é 
facilitado pelas altas concentrações de proteínas que se 
ligam a esses íons. 
 Uma bomba de Ca2+ transporta Ca2+ do citosol para o 
lúmen do RE. 
 
OBS: Retículo Sarcoplasmático – são regiões específicas do 
REL modificadas e especializadas no armazenamento de íons 
cálcio nas células musculares. A liberação e a receptação de 
íons cálcio disparam a contração e o relaxamento das 
miofibrilas. 
 
03- Retículo Endoplasmático Rugoso 
 
Direcionamento o ribossomo e da proteína ao 
RE: 
 
 
 
 
 
 
 
Polirribossomos 
 
 
 
Polirribossomos livres e ligados à membrana. 
 
(A) Uma população comum de ribossomos sintetiza 
proteínas que permanecem no citosol e aquelas que 
são transportadas para o RE. A sequência-sinal do RE 
em uma cadeia polipeptídica recém-formada liga-se 
à SRP, que direciona ribossomos que iniciaram a 
tradução à membrana do RE. A molécula de mRNA 
se mantém permanentemente ligada ao RE como 
parte de um polirribossomo, enquanto os ribossomos 
que se movimentam ao longo do polirribossomo são 
reciclados; no fim de cada ciclo de síntese proteica, 
as subunidades ribossômicas são liberadas e reunidas 
na população comum no citosol. 
 
Canal Aquoso no Translocador 
 A cadeia polipeptídica atravessa um canal aquoso no 
translocador. 
 Proteína transportadora que forma um canal preenchido 
por água, pelo qual a cadeia polipeptídica cruza a 
membrana. 
 Esse poro (Sec61) pode abrir ou fechar para entrar o 
peptídeo. 
 Uma abertura lateral pode permitir que o peptídeo sinal 
vá embora no final. 
 Os translocadores se arranjam em uma estrutura que 
torna o contato com o ribossomo impermeável. 
 
 
 
Translocação Pós-Traducional 
 O transporte de proteínas para o interior do RE não 
ocorre somente durante a tradução. Muitas vezes, há o 
transporte pós-traducional. 
 O translocador do RE necessita de proteínas acessórias 
que coloquem a cadeia polipeptídica no poro e sustentem 
o transporte. 
 As proteínas acessórias a esse processo, atravessam a 
membrana do RE e depositam uma proteína chaperona 
do tipo hsp 70 (BiP – binding protein) na cadeia 
polipeptídica, à medida que esta emerge do poro para o 
lúmen do RE. 
 As proteínas transportadas por um mecanismo pós-
traducional são primeiramente liberadas no citosol, onde 
se ligam a proteínas chaperonas, evitando seu 
enovelamento por ligação. 
 
Proteínas de passagem única 
 Somente uma sequência-sinal interna do RE permanece 
na bicamada lipídica. 
 Uma sequência-sinal é reconhecida duas vezes: primeiro 
por uma SRP no citosol e então por um sítio de ligação 
no poro da proteína translocadora, onde serve como um 
sinal de início de transferência (peptídeo de início de 
transferência) que abre o poro. 
 O reconhecimento duplo pode auxiliar assegurando que 
proteínas apropriadas entrem no lúmen do RE. 
 
a) Sequência-sinal externa 
 Uma sequência N-terminal inicia a translocação 
 Um segmento hidrofóbico adicional na cadeia polipeptídica 
(sinal de parada da transferência) interrompe o processo 
de transferência antes que a cadeia inteira seja 
transportada. . 
 O sinal de parada da transferência ancora a proteína na 
membrana depois que a sequência-sinal do RE (sinal de 
início da transferência) tenha sido clivada e liberada do 
translocador. 
 A sequência de parada da transferência é transferida para 
a bicamanda onde permanece como um seguimento alfa-
hélice atravessando a membrana, com a região C-terminal 
no lado citosólico.b) Sequência-sinal interna. 
 A SRP liga-se a uma sequência-sinal interna mediante 
reconhecimento hidrofóbico de características da alfa-
hélice. 
 A orientação da sequência de início de transferência 
determina qual o seguimento da proteína (o que precede 
ou sucede) é movido através da membrana para o lúmen 
do RE. 
o C-terminal no lúmen 
o N-terminal no lúmen. 
 
 
 
Proteínas de Passagem Múltipla 
 A cadeia polipeptídica passa para frente e para trás 
repetidamente ao longo da bicamada lipídica como uma 
alfa-hélice hidrofóbica. 
 Uma sequência-sinal interna indica o início da translocação, 
que continua até o translocador encontrar uma sequência 
de parada. 
 Um processo de varredura continua até que todas as 
regiões hidrofóbicas na proteína tenham sido inseridas na 
membrana como alfa-hélices transmembranas. 
 
 
 
OBS: Uma vez que as proteínas de membrana sempre estão 
inseridas no lado citosólico do RE dessa maneira programada, 
todas as copias da mesma cadeia polipeptídica terão a mesma 
orientação na bicamada lipídica. Esse mecanismo gera uma 
assimetria na membrana do RE, na qual os domínios proteicos 
expostos em um dos lados são diferentes dos domínios 
expostos do outro. Essa assimetria e mantida durante os 
muitos eventos de brotamento e de fusão que transportam 
as proteínas sintetizadas no RE a outras membranas celulares. 
Assim, a maneira que uma proteína recém-sintetizada e 
inserida na membrana do RE determina a orientação da 
proteína em todas as outras membranas. 
 
Proteínas Ancoradas Pela Cauda 
 Ancoradas na membrana por uma alfa-hélice hidrofóbica 
transmembrana C-terminal. 
 Após a inserção dessas proteínas na membrana do RE, 
poucos aminoácidos que seguem a alfa-hélice 
transmembrana na extremidade C-terminal são 
translocadas para o lúmen do RE, enquanto a maior parte 
permanece no citosol. 
 A tradução termina enquanto os aminoácidos da porção 
C-terminal que irão formar a alfa-hélice transmembrana 
ainda não emergiram do túnel de saída do ribossomo. O 
reconhecimento de SRP não e, portanto, possível. 
 Maquinaria abastecida pela hidrólise de ATP. 
 
Montagem de Proteínas no RER 
 
Proteínas residentes no RE, que contém um sinal de retenção 
no RE (4 AA na extreminade C-terminal), retém a proteína 
no RE. 
 Proteína Dissulfeto Isomerase (PDI): catalisa a oxidação de 
grupos sulfidrila (SH) para formar ligações dissulfeto (S-S). 
 Chaperona BiP: reconhece proteínas enoveladas 
incorretamente, bem como subunidades proteicas que 
ainda não se agregaram aos seus complexos oligoméricos 
finais. 
o A BiP ligadas impede a agregação da proteína e auxilia 
na manutenção ela no RE. 
o A BiP hidrolisa ATP para alternar entre os estados de 
alta e baixa afinidade de ligação, que lhe permitem 
assegurar e soltar suas proteínas de substrato em um 
ciclo dinâmico. 
 
 
 
 
 
Glicosilação de Proteínas no RE 
 
 Adição covalente de oligossacarídelos às proteínas. 
 
 
 
 
Oligossacarídeos: rótulos para a marcação do 
estado de enovelamento da proteína 
 
 Calnexina e calreticulina: são chaperonas que necessitam 
de Ca2+ para suas atividades. São proteínas de ligação de 
carboidratos (lectinas) que se ligam a oligossacarídeos nas 
proteínas que não estão completamente enoveladas e as 
retêm no RE. 
 Quando a terceira glicose é removida, a glicoproteína 
issocia-se de sua chaperona e pode deixar o RE. 
 Glicosil transferase: adiciona glicose aos oligossacarídeos 
que perderam sua última glicose. 
 Logo: uma proteína sofre ciclos contínuos de retirada de 
glicose e de adição e mantém uma afinidade por calnexina 
e calreticulina, até alcançar seu estado de completo 
enovelamento. 
 
Exportação para o citosol e degradação de 
proteínas malformadas 
 
Ao voltar para o citosol essas proteínas são degradadas em 
proteassomos. 
 
 
 
Reciclagem de proteínas malformadas 
 
 
 
 
 
 
Resposta de estresse do RE 
 
 
A resposta à proteína desenovelada. 
 
a) Por três vias de sinalização intracelular, o acúmulo de 
proteínas mal enoveladas no lúmen do RE sinaliza ao 
núcleo para ativar a transcrição de genes que 
codificam proteínas que auxiliam a célula a conter as 
proteínas mal enoveladas no RE. 
 
 
 
b) Splicing regulado de RNA é o controle-chave de 
regulação na via 1 de resposta à proteína 
desenovelada. 
 
 
 
04- Retículo Endoplasmático Liso 
 Produção de lipídeos na célula 
o Fosfolipídeos 
o Colesterol 
 
Âncora de glicofosfatidilinositol (GPI) 
 
 Ocorre no lúmen do RE. 
 Ao mesmo tempo, o segmento transmembrana da 
proteína é clivado e a âncora de GPI é adicionada. 
 Uma vez que são aderidas ao exterior da MP somente 
pelas suas âncoras de GPI, elas podem, em princípio, ser 
liberadas das células na forma solúvel, em resposta a sinais 
que ativam uma fosfolipase específica na MP. 
 
 
Formação das bicamadas lipídicas no RE 
 
Cada etapa e catalisada por enzimas na membrana do RE que 
tem seus sítios ativos voltados para o citosol, onde são 
encontrados todos os metabolitos necessários. Devido ao fato 
de os ácidos graxos não serem solúveis em agua, eles são 
conduzidos dos seus sítios de síntese ao RE por proteínas de 
ligação a ácidos graxos no citosol.. Como a síntese de 
fosfolipídeo ocorre no folheto citosólico da bicamada lipídica 
do RE, e necessário que exista um mecanismo que transfira 
algumas das moléculas de fosfolipídeos recém-formados para 
o folheto do lado do lúmen da bicamada. Em bicamadas lipídicas 
sintéticas, lipídeos não se movem da forma flip-flop. 
No RE, todavia, os fosfolipídeos equilibram-se através da 
membrana em minutos, o que e quase cem mil vezes mais 
rápido do que o flip-flop (retorno) espontâneo. Esse 
movimento transbicamada rápido e mediado por um 
translocador de fosfolipídeos pobremente caracterizado, 
denominado embaralhador (scramblase) que, de maneira não 
seletiva, equilibra fosfolipídeos entre os dois folhetos da 
bicamada lipídica. Assim, os diferentes tipos de fosfolipídeos 
parecem ser igualmente distribuídos entre os dois folhetos da 
membrana do RE... 
A membrana plasmática contém um tipo diferente de 
translocador fosfolipídico que pertence a família de 
transportadores de absorção do tipo P. Essas flipases 
reconhecem especificamente fosfolipídeos que contém 
grupos amino livres nos seus grupos da cabeça (fosfatidilserina 
e fosfatidiletanolamina) e os transfere a partir do meio 
extracelular para o folheto citosólico, utilizando a energia da 
hidrolise do ATP. A membrana plasmática, portanto, apresenta 
uma composição fosfolipídica altamente assimétrica, que e 
ativamente mantida por flipases. A membrana plasmática 
também contém um misturador, mas, ao contrário do 
misturador do RE, que e sempre ativo, a enzima da membrana 
plasmática e regulada e ativada apenas em algumas situações, 
como em apoptose e em plaquetas ativadas, onde age para 
cancelar a assimetria da bicamada lipídica; a exposição 
resultante de fosfatidilserina na superfície de células 
apoptóticas serve como um sinal para células fagocíticas 
ingerirem e degradarem a célula morta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Complexo do Citocromo P450 
A biotransformação de xenobióticos no retículo 
endoplasmático ocorre nos citocromos p450, uma família de 
enzimas pertencente ao grupo das heme-proteína, e consiste 
na inserção de um átomo do oxigênio molecular ao composto, 
o que o torna mais solúvel. A finalidade desse processo é 
facilitar a excreção desses compostos, o que ocorre mediante 
à maior solubilidade em água adquirida a partir da inserção 
desse átomo do oxigênio molecular, o que facilita a excreção 
na urina. Essa modificação química pode ter como 
consequência a ativação ou inativação de agentes 
terapêuticos, a conversão de produtos químicos em moléculas 
de extrema reatividade que podem formar adultos em 
estruturas supramoleculares e a indução ou inibição 
enzimática que altera a metabolização das drogas resultando 
consequentemente em efeitos adversos bem como a 
interação droga-droga.