Retículo Endoplasmático

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CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 669
membrana peroxissômicas são feitas no citosol e inseridas na membrana de peroxisso-
mos preexistentes, enquanto outras são primeiro integradas na membrana do RE, onde 
são empacotadas em vesículas precursoras peroxissômicas especializadas. Novas vesí-
culas precursoras podem então se fundir umas com as outras e começar a importação 
de proteínas peroxissômicas adicionais, usando sua própria maquinaria de importação 
de proteínas para tornarem-se peroxissomos maduros, os quais podem sofrer ciclos de 
crescimento e fissão.
Resumo
Os peroxissomos são especializados em promover reações de oxidação usando oxigênio 
molecular. Eles geram peróxido de hidrogênio, que é empregado em reações oxidativas – e 
contêm catalases para destruir o excesso do mesmo. Assim como as mitocôndrias e os plas-
tídios, os peroxissomos são organelas autorreplicativas. Pelo fato de não conterem DNA ou 
ribossomos, toda sua proteína é codificada no núcleo da célula. Algumas dessas proteínas 
são repassadas aos peroxissomos via vesículas precursoras peroxissômicas que brotam do 
RE, mas muitas são sintetizadas no citosol e importadas diretamente. Uma sequência es-
pecífica de três aminoácidos próxima à região C-terminal de muitas proteínas funciona 
como um sinal de importação peroxissômica. O mecanismo de importação de proteínas 
difere daquele de mitocôndrias e cloroplastos, no qual mesmo proteínas oligoméricas são 
importadas do citosol sem estarem desenoveladas.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Todas as células eucarióticas possuem retículo endoplasmático (RE). Sua membrana 
em geral constitui mais do que a metade da membrana total de uma célula animal (ver 
Tabela 12-2, p. 643). O RE está organizado em um labirinto de túbulos ramificados e de 
vesículas achatadas que se estendem através do citosol (Figura 12-31 e Animação 12.4). 
Os túbulos e sacos são interconectados, e suas membranas são contíguas com a mem-
brana nuclear externa; o compartimento que elas encerram, portanto, também é con-
tíguo com o espaço entre as membranas nuclear externa e interna. Dessa forma, o RE 
e as membranas nucleares formam uma folha contínua envolvendo um espaço interno 
único, chamado de lúmen do RE ou espaço cisternal do RE, que costuma ocupar mais de 
10% do volume celular total (ver Tabela 12-1, p. 643).
Como mencionado no início deste capítulo, o RE tem um papel central na biossín-
tese de lipídeos e proteínas, servindo também como um local de armazenamento intrace-
lular de Ca2+, que é usado em muitas respostas de sinalização celular (discutido no Capí-
tulo 15). A membrana do RE é o sítio de produção de todas as proteínas transmembrana 
e lipídeos para a maioria das organelas celulares, incluindo o próprio RE, o aparelho de 
Golgi, os lisossomos, os endossomos, as vesículas secretoras e a membrana plasmática. A 
membrana do RE é também o local onde é feita a maioria dos lipídeos para as membranas 
mitocondriais e peroxissômicas. Além disso, quase todas as proteínas que serão secre-
tadas para o exterior celular – acompanhadas daquelas destinadas ao lúmen do RE, ao 
aparelho de Golgi ou aos lisossomos – são enviadas inicialmente ao lúmen do RE.
Figura 12-31 Micrografias fluorescen-
tes do retículo endoplasmático. 
(A) Uma cultura de tecido de células ani-
mais foi geneticamente modificada para 
expressar uma proteína de membrana 
do RE fusionada a uma proteína fluores-
cente. O RE estende-se como uma rede 
de túbulos e folhas ao longo de todo o 
citosol, de modo que todas as regiões do 
citosol estão próximas a algumas porções 
da membrana do RE. A membrana nuclear 
externa, que é contínua com o RE, tam-
bém é corada. (B) Parte de uma rede do RE 
em uma célula vegetal viva geneticamente 
modificada para expressar uma proteína 
fluorescente no RE. (A, cortesia de Patrick 
Chitwood e Gia Voeltz; B, cortesia de Petra 
Boevink e Chris Hawes.)
(A)
2 !m
(B)
10 !m
Túbulos do RE Folhas do RE
Membrana nuclear externa
NÚCLEO
PEROXISSOMOS
MITOCÔNDRIAS
PLASTÍDIOS
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
EXTERIOR DA CÉLULA
GOLGI
ENDOSSOMO 
TARDIO
LISOSSOMO
ENDOSSOMO PRIMÁRIO
VESÍCULAS 
SECRETORAS
CITOSOL
670 PARTE IV Organização interna da célula
O RE é estrutural e funcionalmente diverso
Enquanto as várias funções do RE são essenciais para cada célula, suas importâncias re-
lativas variam muito entre tipos celulares individuais. Para satisfazer demandas funcio-
nais diferentes, regiões distintas de RE tornam-se altamente especializadas. Observamos 
tal especialização funcional como mudanças dramáticas na estrutura do RE, e diferentes 
tipos celulares podem, portanto, possuir caracteristicamente diversos tipos de membra-
na do RE. Uma das especializações mais notáveis é o RE rugoso.
As células de mamíferos começam a importação de proteínas para o RE antes da 
síntese completa da cadeia polipeptídica – isto é, a importação é um processo cotra-
ducional (Figura 12-32A). Ao contrário, a importação de proteínas nas mitocôndrias, 
nos cloroplastos, no núcleo e nos peroxissomos é um processo pós-traducional (Figura 
12-32B). No transporte cotraducional, 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 sintetiza-
do. Esses ribossomos ligados à membrana cobrem a superfície do RE, criando regiões 
chamadas retículo endoplasmático rugoso, ou RE rugoso; regiões do RE sem ribosso-
mos ligados são chamadas de retículo endoplasmático liso, ou RE liso (Figura 12-33).
A grande maioria das células possui regiões limitadas de RE liso, e o RE é, com 
frequência, parcialmente liso e parcialmente rugoso. Áreas de RE liso a partir das quais 
vesículas carregando proteínas recém-sintetizadas e lipídeos se desprendem para trans-
porte até o aparelho de Golgi são chamadas de RE transicional. Em certas células especia-
lizadas, o RE liso é abundante e tem funções adicionais. Ele é proeminente, por exemplo, 
em células que se especializam no metabolismo de lipídeos, como células que sintetizam 
hormônios esteroides a partir do colesterol; o RE liso expandido acomoda as enzimas que 
fazem o colesterol e o modificam a fim de formar os hormônios (ver Figura 12-33B).
Principal tipo celular no fígado, o hepatócito também possui uma quantidade sig-
nificativa de RE liso. Ele é o principal sítio de produção de partículas de lipoproteína, que 
carregam lipídeos a outras partes do corpo via corrente sanguínea. As enzimas que sinte-
tizam os componentes lipídicos das lipoproteínas estão localizadas na membrana do RE 
liso, a qual também contém enzimas que catalisam uma série de reações para destoxifi-
car substâncias lipossolúveis e vários compostos danosos produzidos pelo metabolismo. 
As reações de destoxificação mais extensamente estudadas são realizadas pela família de 
enzimas citocromo P450, que catalisam uma série de reações nas quais substâncias inso-
lúveis em água ou metabólitos que, de outra forma, poderiam ser acumulados em níveis 
tóxicos nas membranas celulares são transformados em solúveis em água o suficiente 
para deixarem a célula e serem excretados na urina. Uma vez que o RE rugoso sozinho 
não pode conter quantidades suficientes dessas e de outras enzimas necessárias, uma 
grande porção de membrana em um hepatócito normalmente consiste em RE liso (ver 
Tabela 12-2).
Outra função crucial do RE na maioria das células eucarióticas é sequestrar Ca2+ 
do citosol. A liberação de Ca2+ do RE para o citosol e sua subsequente recaptação estão 
envolvidas em muitas respostas rápidas a sinais extracelulares, como discutido no Ca-
Figura 12-32 Translocação cotraducio-
nal e pós-traducional de proteínas. (A) 
Os ribossomos ligam-se à membrana do 
RE durante a translocação cotraducional. 
(B) Ao contrário, os ribossomos citosólicos 
completam a síntese de proteínas e as 
liberam antes da translocação pós-tradu-
cional. Em ambos os casos,a proteína é 
direcionada para o RE por uma sequência-
-sinal (vermelho e laranja).
5!
5!3!
3!
TRANSLOCAÇÃO 
COTRADUCIONAL
TRANSLOCAÇÃO 
PÓS-TRADUCIONAL(A) (B)
Cadeia polipeptídica 
crescente
mRNA
Ribossomo 
ligado ao RE
Ribossomo 
livre
RERE
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 671
pítulo 15. Uma bomba de Ca2+ transporta Ca2+ do citosol para o lúmen do RE. O arma-
zenamento de Ca2+ no lúmen do RE é facilitado pelas altas concentrações de proteínas 
que se ligam a Ca2+ lá existentes. Em alguns tipos celulares, e talvez na maioria, regiões 
específicas do RE são especializadas no armazenamento de Ca2+. As células musculares 
possuem um abundante RE liso modificado, denominado retículo sarcoplasmático. A li-
beração e a recaptação de Ca2+ pelo retículo sarcoplasmático disparam, respectivamente, 
a contração e o relaxamento das miofibrilas, durante cada ciclo de contração muscular 
(discutido no Capítulo 16).
Para estudar as funções e a bioquímica do RE, é necessário isolar sua membrana. 
Isso pode parecer uma tarefa inexequível, porque o RE é entremeado de forma intrin-
cada com outros componentes do citosol. Felizmente, quando os tecidos ou as células 
são rompidos por homogeneização, o RE se quebra em fragmentos e recompõe-se na 
forma de muitas pequenas vesículas (cerca de 100 a 200 nm de diâmetro) denominadas 
microssomos. Os microssomos são relativamente fáceis de purificar. Para os bioquími-
cos, os microssomos representam pequenas versões autênticas do RE, ainda capazes de 
translocação de proteínas, glicosilação proteica (discutido adiante), captação e liberação 
de Ca2+, bem como síntese de lipídeos. Os microssomos derivados do RE rugoso são cri-
vados de ribossomos e denominados microssomos rugosos. Os ribossomos são sempre 
Núcleo
Membrana nuclear interna
Membrana nuclear externa Membrana do RE
Membrana do RE
(A)
200 nm
(B) (D)
200 nm 0,5 !m
RE rugoso RE liso
Lúmen do RE
(C)
Figura 12-33 RE rugoso e liso. (A) Uma micrografia eletrônica de um RE rugoso em uma célula pancreática exócrina que produz 
e secreta diariamente grandes quantidades de enzimas digestivas. O citosol está preenchido com camadas empacotadas de mem-
branas de RE que são ornadas com ribossomos. Em cima e à esquerda está mostrada uma porção do núcleo e seu envelope nuclear; 
note que a membrana nuclear externa, que é contínua com o RE, também está ornada com ribossomos. (B) RE liso abundante em 
uma célula secretora de hormônio esteroide. Esta micrografia eletrônica é de uma célula de Leydig secretora de testosterona em 
testículo humano. (C) Uma reconstrução tridimensional de uma região do RE liso e RE rugoso em uma célula de fígado. O RE rugoso 
forma pilhas orientadas de cisternas achatadas, cada uma possuindo um espaço luminal de 20 a 30 nm. A membrana do RE liso 
está conectada a estas cisternas e forma uma fina rede de túbulos de 30 a 60 nm de diâmetro. O lúmen do RE é de cor verde. (D) 
Uma reconstrução tomográfica de uma porção da rede do RE em uma célula de levedura. Ribossomos ligados à membrana (peque-
nas esferas pretas) são vistos tanto nas folhas achatadas quanto nas regiões tubulares de diâmetro irregular, demonstrando que os 
ribossomos se ligam a membranas do RE de diferentes curvaturas nessas células. (A, cortesia de Lelio Orci; B, cortesia de Daniel S. 
Friend; C, de R.V. Krstić, Ultrastructure of the Mammalian Cell. New York: Springer-Verlag, 1979; D, de M. West et al., J. Cell Biol. 
193:333–346, 2011. Com permissão de Rockefeller University Press.)
672 PARTE IV Organização interna da célula
encontrados na superfície externa, de tal forma que o interior do microssomo é bioqui-
micamente equivalente ao lúmen do RE (Figura 12-34A).
Muitas vesículas de tamanho similar ao dos microssomos rugosos, porém des-
providas de ribossomos aderidos, também são encontradas nesses homogenados. Tais 
microssomos lisos são derivados, em parte, de porções lisas do RE e, em parte, de frag-
mentos vesiculados da membrana plasmática, do aparelho de Golgi, dos endossomos e 
das mitocôndrias (a proporção dependendo do tecido). Então, enquanto microssomos 
rugosos são claramente derivados de porções do RE rugoso, não é fácil separar micros-
somos lisos derivados de organelas diferentes. Os microssomos preparados de células do 
fígado ou de células do músculo são uma exceção. Devido às grandes quantidades pouco 
comuns de RE liso ou retículo sarcoplasmático, respectivamente, muitos dos microsso-
mos lisos nos homogenados desses tecidos são derivados do RE liso ou do retículo sarco-
plasmático. Os ribossomos aderidos à membrana tornam os microssomos rugosos mais 
densos do que os microssomos lisos. Como resultado, os microssomos lisos e rugosos 
podem ser separados uns dos outros por centrifugação de equilíbrio (Figura 12-34B). Os 
microssomos têm sido inestimáveis na elucidação de aspectos moleculares da função do 
RE, como discutiremos a seguir.
As sequências-sinal foram descobertas primeiro em proteínas 
importadas para o RE rugoso
O RE captura proteínas selecionadas do citosol assim que elas são sintetizadas. Essas 
proteínas são de dois tipos: proteínas transmembrana, que são apenas parcialmente 
translocadas através da membrana do RE e tornam-se “embutidas” na membrana, e 
proteínas solúveis em água, que são totalmente translocadas através da membrana do RE 
e liberadas no lúmen do RE. Algumas das proteínas transmembrana funcionam no RE, 
mas muitas são destinadas à membrana plasmática ou à membrana de outra organela. 
As proteínas solúveis em água são destinadas tanto à secreção quanto à residência no 
lúmen do RE ou de outra organela. Todas essas proteínas, apesar do seu subsequente 
destino, são dirigidas para a membrana do RE por uma sequência-sinal do RE, a qual 
inicia a sua translocação por um mecanismo comum.
As sequências-sinal (e a estratégia de sequência-sinal para endereçamento de 
proteínas) foram descobertas no início dos anos de 1970 em proteínas secretadas trans-
locadas através da membrana do RE como um primeiro passo de sua liberação final da 
célula. No experimento-chave, o mRNA codificando a proteína secretada foi traduzido 
por ribossomos in vitro. Quando os microssomos foram omitidos desse sistema livre de 
células, a proteína sintetizada foi levemente maior do que a proteína normal secreta-
da. Na presença de microssomos derivados do RE rugoso, todavia, foi produzida uma 
proteína de tamanho correto. De acordo com a hipótese do sinal, a diferença no tamanho 
reflete a presença inicial de uma sequência-sinal que direciona a proteína secretada à 
membrana do RE e é, então, clivada por uma peptidase-sinal na membrana do RE antes 
RE rugoso
Homogeneização
RE liso 
Microssomos 
rugosos e lisos 
Tubo com gradiente de 
concentração de sacarose crescente
Os microssomos lisos têm 
baixa densidade e 
param de sedimentar 
flutuando em baixas 
concentrações de sacarose
Os microssomos rugosos 
têm alta densidade e 
param de sedimentar 
flutuando em altas 
concentrações de sacarose
Centri-
fugação
200 nm
(B)
(A)
Figura 12-34 Isolamento dos micros-
somos rugosos e lisos do RE. (A) Uma 
micrografia eletrônica de secção fina de 
uma fração purificada do RE rugoso revela 
abundância de vesículas contendo ribosso-
mos. (B) Quando sedimentados por meio 
de um gradiente de sacarose, os dois tipos 
de microssomos separam-se um do outro, 
de acordo com suas diferentes densidades. 
Note que a fração lisa também irá conter 
material não derivado do RE. (A, cortesia 
de George Palade.)
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 673
que a cadeia polipeptídica tenha sido completada (Figura 12-35). Os sistemas livres de 
células, nos quais as proteínas são importadas para os microssomos, oferecem procedi-
mentos de análise eficazes para identificação, purificação e estudo de vários componen-
tes da maquinaria molecular responsável pelos processos de importação do RE.
Uma partícula de reconhecimento de sinal (SRP)direciona a 
sequência-sinal do RE para um receptor específico na membrana 
do RE rugoso
A sequência-sinal do RE é guiada à membrana do RE por, pelo menos, dois componen-
tes: uma partícula de reconhecimento de sinal (SRP, signal-recognition particle), que 
circula entre a membrana do RE e o citosol e liga-se à sequência-sinal, e um receptor 
SRP na membrana do RE. A SRP é um grande complexo; nas células animais ela consis-
te em seis diferentes cadeias polipeptídicas ligadas a uma única pequena molécula de 
RNA. Enquanto a SRP e seu receptor possuem poucas subunidades em bactérias, homó-
logos estão presentes em todas as células, indicando que esse mecanismo de proteína-
-alvo surgiu cedo na evolução e tem sido conservado.
As sequências-sinal do RE variam na sequência de aminoácidos, mas cada uma 
possui oito ou mais aminoácidos apolares no seu centro (ver Tabela 12-3, p. 648). Como 
a SRP pode ligar-se especificamente a tantas sequências diferentes? A resposta veio da 
estrutura cristalina da proteína SRP, a qual mostra que o sítio de ligação da sequência-
-sinal é uma grande cavidade hidrofóbica coberta por metioninas. Devido ao fato de as 
metioninas possuírem cadeias laterais flexíveis não ramificadas, a cavidade é suficiente-
mente plástica para acomodar sequências-sinal hidrofóbicas de diferentes sequências, 
tamanhos e formas.
A SRP é uma estrutura do tipo haste, que envolve a subunidade ribossômica maior 
com uma ponta ligando a sequência-sinal do RE à medida que emerge do ribossomo 
como parte da cadeia polipeptídica recém-produzida; a outra ponta bloqueia o sítio de 
ligação do fator de elongamento na interface entre as subunidades grande e pequena 
do ribossomo (Figura 12-36). Esse evento provoca uma pausa na síntese proteica tão 
logo o peptídeo-sinal tenha emergido do ribossomo. A pausa transitória provavelmente 
dá tempo suficiente ao ribossomo para ligar-se à membrana do RE antes de comple-
tar a síntese da cadeia polipeptídica, garantindo, desse modo, que a proteína não seja 
liberada no citosol. Esse dispositivo de segurança pode ter importância especial para 
Figura 12-35 A hipótese do sinal. 
Uma visão simplificada do transporte de 
proteínas através da membrana do RE, 
como proposto originalmente. Quando a 
sequência-sinal do RE emerge dos ribosso-
mos, ela direciona os ribossomos para um 
translocador na membrana do RE, que for-
ma um poro na membrana através do qual 
o polipeptídeo é translocado. A sequência-
-sinal é retirada durante a tradução por 
uma peptidase-sinal, e a proteína madura 
é liberada para o lúmen do RE imediata-
mente após ser sintetizada. O translocador 
permanece fechado até que o ribossomo 
tenha se ligado, mantendo a barreira de 
permeabilidade da membrana do RE em 
todos os momentos.
CITOSOL
LÚMEN 
DO RE
CLIVAGEM DO 
PEPTÍDEO-SINAL
Sequência-sinal 
da cadeia 
peptídica 
crescente NH2
NH2
COOH
Cadeia 
polipeptídica madura
5!
3!
Translocador 
fechado
Subunidades 
ribossômicas livres
mRNA
Peptídeo-sinal 
clivado
Peptidase
-sinal
674 PARTE IV Organização interna da célula
hidrolases secretadas e lisossômicas que poderiam causar danos ao citosol; entretanto 
as células que secretam grandes quantidades de hidrolases tomam a precaução extra de 
possuir altas concentrações de inibidores de hidrolases no seu citosol. A pausa também 
assegura que grandes porções de proteína, que poderiam enovelar-se em uma estrutura 
compacta, não sejam originadas antes de chegarem ao translocador na membrana do 
RE. Então, ao contrário da importação pós-traducional de proteínas em mitocôndrias 
e cloroplastos, proteínas chaperonas não são necessárias para capturar proteínas não 
enoveladas.
Quando uma sequência-sinal se liga, a SRP expõe um sítio de ligação para o recep-
tor SRP (ver Figura 12-36B, C), que é um complexo proteico transmembrana na mem-
brana do RE rugoso. A ligação de SRP ao seu receptor traz o complexo ribossomo-SRP 
a um translocador proteico não ocupado na mesma membrana. A SRP e o receptor SRP 
são então liberados, e o translocador transfere a cadeia polipeptídica crescente através 
da membrana (Figura 12-37).
Subunidade ribossômica 
menor
Subunidade ribossômica menor
Subunidade ribossômica 
maior Subunidade 
ribossômica 
maior
DobradiçaSequência-sinal 
ligada à SRP
Receptor de SRP
Partícula de 
reconhecimento 
de sinal (SRP)
(A) (B)
(C)
Sequência-sinal 
da cadeia 
polipetídica 
crescente
Sítio de 
ligação do 
fator de 
alongamento
Dobradiça
Domínio da 
pausa traducional
Bolsão de 
ligação da 
sequência-sinal
Molécula de RNA da SRP
SRP
LÚMEN DO RE
Figura 12-36 Partícula de reconhecimento de sinal (SRP). (A) A SRP de mamíferos é um complexo 
ribonucleoproteico do tipo haste contendo seis subunidades proteicas (marrom) e uma molécula de RNA 
(azul). O RNA da SRP forma uma cadeia principal que acopla o domínio proteico, contendo o bolsão de 
ligação à sequência-sinal ao domínio responsável pela pausa de tradução. As estruturas cristalinas de 
diversas partes de SRPs de espécies diferentes são montadas aqui em um modelo composto para se apro-
ximar da estrutura de uma SRP completa. (B) O esboço tridimensional da SRP ligado a um ribossomo foi 
determinado por microscopia crioeletrônica. A SRP liga-se à subunidade maior do ribossomo, de modo que 
sua sequência-sinal de ligação está posicionada perto do sítio de saída da cadeia polipeptídica crescente 
e seu domínio de pausa traducional está posicionado na interface entre as subunidades ribossômicas, 
onde interfere na ligação do fator de alongamento. (C) Quando a sequência-sinal surge do ribossomo e 
se liga na SRP, uma modificação conformacional na SRP expõe um sítio de ligação para o receptor de SRP. 
(B, adaptada de M. Halic et al., Nature 427:808–814, 2004. Com permissão de Macmillan Publishers Ltd.)
Figura 12-37 Como a sequência-sinal 
do RE e a SRP direcionam os ribosso-
mos à membrana do RE. A SRP e seu 
receptor agem em conjunto. A SRP liga-se 
à sequência-sinal do RE exposta e ao ribos-
somo, induzindo, portanto, uma pausa na 
tradução. O receptor SRP na membrana do 
RE, que, nas células animais, é composto 
de duas cadeias polipeptídicas diferentes, 
liga-se ao complexo SRP-ribossomo e di-
reciona-o ao translocador. Em uma reação 
pouco conhecida, a SRP e seu receptor são 
então liberados, deixando o ribossomo 
ligado ao translocador na membrana do 
RE. O translocador insere a cadeia polipep-
tídica na membrana e a transfere através 
da bicamada lipídica. Uma vez que uma 
das proteínas SRP e ambas as cadeias do 
receptor SRP contêm domínios de ligação 
a GTP, supõe-se que as mudanças confor-
macionais que ocorrem durante os ciclos 
de ligação e hidrólise do GTP (discutido no 
Capítulo 15) garantam que a liberação de 
SRP ocorra somente após o ribossomo es-
tar adequadamente associado ao translo-
cador na membrana do RE. O translocador 
permanece fechado até que o ribossomo 
tenha se ligado, mantendo a barreira de 
permeabilidade da membrana do RE em 
todos os momentos.
RECONHECIMENTO
CITOSOL
LÚMEN DO RE
ALVO
RECICLAGEM
LIBERAÇÃO
Sequência-
-sinal do 
peptídeo 
crescente
SRP
A ligação da SRP ao peptídeo-sinal 
provoca uma pausa na tradução
Receptor de SRP na 
membrana do RE rugoso
Proteína translocadora
N
A tradução 
continua e 
começa a 
translocação
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 675
Esse processo de transferência cotraducional cria duas populações espacialmente 
separadas de ribossomos no citosol. Os ribossomos ligados à membrana, ligados ao 
lado citosólico da membrana do RE, estão empenhados na síntese de proteínas que es-
tão sendo simultaneamente translocadas para o RE. Os ribossomos livres, não ligados 
a membranas, sintetizam todas as outras proteínas codificadas pelo genoma nuclear. Os 
ribossomos ligados à membrana e os livres são estrutural e funcionalmente idênticos. 
Eles diferem apenas quanto às proteínas que estão sendo produzidas por eles em um 
dado momento.
Uma vez que muitos ribossomospodem se ligar a uma única molécula de mRNA, 
um polirribossomo costuma ser formado. Se o mRNA codifica uma proteína com uma 
sequência-sinal, o polirribossomo torna-se anexado à membrana do RE, dirigindo-a pe-
las sequências-sinal em múltiplas cadeias polipeptídicas crescentes. Ribossomos indivi-
duais associados a tais moléculas de mRNA podem retornar ao citosol quando acabam 
a tradução e misturam-se com a população de ribossomos livres. O mRNA, no entanto, 
permanece ligado à membrana do RE por uma troca de populações ribossômicas, cada 
um mantido transitoriamente na membrana por translocadores (Figura 12-38 ).
A cadeia polipeptídica atravessa um canal aquoso no 
translocador
Debateu-se longamente se as cadeias polipeptídicas são transferidas através da mem-
brana do RE em contato direto com a bicamada lipídica, ou através de um canal em uma 
proteína translocadora. O debate se encerrou com a identificação da proteína transpor-
tadora, que se mostrou capaz de formar um canal preenchido por água na membrana, 
pelo qual a cadeia polipeptídica cruza a membrana. O centro do translocador, deno-
5!
5!
5!
5!
3!
3!
3!
3!
População comum de subunidades 
ribossômicas no citosol
O mRNA codificando uma proteína 
citosólica permanece livre no citosol Polirribossomo 
livre no citosol
O mRNA codificando uma 
proteína direcionada para o RE 
permanece ligado à membrana
Polirribossomo ligado à membrana do RE por 
múltiplas cadeias polipeptídicas nascentes
Sequência-
-sinal do RE
Membrana do RE
CICLO DA SRP
CICLO DO RIBOSSOMO LIVRE
CICLO DO RIBOSSOMO LIGADO À MEMBRANA
(B)
400 nm
PolirribossomoMembrana do RE
(A)
5!
3!
LÚMEN DO RE
Roseta do polirribossomo
Figura 12-38 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. (B) Uma fina secção em micrografia eletrônica de polirribossomos ligados à membrana do RE. O plano da secção em 
alguns pontos corta o RE rugoso paralelamente à membrana, criando um padrão de roseta dos polirribossomos. (B, cortesia de George Palade.)
676 PARTE IV Organização interna da célula
minado complexo Sec61, consiste em três subunidades que são altamente conserva-
das desde bactérias até células eucarióticas. A estrutura do complexo Sec61 sugere que 
"-hélices da subunidade maior cercam um canal central através do qual uma cadeia po-
lipeptídica atravessa a membrana (Figura 12-39). O canal é bloqueado por uma "-hélice 
pequena que parece manter o translocador fechado quando está inerte e se move para 
o lado quando está ocupado passando uma cadeia polipeptídica. Por essa razão, o poro 
é um canal dinâmico que se abre apenas brevemente quando uma cadeia polipeptídica 
atravessa a membrana. Em um translocador inerte, é importante manter o canal fecha-
do, desse modo permanecendo a membrana impermeável a íons, como Ca2+, que, por 
outro lado, poderiam escapar do RE. Quando uma cadeia polipeptídica está se translo-
cando, um anel de aminoácidos hidrofóbicos da cadeia lateral fornece um lacre flexível 
para evitar perda de íons.
A estrutura do complexo Sec61 sugere que o poro também possa abrir uma fenda 
do seu lado. De fato, algumas estruturas do translocador mostraram-se bloqueadas na 
conformação da linha de junção aberta. Essa abertura permite a translocação por um 
acesso lateral à cadeia polipeptídica ao centro hidrofóbico da membrana, um processo 
que é importante tanto para a liberação do peptídeo-sinal clivado da membrana (ver 
Figura 12-35) quanto para a integração de proteínas na bicamada, como discutiremos a 
seguir.
Em células eucarióticas, quatro complexos Sec61 formam um grande conjun-
to de translocadores que podem ser visualizados nos ribossomos ligados ao RE após a 
solubilização da membrana do RE com detergente (Figura 12-40). É provável que esse 
FECHADO
Fresta lateral Plugue
ABERTO
Plugue deslocado
Peptídeo-
-sinal
Cadeia polipeptídica 
crescente
Bicamada lipídica
Fresta 
lateral
Subunidade !
Subunidade "
Subunidade # Dobradiça
Dobradiça
(A)
(B)
Plugue
Plugue deslocado
Plugue deslocado
Abertura do poro
Subunidade !
Figura 12-39 Estrutura do complexo Sec61. (A) Uma visão lateral (esquerda) e uma visão de cima (direita, a 
partir do citosol) da estrutura do complexo Sec61 da arqueia Methanococcus jannaschii. A subunidade " de Sec61 
tem uma estrutura invertida repetida (ver Figura 11-10) e é mostrada em azul e marrom para indicar sua pseudos-
simetria; as duas pequenas subunidades # e $ são mostradas em cinza. Na vista lateral, algumas hélices da frente 
foram omitidas para deixar o interior do poro visível. A pequena hélice amarela parece formar um plugue que 
tampa o poro quando o transportador está fechado. Para abri-lo, o complexo rearranja-se para deslocar o plugue, 
como indicado pela seta vermelha. Acredita-se que um anel de aminoácidos hidrofóbicos da cadeia lateral forme 
um estreito diafragma em torno da translocação da cadeia polipeptídica para evitar escapes de outras moléculas 
através da membrana. O poro do complexo Sec61 também pode abrir para o lado da fresta lateral. (B) Modelos 
de estados abertos e fechados do translocador são mostrados no topo, ilustrando como a sequência-sinal (ou um 
segmento transmembrana) poderia ser liberado na bicamada lipídica, após a abertura da fenda. (Códigos PDB: 
1RH5 e 1RHZ.)
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 677
conjunto inclua outros complexos de membrana que se associam com o translocador, 
como enzimas que modificam a cadeia polipeptídica crescente, incluindo a transferase 
de oligossacarídeos e a peptidase-sinal. O conjunto de um translocador com esses com-
ponentes acessórios é chamado de translócon.
A translocação através da membrana do RE nem sempre 
necessita do alongamento da cadeia polipeptídica em andamento
Como vimos, a translocação de proteínas para as mitocôndrias, os cloroplastos e os pe-
roxissomos ocorre de modo pós-traducional depois que a proteína foi sintetizada e libe-
rada no citosol, enquanto a translocação através da membrana do RE em geral ocorre 
durante a tradução (cotraducionalmente). Esse fato explica por que os ribossomos são 
ligados ao RE, mas não são ligados a outras organelas.
Algumas proteínas, no entanto, são importadas para o RE depois de completada 
sua síntese, demonstrando que o transporte nem sempre requer tradução em anda-
mento. A translocação pós-traducional de proteínas é especialmente comum através da 
membrana do RE em células de levedura e através da membrana plasmática bacteriana 
(a qual se acredita ser evolutivamente relacionada ao RE). Para atuar na translocação 
pós-traducional, o translocador do RE necessita de proteínas acessórias que coloquem 
a cadeia polipeptídica no poro e sustentem o transporte (Figura 12-41). Em bactérias, 
uma proteína motriz de translocação, a ATPase SecA, liga-se ao lado citosólico do trans-
locador, onde desencadeia mudanças conformacionais cíclicas sustentadas por hidróli-
se de ATP. Cada vez que um ATP é hidrolisado, uma porção da proteína SecA insere-se no 
poro do translocador, impelindo um curto segmento da proteína transportada com ela. 
Como resultado desse mecanismo de catraca, a ATPase SecA empurra a cadeia polipep-
tídica da proteína transportada através da membrana.
As células eucarióticas utilizam um conjunto diferente de proteínas acessórias 
que se associam ao complexo Sec61. Essas proteínas atravessam a membrana do RE 
e usam um pequeno domínio localizado no lado do lúmenda membrana do RE para 
depositar uma proteína chaperona do tipo hsp70 (denominada BiP, de binding protein) 
na cadeia polipeptídica, à medida que esta emerge do poro para o lúmen do RE. Ciclos 
ATP-dependentes de ligação e liberação de BiP dirigem a translocação unidirecional, 
como já descrito para proteínas hsp70 mitocondriais que puxam proteínas através de 
membranas mitocondriais.
As proteínas que são transportadas para o RE por um mecanismo pós-traducional 
são primeiramente liberadas no citosol, onde se ligam a proteínas chaperonas, evitando 
o seu enovelamento por ligação, como discutido antes para as proteínas cujo destino são 
as mitocôndrias e os cloroplastos.
Em proteínas transmembrana de passagem única, somente uma 
sequência-sinal interna do RE permanece na bicamada lipídica 
como uma "-hélice que atravessa a membrana
A sequência-sinal RE da cadeia polipeptídica crescente parece disparar a abertura do 
poro na proteína translocadora Sec61: depois que a sequência-sinal é liberada da SRP 
e a cadeia crescente tenha alcançado um tamanho suficiente, a sequência-sinal liga-se 
a um sítio específico dentro do poro, abrindo dessa maneira o poro. Uma sequência-
-sinal do RE é portanto reconhecida duas vezes: primeiro por uma SRP no citosol e 
Figura 12-40 Um ribossomo (verde) ligado a um translocador proteico do RE 
(azul). (A) Reconstrução da vista lateral do complexo a partir de imagens de microscopia 
eletrônica. (B) Uma visão do translocador observada do lúmen do RE. O translocador 
contém Sec61, proteínas acessórias e o detergente usado na preparação. Domínios de 
proteínas acessórias se estendem através da membrana e formam uma saliência. (C) Uma 
representação esquemática de um ribossomo aderido à membrana, ligado ao translo-
cador, indicando a localização do túnel na subunidade ribossômica maior, pelo qual a 
cadeia polipeptídica crescente sai do ribossomo. O mRNA (não mostrado) poderia estar 
localizado entre as subunidades pequena e grande do ribossomo. (Adaptada de J.F. Mé-
nétret et al., J. Mol. Biol. 348:445–457, 2005. Com permissão de Academic Press.)
Subunidade 
ribossômica menor
Subunidade 
ribossômica 
maior
Proteína translocadora 
na membrana do RE
(A)
(C)
Canal condutor de 
proteína na 
subunidade 
ribossômica maior
(B)
LÚMEN DO RE
LÚMEN DO RE
678 PARTE IV Organização interna da célula
então por um sítio de ligação no poro da proteína translocadora, onde serve como um 
sinal de início de transferência (ou peptídeo de início de transferência) que abre o 
poro (p. ex., ver na Figura 12-35 como funciona para uma proteína solúvel). O reconhe-
cimento duplo pode auxiliar assegurando que apenas proteínas apropriadas entrem 
no lúmen do RE.
Enquanto ligada no poro de translocação, a sequência-sinal está em contato não 
apenas com o complexo Sec61, que forma as paredes do poro, mas também ao longo 
da linha de junção lateral com o centro hidrofóbico da bicamada lipídica. Isso foi mos-
trado em experimentos de ligação química, nos quais a sequência-sinal e cadeias de 
hidrocarbonetos de lipídeos foram covalentemente unidas. Quando a cadeia polipep-
tídica nascente tiver crescido o suficiente, a peptidase-sinal do RE cliva a sequência-
-sinal e a libera do poro na membrana, onde é rapidamente degradada a aminoácidos 
por outras proteases na membrana do RE. Para liberar a sequência-sinal na membra-
na, o translocador abre lateralmente ao longo da junção (ver Figuras 12-35 e 12-39). O 
translocador pode então tomar duas direções: abrir-se para formar um poro através 
da membrana a fim de deixar porções hidrofílicas de proteínas na bicamada lipídi-
ca, e abrir-se lateralmente dentro da membrana para deixar porções hidrofóbicas de 
proteínas na bicamada lipídica. A saída lateral do poro é um passo essencial durante a 
integração de proteínas transmembrana.
A integração de proteínas de membrana exige que algumas partes da cadeia poli-
peptídica sejam transportadas através da bicamada lipídica, enquanto outras não. Ape-
sar dessa complexidade adicional, todos os modos de inserção de proteínas de membra-
na podem ser considerados como simples variantes da sequência de eventos descrita 
antes para transferir uma proteína solúvel no lúmen do RE. Começaremos descrevendo 
as três maneiras pelas quais as proteínas transmembrana de passagem única (ver Fi-
gura 10-17) são inseridas na membrana do RE.
CITOSOL
LÚMEN DO RE
CITOSOL
ESPAÇO EXTRACELULAR
CITOSOL
LÚMEN DO RE
TRANSLOCAÇÃO 
COTRADUCIONAL TRANSLOCAÇÃO PÓS-TRADUCIONAL
ATPase
SecA
Complexo 
SecY
Complexo Sec62, 
63, 71, 72
BiP
SRP
Receptor 
de SRP
BACTÉRIAS
ARQUEIAS
EUCARIOTOS EUCARIOTOS BACTÉRIAS
(A) (B) (C)
Complexo Sec61
ATP ADP
ATP
ADP
Sequência-sinal 
do RE
Pi+
Pi+
Membrana (plasmática)
interna bacteriana
mRNA
Figura 12-41 Três maneiras pelas quais a translocação de proteínas pode ser dirigida através de translocadores estruturalmente 
semelhantes. (A) Translocação cotraducional. O ribossomo é conduzido à membrana pela SRP e pelo receptor SRP e então estabelece uma forte 
associação com a proteína translocadora Sec61. A cadeia polipeptídica crescente é conduzida através da membrana assim que é sintetizada. Não é 
necessário energia adicional, uma vez que o único caminho disponível para a cadeia crescente é cruzar a membrana. (B) A translocação pós-tradu-
cional em células eucarióticas necessita de um complexo adicional, composto das proteínas Sec62, Sec63, Sec71 e Sec72, que são ligadas ao trans-
locador Sec61 e depositam moléculas BiP na cadeia translocada assim que ela surge do translocador no lúmen do RE. Os ciclos de ligação de BiP 
e de liberação movidos por ATP puxam a proteína para o lúmen, um mecanismo que se assemelha ao modelo de catraca térmica para importação 
mitocondrial na Figura 12-23. (C) Translocação pós-traducional em bactérias. A cadeia polipeptídica completa é dirigida do lado citosólico para o 
homólogo bacteriano do complexo Sec61 (chamado complexo SecY na bactéria) na membrana plasmática pela ATPase SecA. As mudanças confor-
macionais possibilitadas pela hidrólise de ATP são responsáveis pelo movimento tipo pistão na SecA, cada ciclo impelindo cerca de 20 aminoácidos 
da cadeia proteica pelo poro do translocador. A via Sec usada para transporte de proteínas através da membrana tilacoide em cloroplastos utiliza 
um mecanismo semelhante (ver Figura 12-26B).
Enquanto o translocador Sec61, SRP e receptor de SRP são encontrados em todos os organismos, SecA é encontrado exclusivamente em 
bactérias, e o complexo Sec62, 63, 71 e 72 é encontrado exclusivamente em células eucarióticas. (Adaptada de P. Walter e A.E. Johnson, Annu. Rev. 
Cell Biol. 10:87–119, 1994. Com permissão de Annual Reviews.)
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 679
No caso mais simples, uma sequência-sinal N-terminal inicia a translocação, como 
para uma proteína solúvel, mas um segmento hidrofóbico adicional na cadeia polipeptí-
dica interrompe o processo de transferência antes que a cadeia inteira seja transportada. 
Esse sinal de parada da transferência ancora a proteína na membrana depois que a 
sequência-sinal do RE (o sinal de início da transferência) tenha sido clivada e liberada 
do translocador (Figura 12-42). A sequência de parada da transferência é transferida 
para a bicamada pelo mecanismo de controle lateral, onde permanece como um único 
segmento "-hélice atravessando a membrana, com a região N-terminal da proteína no 
lado do lúmen da membrana e a região C-terminal no lado citosólico.
Nos outros dois casos, a sequência-sinal é interna, em vez de ser na extremidade 
N-terminal da proteína. Como uma sequência-sinal N-terminal do RE, a SRP liga-se a 
uma sequência-sinal interna mediante reconhecimento hidrofóbico de características 
da "-hélice. A SRP leva o ribossomo que está sintetizando a proteína para a membrana 
do RE, e a sequência-sinal do RE serve então como um sinal de início da transferência 
que inicia a translocação da proteína. Após aliberação do translocador, a sequência in-
terna de início da transferência permanece na bicamada lipídica como uma "-hélice que 
atravessa a membrana uma única vez.
As sequências internas de início da transferência podem ligar-se ao aparato de 
transporte em uma de duas orientações; por sua vez, essa orientação da sequência de 
início de transferência determina qual segmento da proteína (aquele que precede ou o 
que segue a sequência de início da transferência) é movido através da membrana para o 
lúmen do RE. Em um caso, a proteína de membrana resultante tem sua região C-termi-
nal no lado do lúmen (via A na Figura 12-43), enquanto, no outro, a região N-terminal 
está situada no lado do lúmen (via B na Figura 12-43). A orientação da sequência de 
início da transferência depende da distribuição dos aminoácidos carregados adjacentes, 
como descrito na legenda da figura.
As combinações de sinais de início e de parada da transferência 
determinam a topologia das proteínas transmembrana de 
passagem múltipla
Nas proteínas transmembrana de passagem múltipla, a cadeia polipeptídica passa 
para frente e para trás repetidamente ao longo da bicamada lipídica como uma "-hé-
lice hidrofóbica (ver Figura 10-17). Acredita-se que uma sequência-sinal interna sirva 
como um sinal de início de transferência nessas proteínas para iniciar a translocação, 
Figura 12-42 Como uma proteína 
transmembrana de passagem única, 
com a sequência-sinal do RE clivada, é 
integrada na membrana do RE. Nessa 
proteína, o processo de translocação co-
traducional é iniciado pela sequência-sinal 
N-terminal do RE (vermelho) que funciona 
como um sinal de início de transferência, 
abrindo o translocador como na Figura 
12-35. Além dessa sequência de início de 
transferência, contudo, a proteína tam-
bém contém uma sequência de parada 
de transferência (laranja); quando essa 
sequência entra no translocador e interage 
com o sítio de ligação dentro do poro, o 
translocador abre na fenda e descarrega 
a proteína lateralmente na bicamada 
lipídica, onde a sequência de parada de 
transferência permanece para ancorar a 
proteína na membrana. (Nesta figura e nas 
duas figuras que seguem, os ribossomos 
foram omitidos para maior clareza.)
NH2
LÚMEN DO RE
COOH
Proteína transmembrana 
de passagem única madura 
na membrana do RE
NH2
Sequência 
de parada 
de transferência
Peptidase-
-sinal
Sequência de início 
de transferência
CITOSOL
680 PARTE IV Organização interna da célula
que continua até o translocador encontrar uma sequência de parada da transferência; 
em proteínas transmembrana de duas passagens, por exemplo, o polipeptídeo pode, em 
seguida, ser liberado na bicamada (Figura 12-44). Em proteínas de passagem múltipla 
mais complexas, nas quais muitas "-hélices hidrofóbicas atravessam a bicamada, uma 
segunda sequência de início da transferência reinicia a translocação mais adiante na ca-
deia polipeptídica, até a próxima sequência de parada do transporte induzir a liberação 
do polipeptídeo, e assim por diante, para posteriores sequências de início e de parada da 
transferência (Figura 12-45 e Animação 12.5).
Sequências-sinal hidrofóbicas de início e de parada de transferência agem para 
corrigir a topologia da proteína na membrana, trancando-as como "-hélices que atra-
vessam membrana; e elas podem fazê-lo em qualquer orientação. Sabe-se que uma 
dada sequência-sinal hidrofóbica atuará como uma sequência de início ou de parada 
da transferência, dependendo da sua localização na cadeia polipeptídica, uma vez que 
sua função pode ser trocada pela mudança da sua localização na proteína, utilizando 
técnicas de DNA recombinante. Assim, a distinção entre sequências de início e de pa-
rada da transferência resulta, principalmente, da sua ordem relativa na cadeia polipep-
tídica crescente. Parece que a SRP inicia procurando por segmentos hidrofóbicos na 
região N-terminal de uma cadeia polipeptídica desenovelada e prossegue em direção 
à região C-terminal, na direção em que a proteína é sintetizada. Reconhecendo o primei-
ro segmento hidrofóbico apropriado para emergir do ribossomo, a SRP ajusta a “matriz 
de leitura”: se a translocação é iniciada, o próximo segmento hidrofóbico apropriado é 
reconhecido como uma sequência de parada da transferência, induzindo a região inter-
mediária da cadeia polipeptídica a passar pela membrana. Um processo de varredura 
Figura 12-43 Integração de uma 
proteína de membrana de passagem 
única com uma sequência-sinal interna 
na membrana do RE. Uma sequência-
-sinal do RE interna que atua como um 
sinal de início da transferência pode ligar-
-se ao translocador em uma das duas vias, 
levando a uma proteína de membrana 
que possui tanto seu C-terminal (via A) 
quanto seu N-terminal (via B) no lúmen do 
RE. Proteínas são direcionadas às duas vias 
pelas características na cadeia polipeptí-
dica que flanqueia a sequência interna de 
início da transferência: se existirem mais 
aminoácidos carregados positivamente 
logo antes do núcleo hidrofóbico da 
sequência de início da transferência do 
que após essa região, a proteína de mem-
brana será inserida no translocador na 
orientação mostrada na via A; enquanto, 
se existirem mais aminoácidos carregados 
positivamente imediatamente após o nú-
cleo hidrofóbico da sequência de início da 
transferência do que antes dessa região, 
a proteína de membrana será inserida no 
translocador na orientação mostrada na 
via B. Devido ao fato de o transporte não 
poder iniciar antes que uma sequência de 
início da transferência apareça na superfí-
cie do ribossomo, o transporte da porção 
N-terminal da proteína mostrada em (B) 
somente poderá ocorrer após ela ter sido 
completamente sintetizada.
Note que existem duas formas para 
inserir uma proteína transmembrana de 
passagem única cuja região N-terminal 
esteja localizada no lúmen do RE: aquela 
mostrada na Figura 12-42 e esta mostrada 
aqui em (B).
Proteína transmembrana madura de 
passagem única na membrana do RE
NH2
CITOSOL
LÚMEN 
DO RE
COOH
NH2
NH2
NH2
+
(A)
Proteína transmembrana madura de 
passagem única na membrana do RE
CITOSOL
LÚMEN 
DO RE
COOH
NH2
NH2
NH2
+
(B)
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 681
similar continua até que todas as regiões hidrofóbicas na proteína tenham sido inseridas 
na membrana como "-hélices transmembrana.
Uma vez que as proteínas de membrana sempre estão inseridas no lado citosólico 
do RE dessa maneira programada, todas as cópias da mesma cadeia polipeptídica terão a 
mesma orientação na bicamada lipídica. Esse mecanismo gera uma assimetria na mem-
brana do RE, na qual os domínios proteicos expostos em um dos lados são diferentes dos 
domínios expostos do outro. Essa assimetria é mantida durante os muitos eventos de 
brotamento e de fusão que transportam as proteínas sintetizadas no RE a outras mem-
branas celulares (discutido no Capítulo 13). Assim, a maneira que uma proteína recém-
-sintetizada é inserida na membrana do RE determina a orientação da proteína em todas 
as outras membranas.
Quando as proteínas são extraídas de uma membrana com detergente e, então, 
reconstituídas em vesículas lipídicas artificiais, costuma ocorrer uma mistura aleatória 
de proteínas com orientações com o lado correto para fora e com o lado interno para 
fora. Assim, a assimetria proteica observada em membranas celulares parece não ser 
uma propriedade inerente às proteínas, mas resulta somente do processo pelo qual as 
proteínas passam do citosol à membrana do RE.
Figura 12-44 Integração de uma 
proteína de membrana de dupla pas-
sagem com uma sequência-sinal inter-
na na membrana do RE. Nessa proteína, 
uma sequência-sinal interna do RE atua 
como um sinal de início da transferência 
(como na Figura 12-43) e inicia a transfe-
rência da porção C-terminal da proteína. 
No mesmo ponto, após uma sequência de 
parada da transferência ter penetrado o 
translocador, este libera a sequência late-
ralmente na membrana.
NH2
COOHProteína transmembrana madura de dupla 
passagem na membrana do RE
NH2Sequência 
de parada 
de transferência
LÚMEN 
DO RE
CITOSOL
Sítio de 
ligação ao
peptídeo
hidrofóbico de
início de
transferência
Sítio de ligação
ao peptídeo
hidrofóbico de
parada de
transferência
Proteína translocadora 
NH2
NH2
Sequência 
de início 
de transferência
Figura 12-45 Inserção da proteína de 
membrana de passagem múltipla ro-
dopsina na membrana do RE. 
As rodopsinas são proteínas sensíveis à luz 
nos bastonetes fotorreceptores na retina 
dos mamíferos (discutido no Capítulo 15). 
(A) Um gráfico de hidropatia (ver Figura 
10-20) identifica sete pequenas regiões 
hidrofóbicas na rodopsina. (B) A região 
hidrofóbica mais próxima da região N-
-terminal serve como uma sequência de 
início da transferência que induz a porção 
anterior à região N-terminal da proteína 
a passar através da membrana do RE. As 
sequências hidrofóbicas subsequentes fun-
cionam alternadamente como sequências 
de início e de parada da transferência. 
As setas verdes indicam as porções da 
proteína que são inseridas no translocador. 
(C) A rodopsina integrada final tem sua 
região N-terminal localizada no lúmen do 
RE e sua região C-terminal localizada no 
citosol. Os hexágonos azuis representam 
oligossacarídeos ligados covalentemente.
1 2 3 4 5 7
Número de aminoácidos
0 100 200
(A) (C)
(B)
NH2
COOH
CITOSOL
H2N
+
Início Início Parada Início Parada Início Parada
COOH
 
 H
id
ro
fí
lic
o 
 
 
 
 H
id
ro
fó
bi
co
6
LÚMEN
682 PARTE IV Organização interna da célula
Proteínas ancoradas pela cauda são integradas na membrana do 
RE por um mecanismo especial
Muitas proteínas de membrana importantes são ancoradas na membrana por uma 
"-hélice hidrofóbica transmembrana C-terminal. Essas proteínas ancoradas pela cauda 
no RE incluem um grande número de subunidades proteicas SNARE que dirigem o trá-
fego vesicular (discutido no Capítulo 13). Quando tais proteínas ancoradas pela cauda se 
inserem na membrana do RE a partir do citosol, apenas poucos aminoácidos que seguem 
a "-hélice transmembrana na extremidade C-terminal são translocados para o lúmen do 
RE, enquanto a maior parte da proteína permanece no citosol. Devido à posição única da 
"-hélice transmembrana na sequência proteica, a tradução termina enquanto os aminoá-
cidos da porção C-terminal que irão formar a "-hélice transmembrana ainda não emergi-
ram do túnel de saída do ribossomo. O reconhecimento de SRP não é, portanto, possível. 
Por muito tempo acreditou-se que essas proteínas fossem liberadas do ribossomo e que a 
porção C-terminal hidrofóbica fosse espontaneamente incorporada na membrana do RE. 
Tal mecanismo não poderia explicar, entretanto, por que as proteínas da cauda, ancoradas 
no RE, se inserem na membrana do RE seletivamente e não em todas as outras membranas 
da célula. Está claro agora que uma maquinaria de direcionamento especializada está en-
volvida e que é abastecida pela hidrólise de ATP (Figura 12-46). Embora os componentes 
e detalhes difiram, esse mecanismo de direcionamento pós-traducional é conceitualmen-
te semelhante ao do direcionamento de proteínas dependente de SRP (ver Figura 12-37).
Nem todas as proteínas ancoradas com cauda são inseridas no RE. Algumas pro-
teínas contêm uma âncora de membrana C-terminal que possui uma informação adi-
cional de endereçamento que direciona a proteína para mitocôndrias ou peroxissomos. 
Ainda não se sabe como essas proteínas são endereçadas.
As cadeias polipeptídicas transportadas enovelam-se e são 
montadas no lúmen do RE rugoso
Muitas das proteínas no lúmen do RE estão em trânsito, en route a outros destinos; ou-
tras, contudo, residem lá normalmente e estão presentes em altas concentrações. Essas 
proteínas residentes no RE contêm um sinal de retenção no RE de quatro aminoácidos 
na sua região C-terminal que são responsáveis pela retenção da proteína no RE (ver Ta-
bela 12-3, p. 648; discutido no Capítulo 13). Algumas dessas proteínas atuam cataliti-
camente para auxiliar as muitas proteínas que são transportadas para o lúmen do RE a 
enovelar-se e montar-se corretamente.
Uma importante proteína residente no RE é a proteína dissulfeto isomerase (PDI), 
que catalisa a oxidação de grupos sulfidrila (SH) livres nas cisteínas para formar ligações 
dissulfeto (S-S). Quase todas as cisteínas nos domínios proteicos expostos no espaço ex-
tracelular ou no lúmen das organelas em vias secretoras e endocíticas são ligadas por liga-
ções dissulfeto. Ao contrário, as ligações dissulfeto são raramente formadas em domínios 
expostos ao citosol, em função da existência de um ambiente redutor no local.
Figura 12-46 Mecanismo de inserção 
de proteínas ancoradas pela cauda. 
Nessa via pós-traducional para a in-
serção de proteínas do RE ancoradas 
pela cauda, um complexo solúvel 
de pré-endereçamento captura a 
"-hélice C-terminal hidrofóbica depois que 
ela emerge do túnel de saída ribossômico 
e a carrega na ATPase Get3. O complexo 
resultante é direcionado para a membrana 
do RE pela interação do receptor de Get1-
-Get2, que funciona como uma maquina-
ria de inserção de proteínas na membrana. 
Depois que Get3 hidrolisa o ATP ligado, a 
proteína ancorada pela cauda é liberada do 
receptor e inserida na membrana do RE. A 
liberação de ADP e renovação do ATP liga-
do recicla Get3 de volta para o citosol.
RECONHECIMENTO
ENDEREÇAMENTO
RECICLAGEM
LIBERAÇÃO
ATP
ATP
ATP
ADP
Complexo 
pré-endereçamento
N
N
N
N
C
Proteína ancorada 
pela cauda
ATPase Get3
Get1-Get2
LÚMEN DO RE
CITOSOL
ATP
Pi+
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 683
Outra proteína residente no RE é a proteína chaperona BiP. Já discutimos como a 
BiP atua para puxar proteínas de modo pós-traducional para o RE por meio do transloca-
dor do RE Sec61. Como outras chaperonas (discutidas no Capítulo 13), a BiP reconhece 
proteínas enoveladas incorretamente, bem como subunidades proteicas que ainda não 
se agregaram aos seus complexos oligoméricos finais. Para isso, ela liga-se à sequência 
de aminoácidos exposta, que estaria, de modo normal, oculta no interior das cadeias 
polipeptídicas corretamente enoveladas ou agregadas. Um exemplo de sítio de ligação a 
BiP é uma faixa de aminoácidos hidrofílicos e hidrofóbicos alternados que normalmen-
te estariam embaixo de uma folha # com seu lado hidrofóbico orientado na direção do 
centro hidrofóbico da proteína enovelada. A BiP ligada impede a agregação da proteína 
e auxilia na manutenção da proteína no RE (e, assim, fora do aparelho de Golgi e das eta-
pas posteriores da via secretora). Como alguns outros membros da família de proteínas 
chaperonas hsp70, que se ligam a proteínas não dobradas e facilitam sua importação 
para mitocôndrias e cloroplastos, a BiP hidrolisa ATP para alternar entre estados de alta e 
baixa afinidade de ligação, que lhe permitem segurar e soltar suas proteínas de substrato 
em um ciclo dinâmico.
A maioria das proteínas sintetizadas no RE rugoso é glicosilada 
pela adição de um oligossacarídeo comum ligado ao N
A adição covalente de oligossacarídeos às proteínas é uma das principais funções bios-
sintéticas do RE. Cerca de metade das proteínas solúveis e ligadas à membrana que são 
processadas no RE – incluindo aquelas destinadas ao transporte para o aparelho de Gol-
gi, lisossomos, membrana plasmática ou espaço extracelular – são glicoproteínas que 
sofrem modificações nesse caminho. Muitas proteínas no citosol e núcleo são também 
glicosiladas, mas não com oligossacarídeos; elas carregam uma modificação com açúcar 
muito mais simples, na qual um único grupo N-acetilglicosamina é adicionado a uma 
serina ou treonina da proteína.
Durante a forma mais comum de glicosilação da proteína no RE, um oligossa-
carídeo precursor pré-formado (composto de N-acetilglicosamina, manose e glico-
se e contendo um total de 14 açúcares) é transferido em bloco para proteínas. Esse 
oligossacarídeo é transferido ao grupo NH2da cadeia lateral de um aminoácido aspa-
ragina na proteína, sendo, por isso, considerado ligado ao N ou ligado à asparagina 
(Figura 12-47A). A transferência é catalisada por uma enzima ligada à membrana, 
uma oligossacaril transferase, que tem seu sítio ativo exposto no lado do lúmen da 
Proteína com sítio 
para N-glicosilação
Oligossacarídeo 
ligado a lipídeo 
ancorado na 
membrana do RE
Asn
P
P
Oligossacaril
transferase
LÚMEN 
DO RE
CITOSOL
(B)(A)
N-acetilglicosamina
Manose
Glicose
Ser
Thr[ ]
Cadeia lateral
da asparagina
C CN [X]
H O
H CH2
C O
NH
NH2 COOH
Figura 12-47 Glicosilação de proteínas 
ligadas ao N no RE rugoso. (A) Quase 
tão logo a cadeia polipeptídica penetre o 
lúmen do RE, ela é glicosilada em resíduos 
de asparagina-alvo. O oligossacarídeo 
precursor (mostrado em cor) está ligado 
apenas a asparaginas nas sequências 
Asn-X-Ser e Asn-X-Thr (onde X é qual-
quer aminoácido exceto prolina). Essas 
sequências ocorrem em uma frequência 
muito menor em glicoproteínas do que 
em proteínas citosólicas não glicosiladas. 
Evidentemente essas sequências foram 
selecionadas durante a evolução de 
proteínas, presumivelmente porque a 
glicosilação em muitos sítios poderia in-
terferir com o dobramento das proteínas. 
Os cinco açúcares na caixa cinza formam 
a “região central” desse oligossacarídeo. 
Para muitas glicoproteínas, somente 
os açúcares centrais sobrevivem ao 
extenso processo de acabamento com 
oligossacarídeos que ocorre no aparelho 
de Golgi. (B) O oligossacarídeo precursor é 
transferido de um lipídeo dolicol para uma 
aspargina como uma unidade intacta em 
uma reação catalisada por uma enzima 
transmembrana oligossacaril transferase. 
Uma cópia dessa enzima encontra-se 
associada a cada proteína translocadora 
na membrana do RE. (O translocador não 
é mostrado.) A oligossacaril transferase 
contém 13 "-hélices transmembrana e 
um enorme domínio luminal do RE que 
contém seus sítios de ligação ao substrato. 
A asparagina liga-se ao túnel que penetra 
o interior da enzima. Ali, o grupo amino 
da asparagina é torcido para fora do plano 
que estabiliza as ligações amida pobre-
mente reativas, ativando-o para a reação 
com o oligossacarídeo dolicol. A estrutura 
mostrada é de um homólogo procarioto 
que se assemelha à subunidade catalítica 
da oligossacaril transferase de eucariotos. 
(Código PDB: 3RCE.)
684 PARTE IV Organização interna da célula
membrana do RE; esse fato explica por que as proteínas citosólicas não são glico-
siladas dessa forma. Uma molécula lipídica especial denominada dolicol abriga o 
oligossacarídeo precursor na membrana do RE. O oligossacarídeo precursor é trans-
ferido para a asparagina-alvo em um único passo enzimático imediatamente de-
pois de o aminoácido ter alcançado o lúmen durante a translocação da proteína. O 
oligossacarídeo precursor é ligado ao lipídeo dolicol por uma ligação pirofosfato de 
alta energia, que providencia a energia de ativação para conduzir a reação de glico-
silação (Figura 12-47B). Uma cópia da oligossacaril transferase é associada a cada 
proteína translocadora, permitindo a ela procurar e glicosilar as cadeias polipeptídi-
cas que entram de maneira eficiente.
O oligossacarídeo precursor é construído açúcar por açúcar no lipídeo dolicol li-
gado à membrana e então transferido para uma proteína. Os açúcares são primeiro ati-
vados no citosol pela formação de um intermediário açúcar-nucleotídeo (UDP ou GDP), 
que, então, doa seu açúcar (direta ou indiretamente) ao lipídeo em uma sequência or-
denada. Ao longo desse processo, o oligossacarídeo ligado ao lipídeo é movido do lado 
citosólico para o lado do lúmen da membrana do RE (Figura 12-48 ).
Toda a diversidade de estruturas de oligossacarídeos ligados ao N em glicopro-
teínas maduras resulta da modificação tardia do oligossacarídeo precursor original. 
Enquanto ainda no RE, três glicoses (ver Figura 12-47) e uma manose são rapidamente 
removidas dos oligossacarídeos da maioria das glicoproteínas. Retornaremos à impor-
tância da retirada rápida de glicoses. Essa “poda” ou “processamento” do oligossacarídeo 
continua no aparelho de Golgi, como discutido no Capítulo 13.
Os oligossacarídeos ligados ao N são de longe os mais comuns encontrados em 
90% das glicoproteínas. Com menos frequência, os oligossacarídeos são ligados ao grupo 
hidroxila na cadeia lateral dos aminoácidos serina, treonina ou hidroxilisina. Um primei-
ro açúcar desses oligossacarídeos O-ligados é adicionado no RE e o oligossacarídeo é, 
então, mais estendido no aparelho de Golgi (ver Figura 13-32).
Figura 12-48 Síntese do oligossa-
carídeo precursor ligado a lipídeo na 
membrana do RE rugoso. O oligossa-
carídeo é montado açúcar por açúcar no 
carregador lipídico dolicol (um poli-isopre-
noide; ver Painel 2-5, p. 98-99). O dolicol 
é longo e muito hidrofóbico: suas 22 uni-
dades de cinco carbonos podem atravessar 
mais de três vezes a espessura de uma 
bicamada lipídica. Assim, o oligossacarídeo 
aderido é firmemente ancorado na mem-
brana. O primeiro açúcar é ligado ao doli-
col por uma ponte pirofosfato. Essa ponte 
de alta energia ativa o oligossacarídeo 
para sua eventual transferência do lipídeo 
para uma cadeia lateral da asparagina 
de um polipeptídeo crescente no lado 
do lúmen do RE rugoso. Como indicado, 
a síntese do oligossacarídeo inicia-se no 
lado citosólico da membrana do RE e 
continua na face do lúmen após o lipídeo 
intermediário (Man)5(GlcNAc)2 ser inverti-
do através da bicamada por uma proteína 
translocadora (que não é mostrada). Todas 
as reações subsequentes de transferência 
de glicosil no lado do lúmen do RE envol-
vem transferência de dolicol-P-glicose e 
dolicol-P-manose; esses monossacarídeos 
ativados ligados a lipídeo são sintetizados 
a partir de dolicol fosfato e de UDP-glicose 
ou de GDP-manose (quando apropriado) 
no lado citosólico do RE e, então, são 
invertidos através da membrana do RE. 
GlcNAc, N-acetilglicosamina; Man, mano-
se; Glc, glicose.
LÚMEN DO RE CITOSOL
2 GlcNAc
(GlcNAc)2
(GlcNAc)2(Man)5
Man
+
5
5
“GIRANDO” 
NA MEMBRANA
Glc
(Man)9(GlcNAc)2
Man
(Man)5(GlcNAc)2
4 X
3 X
(Glc)3(Man)9(GlcNAc)2
Doador de manose produzido 
a partir de dolicol fosfato e 
GDP-manose
Doador de glicose produzido 
a partir de dolicol fosfato e 
UDP-glicose
Bicamada lipídica 
da membrana do RE
Dolicol
Dolicol
Dolicol
Dolicol
Dolicol
Dolicol
Dolicol
Dolicol
Dolicol
Dolicol
Dolicol
CTP
CDP
GDP
GDP
UDP
UDP UMP
P
P P
P P
P P
P P
P PP P
P
P
P
P
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 685
Os oligossacarídeos são utilizados como “rótulos” para marcar o 
estado de enovelamento da proteína
Tem sido longamente debatido por que a glicosilação é uma modificação comum das 
proteínas que entram no RE. Uma observação particularmente intrigante reside no fato 
de que algumas proteínas necessitam de glicosilação ligada ao N para o enovelamento 
adequado no RE, ainda que a localização precisa dos oligossacarídeos aderidos na su-
perfície da proteína não pareça ser importante. Um indício para o papel da glicosilação 
no enovelamento da proteína deriva de estudos de duas proteínas chaperonas do RE 
denominadas calnexina e calreticulina, pois necessitam de Ca2+ para suas atividades. 
Essas chaperonas são proteínas de ligação de carboidratos, ou lectinas, que se ligam a 
oligossacarídeos nas proteínas que não estão completamente enoveladas e as retêm no 
RE. Como outras chaperonas, elas impedem que as proteínas enoveladas incompleta-
mente sofram agregação irreversível. Tanto a calnexina quanto a calreticulina também 
promovem a associação de proteínas incompletamente enoveladas com outra chapero-
na do RE, que se liga a cisteínas que ainda não formaram ligações dissulfeto.
Calnexina e calreticulina reconhecem oligossacarídeos ligados ao N que contêm 
uma única glicose terminal e, portanto, elas se ligam a proteínas apenas depois que duas 
das três glicoses do oligossacarídeo precursor tenham sidoremovidas durante o corte 
de glicose por glicosidases do RE. Quando a terceira glicose é removida, a glicoproteína 
dissocia-se da sua chaperona e pode deixar o RE.
Como, então, a calnexina e a calreticulina distinguem proteínas enoveladas das 
incompletamente enoveladas? A resposta está, ainda, em outra enzima do RE, a glicosil 
transferase, que continua adicionando uma glicose àqueles oligossacarídeos que per-
deram sua última glicose. Ela adiciona a glicose, entretanto, somente a oligossacarídeos 
que estão associados a proteínas desenoveladas. Assim, uma proteína desenovelada 
sofre ciclos contínuos de retirada de glicose (por glicosidase) e de adição (pela glicosil 
transferase) e mantém uma afinidade por calnexina e calreticulina, até alcançar seu es-
tado de completo enovelamento (Figura 12-49).
As proteínas enoveladas inadequadamente são exportadas do RE 
e degradadas no citosol
Apesar de todo o auxílio das chaperonas, muitas moléculas proteicas (mais de 80% em 
algumas proteínas) transportadas para o RE falham na tentativa de alcançar seu enove-
lamento adequado ou seu estado oligomérico. Tais proteínas são exportadas de volta do 
RE para o citosol, onde são degradadas em proteassomos (discutido no Capítulo 6). Em 
muitas vias, o mecanismo de retrotranslocação é similar a outros modos de translocação 
Figura 12-49 Papel da glicosilação 
ligada ao N no enovelamento da 
proteína do RE. A proteína chaperona 
ligada à membrana do RE, calnexina, 
liga-se a proteínas incompletamente 
enoveladas contendo uma glicose ter-
minal nos oligossacarídeos ligados ao N, 
mantendo a proteína no RE. A remoção 
da glicose terminal por uma glicosidase 
libera a proteína da calnexina. Uma glicosil 
transferase é a enzima fundamental que 
determina se a proteína está enovelada 
de forma adequada ou não: se a proteína 
ainda está incompletamente enovelada, 
a enzima transfere uma nova glicose da 
UDP-glicose para o oligossacarídeo ligado 
ao N, renovando a afinidade da proteína 
pela calnexina e retendo-a no RE. O ciclo 
se repete até a proteína ter se enovelado 
completamente. A calreticulina atua de 
modo semelhante, exceto pelo fato de 
que é uma proteína solúvel residente no 
RE. Outra chaperona do RE, a ERp57 (não 
mostrada), colabora com a calnexina e a 
calreticulina na retenção de proteínas eno-
veladas incompletamente no RE. A ERp57 
reconhece grupos sulfidrila livres, que são 
um sinal de formação de pontes dissulfeto 
incompletas.
INCOMPLETAMENTE 
ENOVELADAS NORMALMENTE ENOVELADAS
NÃO 
ENOVELADAS
UDP-
-glicose
UDP
Glicosil
transferase
SAÍDA 
DO 
RE
Oligossacarídeo 
ligado ao N
Oligossacarídeo 
precursor 
Calnexina
LÚMEN DO RE
CITOSOLMembrana do RE
Glicosidase
Glicose
RECORTE 
DE GLICOSES
686 PARTE IV Organização interna da célula
pós-traducional. Por exemplo, assim como a translocação para mitocôndrias ou cloro-
plastos, proteínas chaperonas são necessárias para manter a cadeia polipeptídica em um 
estado desenovelado antes e durante a translocação. De maneira semelhante, a fonte de 
energia é necessária para dar direcionalidade ao transporte e para puxar a proteína para 
o citosol. Enfim, um translocador é necessário.
A seleção de proteínas do RE para degradação é um processo desafiador: proteínas 
mal enoveladas ou subunidades proteicas não montadas devem ser degradadas, mas 
intermediários de dobramento de proteínas recém-formadas não. Os oligossacarídeos 
ligados ao N ajudam a fazer essa distinção, o que serve como cronômetro da medida de 
quanto tempo uma proteína deve permanecer no RE. O recorte de uma manose lenta, 
em particular no núcleo do oligossacarídeo, por uma enzima (uma manosidase) no RE 
cria uma nova estrutura de oligossacarídeos que as lectinas do RE luminal do aparelho 
de retrotranslocação reconhecem. As proteínas que se dobram e saem do RE mais rá-
pido do que a manosidase podem remover sua manose-alvo, escapando, portanto, da 
degradação.
Além das lectinas no RE que reconhecem os oligossacarídeos, chaperonas e pro-
teínas dissulfeto isomerase (enzimas mencionadas antes, que catalisam a formação e 
a quebra de ligações S-S) se associam a proteínas que devem ser degradadas. As cha-
peronas impedem a agregação de proteínas mal enoveladas, e as dissulfeto isomerases 
quebram ligações dissulfeto que podem ter sido formadas incorretamente, e assim uma 
cadeia polipeptídica linear pode ser translocada de volta para o citosol.
Múltiplos complexos translocadores movimentam diferentes proteínas da mem-
brana ou lúmen do RE para o citosol. Uma característica comum é que eles contêm uma 
enzima E3 ubiquitina-ligase, que anexa etiquetas de poliubiquitina nas proteínas dese-
noveladas assim que elas emergem para o citosol, marcando-as para destruição. Alimen-
tada pela energia derivada da hidrólise de ATP, uma ATPase hexamérica da família de 
AAA-ATPases (ver Figura 6-85) puxa a proteína mal enovelada através do translocador 
para o citosol. Uma N-glicanase remove as cadeias de oligossacarídeos em bloco. Guiado 
pela sua etiqueta de ubiquitina, o polipeptídeo deglicosilado é rapidamente direcionado 
aos proteassomos, onde é degradado (Figura 12-50).
As proteínas mal enoveladas no RE ativam uma resposta à 
proteína desenovelada
As células monitoram cuidadosamente a quantidade de proteínas mal enoveladas con-
tidas em vários compartimentos. Um acúmulo dessas proteínas no citosol, por exemplo, 
desencadeia uma resposta ao choque térmico (heat-shock response, discutido no Capítulo 
6), que estimula a transcrição de genes que codificam chaperonas citosólicas que auxi-
liam no reenovelamento das proteínas. De maneira similar, um acúmulo de proteínas 
mal enoveladas no RE dispara uma resposta à proteína desenovelada, o que inclui um 
aumento na transcrição de genes que codificam proteínas envolvidas na retrotransloca-
ção e degradação de proteínas no citosol, chaperonas do RE e muitas outras proteínas 
que ajudam a aumentar a capacidade de dobramento de proteínas no RE.
Figura 12-50 Exportação e degrada-
ção de proteínas do RE mal enovela-
das. Proteínas solúveis mal enoveladas no 
lúmen do RE são reconhecidas e marcadas 
para um complexo translocador na mem-
brana do RE. Elas primeiro interagem com 
chaperonas no lúmen do RE, dissulfeto iso-
merases e lectinas. Elas são então exporta-
das para o citosol através do translocador. 
No citosol elas são ubiquitinadas, deglico-
siladas e degradadas nos proteoassomos. 
Proteínas de membrana mal enoveladas 
seguem uma via similar, mas usam um 
translocador diferente.
AAA-ATPase
S
S
ATP
ADP
N-glicanase
Ubiquitina
E3 ubiquitina-ligase
Cadeia poliubiquitina
Lectina
Proteína 
mal enovelada
Chaperona
Dissulfeto isomerase
Complexo 
translocador 
de proteínas
Proteassomo
CITOSOL
LÚMEN DO RE
Pi+
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 687
Como as proteínas mal enoveladas no RE sinalizam ao núcleo? Existem três 
vias paralelas que executam a resposta à proteína desenovelada (Figura 12-51A). A 
primeira via, inicialmente descoberta em células de levedura, é notável. Uma pro-
teína-cinase transmembrana no RE, chamada de IRE1, é ativada por proteínas mal 
enoveladas, que induzem a sua oligomerização e autofosforilação. (Alguns recepto-
res-cinase de superfície na membrana plasmática são ativados de forma semelhante, 
como discutido no Capítulo 15.) A oligomerização e autofosforilação de IRE1 ativa 
um domínio da endorribonuclease na porção citosólica da mesma molécula, que 
cliva uma molécula de mRNA citosólica específica em duas posições, excisando um 
LÚMEN DO RE
Membrana do RE
Três sensores de proteínas mal enoveladas
CITOSOL
O SPLICING
REGULADO
DE mRNA INICIA
A TRADUÇÃO DA
A FOSFORILAÇÃO INATIVA O 
FATOR DE INÍCIO DA TRADUÇÃO
PROTEÍNA REGULADORA
DA TRANSCRIÇÃO 1
ATIVAÇÃO DE GENES PARA AUMENTAR A 
CAPACIDADE DE ENOVELAMENTO DE PROTEÍNAS NO RE
A PROTEÓLISE REGULADA 
NO APARELHO DE 
GOLGI LIBERA A
PROTEÍNA REGULADORA
DA TRANSCRIÇÃO 3
TRADUÇÃO 
SELETIVA DA
PROTEÍNA REGULADORADA TRANSCRIÇÃO 2
REDUÇÃO DE 
PROTEÍNAS 
ENTRANDO NO RE
(A)
(B)
IRE1 PERK ATF6
P P P P
NÚCLEO
CITOSOL
4
6
7
1
Chaperona do RE
Poro nuclear
Regulador da 
transcrição
Proteínas mal enoveladas Proteínas mal enoveladas 
ligadas à chaperona1 AS PROTEÍNAS MAL ENOVELADAS NO 
RE SINALIZAM A NECESSIDADE DE MAIS 
CHAPERONAS NO RE. ELAS SE LIGAM E 
ATIVAM UMA CINASE TRANSMEMBRANA
2 A CINASE ATIVADA REVELA UMA 
ATIVIDADE ENDORRIBONUCLEASE
3 A ENDORRIBONUCLEASE CORTA 
MOLÉCULAS ESPECÍFICAS DE RNA EM 
DUAS POSIÇÕES, REMOVENDO UM ÍNTRON
6 O REGULADOR DA TRANSCRIÇÃO ENTRA 
NO NÚCLEO E ATIVA GENES 
CODIFICANDO CHAPERONAS DO RE
7 CHAPERONAS SÃO PRODUZIDAS NO RE, 
ONDE AJUDAM NO ENOVELAMENTO DE 
PROTEÍNAS
4 DOIS ÉXONS SÃO LIGADOS PARA 
FORMAR UM mRNA ATIVO
5 O mRNA É TRADUZIDO PARA PRODUZIR 
UM REGULADOR DA TRANSCRIÇÃO
Proteína-cinase 
transmembrana 
(sensor)
LÚMEN DO RE
3
Pré-mRNA
Íntron
mRNA chaperona
Gene da 
chaperona
2
Domínio ribonuclease
P P
5
mRNA
Éxon Éxon
Domínio 
ribonuclease
Domínio cinase
Domínio 
cinase
Figura 12-51 A resposta à proteína 
desenovelada. (A) Por três vias de sinali-
zação 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 cé-
lula a conter as proteínas mal enoveladas 
no RE. (B) O splicing regulado de RNA é o 
controle-chave de regulação na via 1 de 
resposta à proteína desenovelada 
(Animação 12.6).
688 PARTE IV Organização interna da célula
íntron. (Essa é a única exceção à regra de que os íntrons sofrem splicing enquanto o 
RNA ainda está no núcleo). Os éxons separados são então unidos por uma RNA-ligase, 
gerando um mRNA processado, que é traduzido nos ribossomos para produzir uma 
proteína reguladora de transcrição. A proteína migra ao núcleo e ativa a transcrição de 
genes codificadores de proteínas que ajudam a mediar a resposta à proteína deseno-
velada (Figura 12-51B).
Proteínas mal enoveladas também ativam uma segunda cinase transmembrana 
no RE, PERK, que inibe um fator de início da tradução pela sua fosforilação e redução 
da síntese de novas proteínas na célula. Uma consequência da redução da síntese de 
proteínas é a redução do fluxo de proteínas no RE, reduzindo então o carregamento 
de proteínas que precisam ser enoveladas lá. Algumas proteínas, entretanto, são pre-
ferencialmente traduzidas quando os fatores de início da tradução são escassos (dis-
cutido no Capítulo 7, p. 424), e uma dessas é um regulador de transcrição que auxilia a 
ativação da transcrição de genes que codificam proteínas ativas na resposta à proteína 
desenovelada.
Por fim, o terceiro regulador transcricional, ATF6, é inicialmente sintetizado como 
uma proteína transmembrana do RE. Uma vez que está incorporada na membrana do 
RE, ela não pode ativar a transcrição de genes no núcleo. Quando proteínas mal enove-
ladas acumulam-se no RE, contudo, a proteína ATF6 é transportada para o aparelho de 
Golgi, onde encontra proteases que clivam seus domínios citosólicos, que podem agora 
migrar para o núcleo e ajudar a ativar a transcrição de genes que codificam proteínas en-
volvidas na resposta à proteína desenovelada. (Esse mecanismo é similar àquele descrito 
na Figura 12-16 para ativação do regulador da transcrição que controla a biossíntese do 
colesterol.) A importância relativa de cada uma dessas três vias na resposta à proteína 
desenovelada difere em tipos celulares distintos, permitindo que cada tipo celular possa 
adequar a resposta à proteína desenovelada.
Algumas proteínas de membrana adquirem uma âncora de 
glicosilfosfatidilinositol (GPI) ligada covalentemente
Como discutido no Capítulo 10, várias enzimas citosólicas catalisam a adição cova-
lente de uma única cadeia de ácido graxo ou grupo prenila a proteínas selecionadas. 
Os lipídeos anexados ajudam a direcionar e ancorar essas proteínas à membrana ce-
lular. Um processo relacionado é catalisado por enzimas do RE, que ligam covalente-
mente uma âncora de glicosilfosfatidilinositol (GPI, glycosylphosphatidylinositol) 
à região C-terminal de algumas proteínas de membrana com destino à membrana 
plasmática. Essa ligação é formada no lúmen do RE, onde, ao mesmo tempo, o seg-
mento transmembrana da proteína é clivado (Figura 12-52). Um grande número de 
proteínas da membrana plasmática é modificado dessa forma. Uma vez que são ade-
ridas ao exterior da membrana plasmática 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 membrana plasmática. Os tripanossomos 
Figura 12-52 Adesão de uma âncora 
de GPI a uma proteína no RE. Proteínas 
ancoradas a GPI são direcionadas à mem-
brana do RE por uma sequência-sinal 
N-terminal (não mostrado), que é removida 
(ver Figura 12-42). Imediatamente após o 
término da síntese da proteína, a proteína 
precursora permanece ancorada na mem-
brana do RE por uma sequência hidrofóbi-
ca C-terminal de 15 a 20 aminoácidos; o 
restante da proteína está no lúmen do RE. 
Em um intervalo de menos de 1 minuto, 
uma enzima no RE excisa a proteína da sua 
região C-terminal ligada à membrana e, 
simultaneamente, adere a sua nova região 
C-terminal a um grupo amino em uma 
GPI intermediária pré-sintetizada. A cadeia 
de açúcar contém um inositol aderido ao 
lipídeo do qual a âncora de GPI deriva seu 
nome. Ela é seguida por uma glicosamina 
e três manoses. A manose terminal liga-se 
a uma fosfoetanolamina que fornece o 
grupo amino para a ligação da proteína. O 
sinal que especifica essa modificação está 
contido na sequência hidrofóbica C-termi-
nal e em uns poucos aminoácidos adjacen-
tes a ela no lado do lúmen da membrana 
do RE; se esse sinal é adicionado a outras 
proteínas, elas também se modificam 
dessa forma. Devido ao fato de a âncora 
de lipídeo estar covalentemente ligada, a 
proteína permanece aderida à membrana, 
com todos os seus aminoácidos expostos 
inicialmente no lúmen do RE e, por fim, no 
exterior da membrana plasmática.
H2N
COOH Glicosilfosfatidilinositol COOH
Peptídeo C-terminal clivado
Proteína ligada à 
membrana pela 
âncora de GPI
NH2
NH2
NH2
CITOSOL
LÚMEN DO RE
Inositol
P
P P
P
Etanolamina
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 689
parasitas, por exemplo, caso sejam atacados pelo sistema imune, utilizam esse meca-
nismo para liberar seu revestimento de proteínas de superfície GPI-ancoradas. As ân-
coras de GPI também são usadas para direcionar proteínas de membrana plasmática 
para balsas lipídicas e, assim, segregar as proteínas de outras proteínas de membrana 
(ver Figura 10-13).
A maioria das bicamadas lipídicas é montada no RE
A membrana do RE é o local de síntese de quase todas as principais classes de lipí-
deos da célula, incluindo fosfolipídeos e colesterol necessários à produção de novas 
membranas celulares. O principal fosfolipídeo sintetizado é a fosfatidilcolina (também 
chamada de lecitina), que pode ser formada em três etapas a partir de colina, de dois 
ácidos graxos e de glicerol fosfato (Figura 12-53). Cada etapa é catalisada por enzimas 
na membrana do RE que têm seus sítios ativos voltados para o citosol, onde são en-
contrados todos os metabólitos necessários. Assim, a síntese de fosfolipídeos ocorre 
exclusivamente no folheto citosólico da membrana do RE. Devido ao fato de os ácidos 
graxos não serem solúveis em água, eles são conduzidos dos seus sítios de síntese ao 
RE por proteínas de ligação a ácidos graxos no citosol. Depois de chegarem na mem-
brana do RE e serem ativados com coenzima A (CoA), aciltransferases adicionam dois 
ácidos graxos sucessivamente ao glicerol fosfato para produzir ácido fosfatídico. O 
ácido fosfatídico é suficientemente insolúvel em água para permanecer na bicamada 
lipídica, e não pode ser extraído dela por proteínas de ligação a ácidos graxos. Esse é, 
então, o primeiro passo para que a bicamada lipídica seja aumentada. Asetapas pos-
teriores determinam o grupo da cabeça de uma molécula de lipídeo recém-formada e, 
portanto, a natureza química da bicamada, mas não resultam em crescimento líquido 
da membrana. Os outros dois principais fosfolipídeos – fosfatidilserina e fosfatidileta-
nolamina (ver Figura 10-3) –, assim como o menor fosfolipídeo fosfatidilinositol (PI), 
são todos sintetizados nessa via.
Como a síntese de fosfolipídeo ocorre no folheto citosólico da bicamada lipídica 
do RE, é necessário que exista um mecanismo que transfira algumas das moléculas de 
fosfolipídeos recém-formados para o folheto do lado do lúmen da bicamada. Em bica-
madas lipídicas sintéticas, lipídeos não se movem da forma flip-flop (ver Figura 10-10). 
No RE, todavia, os fosfolipídeos equilibram-se através da membrana em minutos, o que é 
quase cem mil vezes mais rápido do que o flip-flop (retorno) espontâneo. Esse movimen-
to transbicamada rápido é mediado por um translocador de fosfolipídeos pobremente 
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
CH2 CH2CH
Colina
Colina
5
4
CoA
CoACoA
2
CoA2
Aciltrans-
ferase
Fosfatase Colina 
fosfotransferase
Glicerol 3-fosfato
LÚMEN DO RE
Ácido 
fosfatídico
Diacilglicerol Fosfatidilcolina
O O
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
CH2 CH2
OH
CH
O O
CH2 CH2CH
OH OH
OHOH
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
C O
CH2 CH2CH
O O
Á
ci
do
 g
ra
xo
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
C O
Á
ci
do
 g
ra
xo
O
HC
O
Ácido graxo
C
C
CMP
3
2
1
Acil-CoA-ligase
Proteína ligada 
ao ácido graxo
Bicamada 
lipídica 
do RE
CDP-colina
P
P
P P
P
P
Pi
CITOSOL
Figura 12-53 Síntese de fosfatidilco-
lina. Como ilustrado, este fosfolipídeo é 
sintetizado a partir de glicerol-3-fosfato, 
citidina-difosfocolina (CDP-colina) e ácidos 
graxos entregues ao RE por proteínas cito-
sólicas ligadas a ácidos graxos.
690 PARTE IV Organização interna da célula
caracterizado, denominado embaralhador (scramblase) que, de maneira não seletiva, 
equilibra fosfolipídeos entre os dois folhetos da bicamada lipídica (Figura 12-54). 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 fosfolipí-
dico que pertence à família de transportadores de absorção do tipo P (discutido no 
Capítulo 11). Essas flipases reconhecem especificamente fosfolipídeos que contêm gru-
pos amino livres nos seus grupos da cabeça (fosfatidilserina e fosfatidiletanolamina – ver 
Figura 10-3) e os transfere a partir do meio extracelular para o folheto citosólico, utili-
zando a energia da hidrólise do ATP. A membrana plasmática, portanto, apresenta uma 
composição fosfolipídica altamente assimétrica, que é ativamente mantida por flipases 
(ver Figura 10-15). A membrana plasmática também contém um misturador, mas, ao 
contrário do misturador do RE, que é sempre ativo, a enzima da membrana plasmática é 
regulada e ativada apenas em algumas situações, como em apoptose e em plaquetas ati-
vadas, 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.
O RE também produz colesterol e ceramida (Figura 12-55). A ceramida é sin-
tetizada pela condensação do aminoácido serina com um ácido graxo para formar o 
aminoálcool esfingosina (ver Figura 10-3); um segundo ácido graxo é então adicionado 
covalentemente para formar a ceramida. A ceramida é exportada ao aparelho de Gol-
gi, onde serve como um precursor para a síntese de dois tipos de lipídeos: as cadeias 
oligossacarídicas são adicionadas para formar glicoesfingolipídeos (glicolipídeos; ver 
Figura 10-16), e os grupos da cabeça de fosfocolina são transferidos da fosfatidilcolina 
a outras moléculas de ceramida para formar esfingomielina (discutido no Capítulo 10). 
Assim, tanto os glicolipídeos quanto a esfingomielina são produzidos tardiamente no 
processo de síntese de membrana. Pelo fato de serem produzidos por enzimas que têm 
seus sítios ativos expostos ao lúmen do Golgi e não serem substratos para transportado-
res de lipídeos, são encontrados exclusivamente no folheto não citosólico da bicamada 
lipídica que os contém.
Figura 12-54 Papel dos translocadores 
de fosfolipídeos na síntese da bicama-
da lipídica. (A) Uma vez que novas molé-
culas de lipídeos são adicionadas somente 
à metade citosólica da bicamada da mem-
brana do RE e que as moléculas de lipídeos 
não se movem de maneira espontânea 
de uma monocamada à outra, o trans-
locador de fosfolipídeo transmembrana 
(chamado de “misturador”) é necessário 
para transferir moléculas de lipídeo da 
metade citosólica à metade do lúmen, 
de modo que a membrana desenvolva-se 
como uma bicamada. O “misturador” 
não é específico para grupos da cabeça 
de fosfolipídeo em particular e, portanto, 
equilibra os diferentes fosfolipídeos entre 
as duas monocamadas. (B) Alimentada 
pela hidrólise de ATP, uma flipase grupo 
da cabeça-específica na membrana plas-
mática move ativamente fosfatidilserina e 
fosfatidiletanolamina direcionalmente do 
folheto extracelular ao citosólico, criando 
a assimetria característica da bicamada li-
pídica da membrana plasmática de células 
animais (ver Figura 10-15).
CITOSOL
LÚMEN DO RE
Bicamada lipídica 
do retículo 
endoplasmático
Crescimento 
assimétrico 
da bicamada
Crescimento simétrico 
de ambas as metades da 
bicamada
A SÍNTESE DE FOSFOLIPÍDEOS 
SOMA-SE À METADE CITOSÓLICA 
DA BICAMADA
A SCRAMBLASE CATALISA A 
TRANSFERÊNCIA DE MOLÉCULAS 
FOSFOLIPÍDICAS DO FOLHETO
CITOSÓLICA PARA O FOLHETO
DO LADO DO LÚMEN
(A) MEMBRANA DO RE (B) MEMBRANA PLASMÁTICA
EXTERIOR DA CÉLULA
CITOSOL
Bicamada lipídica 
assimétrica da membrana 
plasmática
DISTRIBUIÇÃO DA NOVA 
MEMBRANA POR EXOCITOSE
A FLIPASE CATALISA A 
LIBERAÇÃO DE FOSFOLIPÍDEOS 
ESPECÍFICOS PARA A MONOCAMADA 
CITOSÓLICA
CH3
OH
CH
OH
CH2
(CH2)12
CH
CH
CH
O
NH
(CH2)16
CH3
C
CERAMIDA
Figura 12-55 A estrutura da ceramida.
CAPÍTULO 12 Compartimentos intracelulares e endereçamento de proteínas 691
Como discutido no Capítulo 13, a membrana plasmática e as membranas do apa-
relho de Golgi, os lisossomos e os endossomos fazem parte de um sistema de membra-
nas que se comunica com o RE por meio do transporte de vesículas que transferem pro-
teínas e lipídeos. As mitocôndrias e os plastídios, todavia, não pertencem a esse sistema 
e requerem, portanto, mecanismos diferentes para a importação de proteínas e lipídeos 
para o crescimento. Já vimos que a maioria das proteínas nessas organelas é importada 
do citosol. Embora as mitocôndrias modifiquem alguns dos lipídeos que importam, não 
sintetizam lipídeos de novo; antes, seus lipídeos devem ser importados do RE, direta ou 
indiretamente, por meio de outras membranas celulares. Em ambos os casos, são neces-
sários mecanismos especiais para a transferência.
Os detalhes de como a distribuição dos lipídeos entre diferentes membranas é ca-
talisada e regulada não são conhecidos. Proteínas carreadoras solúveis em água chama-
das de proteínas de troca de fosfolipídeos (ou proteínas de transferência de fosfolipídeos) 
transferem moléculas individuais de fosfolipídeos entre as membranas, funcionando 
como proteínas de ligação a ácidos graxos que guiam os ácidos graxos através do citosol 
(ver Figura 12-54). Além disso, as mitocôndrias são frequentemente vistas em estreita 
justaposição a membranas do RE em micrografias eletrônicas, e complexas junções es-
pecíficas têm sido identificadas, as quais mantêm o RE e as membranas mitocondriais 
externas em forte proximidade. Acredita-se que esses complexos juncionais forneçam 
mecanismos específicos de transferência de lipídeos dependentes de contato que ope-
ram entre essas membranas adjacentes.
Resumo
A extensa rede do RE serve como uma fábrica para a produção de quase todos os lipídeosdas células. Além disso, a maior porção da síntese de proteínas celulares ocorre na super-
fície citosólica do RE rugoso: quase todas as proteínas destinadas à secreção ou ao próprio 
RE, o aparelho de Golgi, os lisossomos, os endossomos e a membrana plasmática são im-
portadas, primeiramente, do citosol para o RE. No lúmen do RE, as proteínas enovelam-se 
e se oligomerizam; ligações dissulfeto são formadas, e oligossacarídeos ligados ao N são 
adicionados. A glicosilação ligada ao N é utilizada para indicar o grau do enovelamento 
proteico, de tal modo que as proteínas deixam o RE apenas quando estão adequadamente 
enoveladas. As proteínas que não se enovelam ou oligomerizam corretamente são trans-
portadas de volta ao citosol, onde são desglicosiladas, poliubiquitinadas e degradadas 
em proteassomos. Se as proteínas mal enoveladas acumularem-se extensivamente no RE, 
elas desencadeiam uma resposta à proteína desenovelada, que ativa genes apropriados 
no núcleo para auxiliar o RE a contornar o problema.
Apenas as proteínas que portam uma sequência-sinal especial do RE são impor-
tadas para ele. A sequência-sinal é reconhecida por uma partícula de reconhecimento 
de sinal (SRP), que se liga à cadeia polipeptídica crescente e ao ribossomo e os direciona 
a uma proteína receptora na superfície citosólica da membrana do RE rugoso. Essa li-
gação à membrana do RE inicia o processo de translocação que força uma alça da ca-
deia polipeptídica através da membrana do RE, pelo poro hidrofílico de uma proteína 
translocadora.
As proteínas solúveis – destinadas ao lúmen do RE para secreção ou transferência 
ao lúmen de outras organelas – passam completamente para o lúmen do RE. As proteínas 
transmembrana destinadas ao RE ou a outras membranas celulares são transportadas 
parcialmente através da membrana do RE e permanecem lá ancoradas por um ou mais 
segmentos de "-hélice em sua cadeia polipeptídica que atravessam a membrana. Essas 
porções hidrofóbicas da proteína podem atuar como sinais de início ou de parada da 
transferência durante o processo de translocação. Quando um polipeptídeo contém múl-
tiplos sinais alternantes de início e de parada da transferência, ele passará múltiplas ve-
zes para trás e para a frente através da bicamada como uma proteína transmembrana 
de passagem múltipla.
A assimetria da inserção da proteína e da glicosilação no RE estabelece a assi-
metria das membranas de todas as outras organelas que o RE supre com proteínas de 
membrana.
O QUE NÃO SABEMOS
 • Como os receptores de importa-
ção nuclear lidam com o interior 
emaranhado semelhante a um gel 
do complexo de poro nuclear de 
maneira tão eficiente?
 • O complexo de poro nuclear é 
uma estrutura rígida ou ela pode 
ser expandida e contraída depen-
dendo da carga transportada?
 • Comparações de sequências mos-
tram que as sequências-sinal para 
uma proteína individual como a 
insulina são extremamente con-
servadas entre as espécies, muito 
mais do que seria esperado a par-
tir do nosso entendimento atual 
de que tudo o que importa para a 
sua função são características es-
truturais gerais, como hidrofobici-
dade. Que outras funções podem 
sinalizar sequências que poderiam 
contribuir para a conservação evo-
lutiva da sequência?
 • Como são arranjados os polirri-
bossomos na membrana do retí-
culo endoplasmático para que o 
próximo ribossomo inicial possa 
encontrar um translocador deso-
cupado?
 • Por que a partícula de reconheci-
mento do sinal possui uma subu-
nidade de RNA indispensável?