Resumo Biologia Celular e Molecular - AV 4

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Resumo Biologia Celular e Molecular – AV 4
# Núcleo
Esse compartimento é delimitado por um envelope nuclear formado por duas membranas de bicamada lipídica concêntricas. Essas membranas são perfuradas em intervalos por grandes poros nucleares, que transportam moléculas entre o núcleo e o citoplasma. O envelope nuclear está diretamente ligado à extensa membrana do RE, que se estende do núcleo ao citoplasma. O núcleo é sustentado mecanicamente por uma rede de filamentos intermediários chamada lâmina nuclear, que forma uma fina rede de camadas dentro do núcleo logo abaixo da membrana nuclear interna. Essa compartimentalização das enzimas e componentes nucleares serve para estabelecer um ambiente em que as reações bioquímicas são facilitadas pela alta concentração dos substratos e das enzimas.
A lâmina nuclear é composta pela polimerização de ptns da família de filamentos intermediários. São responsáveis pela organização, estabilidade e forma do núcleo, está ancorada na membrana interna do envoltório e nos poros, promovendo a ligação estrutural entre o DNA e o envoltório nuclear.
- DNA e seus graus de compactação no núcleo (p. 200-218)
A representação dos 46 cromossomos é chamada de cariótipo.
Utilização do corante Giemsa é utilizado para detectar anormalidades nos cromossomos.
Os cromossomos de muitos eucariotos, incluindo o homem, contêm, além dos genes, um excesso enorme de DNA intercalante que parece não conter informação relevante. Embora seja chamado de DNA-lixo, essas sequências são essenciais para a expressão gênica correta de determinados genes. Apenas uma pequena porcentagem do genoma humano codifica ptns. As sequências codificantes são chamadas éxons e as sequencias intercalantes não-codificantes são chamadas íntrons. Além dos éxons e íntrons, cada gene está associado a sequências de DNA reguladoras, que são responsáveis por assegurar que cada gene será ativado e desativado no devido tempo, expresso no nível adequado e apenas em determinados tipos celulares.
Entre os diversos organismos vivos, algumas sequências genéticas permaneceram semelhantes desde a sua separação a partir de um ancestral comum. Essas sequências com similaridades são conhecidas como regiões conservadas, que incluem éxons funcionais importantes e sequências reguladoras de DNA, com papel fundamental para a sobrevivência dos organismos.
Os cromossomos altamente condensados nas células em divisão são denominados cromossomos mitóticos, quando são mais facilmente visualizados. Quando a célula está em intérfase, os cromossomos estão estendidos e se alongam, não sendo facilmente identificados.
Três sequências de nucleotídeos são essenciais nas moléc de DNA para que elas possam formar cromossomos durante a replicação: 1 centrômero, 2 telômeros e origens de replicação. Os cromossomos eucarióticos possuem muitas origens de replicação, que são locais onde a duplicação do DNA é iniciada, no sentido de aumentar a velocidade desse processo. O centrômero permite que cada cromossomo duplicado e condensado seja levado para a cada célula-filha no momento da divisão celular. Um complexo proteico chamado cinetócoro é formado no centrômero e liga o fuso mitótico aos cromossomos duplicados, permitindo que eles sejam separados. Já os telômeros são as extremidades dos cromossomos, que contém sequências nucleotídicas repetidas que aumentam a eficiência da replicação desses trechos e, também, formam estruturas que evitam que as extremidades cromossômicas sejam confundidas com uma moléc de DNA quebrada que necessita de reparo.
- Compactação do DNA
As ptns responsáveis por compactar o DNA são divididas em 2 classes: histonas e ptns cromossômicas não-histonas. O conjunto de DNA + ptns é chamado de cromatina.
Nucleossomo: As histonas são responsáveis pelo primeiro nível de organização cromossômica: nucleossomo. O ponto onde o DNA se enrola nas histonas é chamado de cerne do nucleossomo. No cerne do nucleossomo é encontrado um complexo de 8 ptns histonas (octâmero de histonas) e a fita dupla de DNA enrolada ao redor dele. Nesse primeiro nível de condensação, o DNA é reduzido a 1/3 do seu tamanho. Na sua formação, as histonas são dobradas e, além do dobramento, cada uma possui uma cauda N-terminal de aa que se projeta para fora do cerne histona-DNA. Essas caudas estão sujeitas a diferentes tipos de modificações covalentes que, por sua vez, controlam aspectos críticos da estrutura e função da cromatina. As histonas estão entre as ptns eucarióticas mais conservadas. Embora a associação entre o cerne de histonas e o DNA seja muito forte, esse enrolamento pode ser afrouxado quando a região está sendo lida para transcrição ou replicação. Esse afrouxamento é possível graças aos complexos de remodelamento de cromatina, dependentes de ATP para deslocar a fita dupla de DNA do cerne de histonas do nucleossomo. Assim, a cada ciclo de ligação com o ATP, o DNA é deslocado em relação ao octâmero de histonas. Além disso, por meio da cooperação com chaperonas de histonas, alguns complexos de remodelamento de cromatina podem remover dímeros de histonas e substituí-los por formas variantes de histonas ou ainda, removendo completamente o octâmero de histonas.
Fibra de 30nm: é como a maior parte do DNA se encontra na célula in vivo. São duas teorias principais, que indicam que os nucleossomos se dobram entre si (em forma de tetranucleossomos em zigue-zague ou em forma de solenoide) graças às ligações feitas por suas caudas N-terminais, com o auxílio de uma histona de ligação H1, menos conservada evolutivamente.
As alças firmadas pelas fibras de 30nm se organizam em torno de um arcabouço, que forma algo como um esqueleto.
- Ambientes bioquímicos dentro do núcleo (p. 241-243)
O nucléolo consiste em redes de 10 cromossomos diferentes que possuem genes para síntese de RNAr e ptns em torno de RNAr em transcrição, geralmente existindo como múltiplos nucléolos. O nucléolo é o sítio de montagem e maturação do ribossomo, sendo também o local em que ocorrem diversas reações especializadas. Além do nucléolo existem outras regiões especializadas no núcleo, como os corpos de Cajal e aglomerados de grânulos de intercromatina. Tais estruturas podem originar ambientes bioquímicos distintos pela mobilização de macromoléculas, que podem entrar nesses espaços para serem processadas com grande eficiência. Porém, ao contrário dos compartimentos limitados por membrana, esses subcompartimentos nucleares não podem concentrar pequenas moléculas específicas. Esses subcompatimentos são formados apenas quando necessários, para criar uma alta concentração local de diversas enzimas e moléc de RNA para um determinado processo. Outro exemplo de subcompartimento são as fábricas de reparo, conjunto de enzimas necessário para efetuar o reparo do DNA quando este é atingido por irradiação. Outros pontos são os de síntese de RNAm.
A matriz nuclear é o material insolúvel que permanece no núcleo após uma série de etapas de extração bioquímica. Existe uma estrutura de sustentação intranuclear, análoga ao citoesqueleto.
O retículo nucleoplásmico é um análogo do REL, que regula o Ca2+ intranuclear.
- Exportação de RNAm eucariótico do núcleo (p. 358-366)
Quando ocorre a transcrição do DNA, é formada uma moléc de pré-RNAm, repleta ainda de íntrons, e o processamento vem seguido de erros. Conforme a moléc de RNA é processada, ela perde ptns e adquire outras, indicando, dessa forma, que houve a realização bem-sucedida de determinadas etapas do processamento. É apenas quando as ptns presentes na moléc de RNAm coletivamente indicarem que o processamento foi adequadamente finalizado, a moléc pode sair do núcleo. RNAm erroneamente processados ou outros fragmentos são retidos no núcleo, onde serão degradados pelo exossomo celular. 
Dentre as ptns que se agregam às moléc de pré-RNAm, as mais abundantes são as hnRNP (ptns ribonucleares nucleares heterogêneas). Algumas dessas ptns desenrolam as hélices em grampo do RNA de tal forma que os sinais de splicing e outros sinais sobre o RNA podem ser lidosmais facilmente.
Os RNAm adequadamente processados são guiados através dos canais aquosos do complexo do poro nuclear (NPC) da membrana do núcleo, que o conecta diretamente com o citosol celular. Apenas pequenas moléc podem difundir-se livremente por esse canal. No entanto, a maioria das macromoléc celulares necessitam de processos especiais que envolvem gasto energético para atravessar os NPC.
As macromoléculas são transportadas através dos NPC via receptores de transporte nuclear os quais, dependendo da identidade da macromolécula, as escoltam do núcleo para o citoplasma ou vice-versa. Esses receptores ligam-se às moléculas apenas para transportá-las e, uma vez no citosol, o receptor se dissocia do RNAm e entra novamente no núcleo.
Além das proteínas que demarcam que determinada etapa se deu de forma bem-sucedida, outras proteínas presentes no núcleo ligam-se a essa molécula de RNA, podendo afetar o destino da molécula após seu transporte para o citosol.
- RNA não codificadores
A maioria dos RNA nas células desempenha funções estruturais e catalíticas. Os RNA mais abundantes nas células são os RNAr, que formam o cerne do ribossomo. Uma RNA-polimerase especializada dedica-se à síntese dos RNAr. Cada ribossomo na célula possui pelo menos um de cada tipo de RNAr. Para isso, a célula possui múltiplas cópias de genes de RNAr (cerca de 200 em humanos). Existem 4 tipos de RNAr eucarióticos, sendo que 3 desses são sintetizados por meio de modificações químicas e clivagem de um único grande precursor de RNAr e o 4º RNAr é sintetizado a partir de um grupo separado de genes por uma polimerase diferente e não necessita de modificações químicas.
Ocorrem grandes modificações químicas no RNAr precursor antes que os RNAr sejam clivados a partir dele e montados sob a forma de ribossomos (metilações e isomerações). Cada modificação é realizada em uma posição específica no RNAr precursor. Essas posições são determinadas por RNA-guias que se posicionam pelo pareamento de bases com o RNAr precursor e, assim, trazem uma enzima modificadora de RNA para a posição correta. Outros RNA-guias promovem a clivagem dos RNAr precursores em RNAr maduros. Os RNA-guias fazem parte de uma classe de RNA chamada snoRNA (pequenos RNA nucleolares). 
O nucléolo é a região onde acontece o processamento de RNAr e sua montagem sob a forma de subunidades ribossomais. É um grande agregado de macromoléculas, incluindo genes de RNAr, precursores de RNAr, RNAr maduros, enzimas processadoras, snoRNA, ptns ribossomais e ribossomos parcialmente montados. 
Em uma célula humana, os genes de RNAr estão distribuídos em 10 grupos, localizados próximo à extremidade de uma das duas cópias de cinco cromossomos diferentes. Durante a intérfase, esses 10 cromossomos contribuem com alças de DNA (contendo os genes para RNAr) para o nucléolo. Na fase M, quando os cromossomos condensam, os nucléolos desaparecem. Na telófase, a medida que os cromossomos retornam para seu estado semidisperso, as extremidades dos 10 cromossomos coalescem e o nucléolo se reorganiza.
Além da montagem dos ribossomos, o nucléolo também é a região onde outros RNA são rpduzidos e outros complexos RNA-ptn são montados. Os RNAt, que transportam os aa para a síntese proteica, são processados no nucléolo. Dentro do nucléolo encontram-se 3 subrregiões: componente fibrilar denso, centro fibrilar e componente granular.
A partir do gene de RNAr, é transcrito o precursor de RNAr 45S. Com a atuação dos snoRNA e ptns para processamento e associadas, essa molécula precursora é processada em uma grande partícula ribonucleoproteica, já associada às outras moléculas de RNAr. Essa partícula continua a ser processada até que se formam as duas subunidades ribossomais, que são exportadas separadamente e só atingem sua forma funcional final no citoplasma. Acredita-se que a transcrição de genes de RNAr ocorra entre o centro fibrilar denso e o centro fibrilar e que o processamento ocorra nos componentes granulares adjacentes.
Além do nucléolo existem no núcleo outras estruturas subnucleares, como os corpos de Cajal, GEMS (Gemini of Cajal bodies) e grupos de grânulos de intercromatina (speckles). Seu aparecimento é provavelmente resultado da forte associação de ptns e de componentes do RNA envolvidos na síntese, montagem e estocagem de macromoléculas envolvidas na expressão gênica.
- Transporte de moléculas entre o núcleo e o citosol (p. 704-712)
As membranas interna e externa mantêm composições proteicas distintas: a membrana interna contém ptns específicas que atuam como locais de ancoramento para a cromatina e para a lâmina nuclear; a membrana externa é contínua com a membrana do RE, apresentando ribossomos acoplados. As ptns sintetizadas nesses ribossomos são transportadas para o espaço entre as membranas nucleares interna e externa (espaço perinuclear), o qual é contínuo com o lúmen do RE.
Os NPC perfuram o envelope nuclear de todos os eucariotos e são compostos por aproximadamente 30 ptns NPC diferentes (nucleoporinas), que estão arranjadas em clara simetria octogonal. Cada NPC possui um ou mais canais aquosos através dos quais pequenas moléculas solúveis em água podem difundir-se passivamente.
Para atravessarem o NPC, as moléculas e partículas possuem os chamados sinais de localização nuclear, que são sinais de endereçamento responsáveis pela seletividade desse processo nuclear de importação.
O processo de transporte ativo através do NPC começa quando as partículas que contém os sinais de localização nuclear se ligam a fibrilas do tipo tentáculos que se estendem na margem no NPC para o citoplasma e, então, continuam até o centro do NPC. Então, a barreira formada por regiões não-estruturadas das ptns do NPC é empurrada, permitindo que as partículas atravessem. Esse transporte é feito com gasto de energia.
Para iniciar o transporte nuclear, os sinais de localização nuclear devem ser reconhecidos por receptores de importação nuclear. Cada membro dessa família de receptores codifica uma ptn receptora especializada no transporte de um grupo de ptns de carga (que contém o sinal de localização). Os receptores de importação são ptns citosólicas solúveis que se ligam tanto a sinais de localização nuclear quanto a ptns do NPC, algumas das quais formam as fibrilas do NPC que se estendem ao citosol. Essas fibrilas incluem um grande número de pequenas repetições de aa, sendo chamadas de repetições FG (fenilalanina e glicina). As repetições FG servem como sítios de ligação para os receptores de importação. Esses complexos receptor-carga movem-se ao longo do caminho por sucessivos eventos de ligação e dissociação. Uma vez no núcleo, os receptores de importação dissociam-se da sua carga e retornam ao citosol.
A exportação de moléculas do núcleo ocorre de forma semelhante à importação, mas o seu sistema de transporte utiliza os sinais de exportação nuclear e os receptores de exportação nuclear. Os receptores de importação e exportação são codificados pela mesma família de genes dos receptores de transporte nuclear (carioferinas).
O transporte de moléculas através dos NPC é feito de forma ativa. A célula obtém energia necessária para esse processo por meio de hidrólise do GTP pela GTPase Ran monomérica. A conversão entre os estados ligados a GTP ou GDP é feito por 2 ptns reguladoras: GAP (ptn ativadora de GTPase, que aciona a hidrólise do Ran-GTP em Ran-GDP – localizada no citosol, que contém mais Ran-GDP) e um GEF (fator de troca de guanina, que converte Ran-GDP em Ran-GTP – localizada no núcleo, que contém mais Ran-GTP). Esse gradiante de Ran-GTP e Ran-GDP é importante pois dirige o transporte nuclear na direção apropriada. Assim, o acoplamento de receptores de importação nuclear para repetições FG no lado citosólico do NPC ocorre quando esses receptores estão ligados à sua carga. Se atingirem o lado nuclear, a Ran-GTP liga-se a eles fazendo com que os receptores de importação liberem sua carga. Como a Ran-GDP no citosol não se liga a receptores de transporte, o descarregamento ocorre somente nolado nuclear no NPC. Após descarregar a carga no núcleo, o receptor de importação vazio com Ran-GTP ligada é transportado de volta para o citosol. Lá a Ran-GAP estimula a Ran-GTP a hidrolisar o GTP ligado, convertendo-a em Ran-GDP.
As células controlam algumas ptns reguladoras de genes por meio de sua retenção fora do compartimento nuclear, até que sejam necessárias no núcleo. Em muitos casos, esse controle depende da regulação da localização nuclear e de sinais de exportação, que podem estar ligados ou desligados, geralmente por fosforilação e defosforilação de aa adjacentes à sequência-sinal. Outras ptns reguladoras de genes estão ligadas a ptns citosólicas inibitórias que os ancoram no citosol ou mascaram seus sinais de localização nuclear de tal modo que são incapazes de interagir com receptores de importação nuclear.
A lâmina nuclear, localizada no lado nuclear da membrana interna do núcleo, é uma malha de subunidades proteicas interconectadas chamadas de laminas. As laminas são uma classe de filamentos intermediários que da forma e estabilidade ao envelope nuclear, ao qual está encorada por adesão aos NPC e a ptns integrais de membrana da bicamada interna. A lâmina interage diretamente com a cromatina. 
Quando um núcleo se desagrega durante a mitose, a lâmina nuclear despolimeriza-se. Essa desagregação é consequência da fosforilação direta das laminas nucleares pelas quinases dependentes de ciclina (Cdk), ativadas no início da mitose. Ao mesmo tempo, as ptns da membrana nuclear interna são fosforiladas, os NPC desmontam-se e se dispersam pelo citosol. A dineína, ligada aos microtúbulos, participa ativamente no rompimento do envelope nuclear. 
Para a reorganização do núcleo ao início da telófase, porque a Ran-GEF permanece ligada à cromatina quando o envelope nuclear é rompido, moléculas de Ran próximas à cromatina estão principalmente em sua conformação ligada a GTP. Essa nuvem de Ran-GTP desloca localizadamente receptores de importação nuclear de ptns NPC, os quais começam processos de agregação de NPC ligados à superfície de cromossomos. Ao mesmo tempo, ptns da membrana interna nuclear e laminas defosforiladas ligam-se à cromatina. Membranas do RE envolvem grupos de cromossomos e continuam a se fusionar até que formem um firme envelope nuclear.
# Ciclo Celular
- O Ciclo Celular (p. 1053-1114)
A duplicação dos cromossomos ocorre durante a fase S. A segregação dos cromossomos e a divisão celular ocorrem na fase M. A fase M é dividida em mitose e citocinese, a divisão citoplasmática da célula-mãe.
A mitose é dividida em 5 fases: 
	Prófase: as duas moléc de DNA são condensadas em pares chamados cromátides-irmãs, que se ligam aos fusos mitóticos.
	Metáfase: alinhamento das cromátides-irmãs no equador do fuso mitótico.
	Anáfase: separação das cromátides-irmãs para os polos do fuso mitótico.
	Telófase: desmonte do fuso e empacotamento dos cromossomos em núcleos diferentes.
Entre as fases S e M existem as fases de intervalo, importantes para o crescimento da massa celular e duplicação das organelas, que são G1 e G2. As fases G1, S e G2 são chamadas, em conjunto, de intérfase.
Durante a fase G1, as células monitoram as condições externas e os sinais extracelulares de outras células afim de se assegurar que as condições são adequadas para a duplicação celular. Quando as condições são boas, elas avançam até um ponto ao fim de G1 chamado de Início, quando se comprometem com as mudanças bioquímicas no interior da célula para que ocorra a mitose. Quando as condições não são favoráveis, as células podem entrar em um estágio de repouso especializado chamado de G0.
Controle do ciclo
O sistema de controle do ciclo celular é como um cronômetro que propicia uma quantidade fixa de tempo para cada evento do ciclo celular. O sistema de controle, contudo, é independente dos eventos da célula, continuando a funcionar mesmo que aqueles eventos falhem. No entanto, existem sensores que retarde a progressão do sistema de controle caso algum dos eventos falhe. O sistema de controle possui uma série de interruptores bioquímicos, que iniciam cada evento no ciclo em um sistema liga/desliga, completando aquele evento uma vez que ele é iniciado.
O sistema de controle ativa a progressão do ciclo celular em 3 pontos de verificação:
. Início: quando a célula se compromete com a divisão celular e a duplicação dos cromossomos.
. G2/M: desencadeia eventos mitóticos iniciais que levam ao alinhamento dos cromossomos no equador do fuso mitótico.
. Metáfase/anáfase: estimula a separação das cromátides-irmãs, levando ao fim da fase M.
Os componentes centrais do sistema de controle são as Cdk (quinases dependentes de ciclina), cuja atividade inicia ou regula os principais eventos do ciclo celular. A atividade das Cdk, por sua vez, é regulada por proteínas chamadas ciclinas, que direcionam as Cdk para as ptns-alvo específicas. Assim, é o complexo ciclina-Cdk ativo que desencadeia eventos no ciclo celular. As ciclinas são divididas em 4 classes, correspondentes aos pontos de verificação do ciclo:
. G1/S-ciclinas: ativam Cdk no final de G1, ajudando a desencadear a progressão do Início.
. G1-ciclinas: ajuda a regular atividades das G1/S-ciclinas.
. S-ciclinas: se ligam às Cdk após a progressão do Início e ajudam a estimular a duplicação dos cromossomos. Elas também ajudam a controlar alguns eventos mitóticos iniciais e permanecem em níveis elevados até a mitose.
. M-ciclinas: ativam Cdk que estimulam a entrada na mitose no ponto de verificação G2/M.
Na ausência das ciclinas, o sítio ativio da Cdk é parcialmente ocultado por uma placa de ptn. A ligação da ciclina faz com que a placa se afaste do sítio ativo, resultando na ativação parcial da enzima Cdk. A ativação total do complexo ciclina-Cdk ocorre quando a CAK (quinase ativadora de Cdk) fosforila um aa próximo à entrada do sítio ativo da Cdk.
No entanto, a atividade das Cdk possui outros reguladores, que aumentam ou inibem sua atividade. A quinase Wee1 fosforila um par de aa no topo do sítio ativo da Cdk, inibindo a atividade do complexo ciclina-Cdk. Esses sítios podem ser defosforilados pela fosfatase Cdc25, que, assim, aumenta a atividade do complexo. Já as CKI (ptns inibidoras de Cdk) estimulam um grande rearranjo na estrutura do sítio ativo da Cdk1, tornando-o inativo. Enquanto o par Wee1-Cdc25 controla as atividades em M-Cdk no início da mitose, as CKI regulam as atividades de G1/S-Cdk e S-Cdk. 
O principal regulador da transição entre metáfase e anáfase é o complexo promotor da anáfase ou ciclossomo (APC/C), membro das famílias de ligases de ubiquitina. Os APC/C, para serem ativados, se associam a uma subunidade de ativação Cdc20 (anáfase) e Cdh1 (final da mitose a início de G1). As ubiquitinas são enzimas que transferem múltiplas cópias da pequena ptn ubiquitina para ptn-alvo específicas, resultando na sua destruição proteolítica nos proteossomos. Assim, a APC/C catalisa a ubiquitinação da securina, que protege as ligações proteicas que mantém os pares de cromátides-irmãs unidos no início da mitose. A APC/C também catalisa a ubiquitinação das S-ciclinas e M-ciclinas, inativando a maioria das Cdk. A destruição dessas ptns faz com que as ptns fosforiladas por Cdk na fase S e no início da mitose sejam defosforiladas, dando prosseguimento à conclusão da fase M. O APC/C permanece ativo em G1, propiciando período estável de inatividade das Cdk. Os APC/C são inativados no final da G1. De forma semelhante ao APC/C, a SCF ubiquitina ptns CKI no final de G1, ajudando a controlar a ativação das S-Cdk e da replicação do DNA.
Em resumo: quando as condições para a proliferação celular são adequadas, sinais internos e externos estimulam a ativação da G1-Cdk, que estimula a expressão de genes que codificam G1/S-cilcinas e S-ciclinas. A ativação resultante da G1/S-Cdk conduz a progressão ao ponto de verificação Início. Ali, G1/S-Cdk desencadeiam a atividade das S-Cdk, que iniciam a duplicação dos cromossomos na fase S. A ativação da M-Cdk desencadeia a progressão aoponto de verificação G2/M e aos eventos do início da mitose, levando ao alinhamento das cromátides irmãs no equador do fuso mitótico. Finalmente, o APC/C (junto com seu ativador Cdc20) provoca a destruição da securina e de ciclinas na transição metáfase e anáfase, desencadeando a segregação das cromátides-irmãs e a conclusão da mitose.
Fase S
A replicação do DNA começa nas numerosas origens de replicação de cada cromossomo. Ptns especializadas desenrolam a dupla-hélice e enchem os dois moldes de fitas simples com as enzimas de replicação. A fim de garantir que a duplicação de cromossomos ocorre somente 1 vez a cada ciclo celular, a fase de iniciação da replicação do DNA é dividida em 2 etapas distintas, dirigidas pelo controle do ciclo: 
. Final da mitose-início de G1 (licenciamento): o complexo pré-replicativo (pré-RC), complexo de ptns iniciadoras, agrupa-se nas origens de replicação. Nesse momento, o ORC (complexo de reconhecimento de origem) se liga às origens de replicação e recruta outras ptns, incluindo a Cdc6, para formar o pré-RC.
. Início da fase S: componentes do pré-RC nucleiam a formação de complexo proteico maior, o complexo de pré-iniciação, que desenrola a hélice de DNA e transporta enzimas. Isso resulta no desmantelamento do pré-RC, que não pode ser remontado naquela origem até a próxima G1.
A montagem do pré-RC é inibida pelas Cdk e estimulada pelo APC/C. No início da fase S, a ativação da S-Cdk desencadeia a formação de um complexo de pré-iniciação, que inicia a síntese de DNA. Como as atividades dos complexos S-Cdk e M-Cdk permanecem altos (a atividade do APC/C permanece baixa) até o final da mitose, novos pré-RC não podem ser montados nas origens ativadas até o final do ciclo. Ao mesmo tempo que inicia a replicação do DNA, a S-Cdk desencadeia a desmontagem de alguns componentes do pré-RC na origem. As Cdk fosforilam os ORC e as ptns Cdc6 resultando na sua inibição. Além disso, a inativação do APC/C no final de G1 também ajuda a desligar a montagem do pré-RC. O APC/C inativo causa a acumulação da ptn geminina, que inibe um componente da pré-RC chamado Cdt1. No final da mitose, a ativação do APC/C leva à inativação das Cdk e à destruição das gemininas. Os componentes da pré-RC são defosforilados e o Cdt1 é ativado, permitindo a montagem do pré-RC.
No final da fase S, cada cromossomo replicado consiste em um par de cromátides-irmãs idênticas, coladas uma à outra ao longo da sua extensão. Essa coesão depende de um grande complexo proteico chamado de coesina. A coesina forma grandes estruturas similares a anel que circundam as cromátides-irmãs.
Mitose
Do ponto de vista de regulação, a mitose pode ser dividida em 2 partes principais:
. Aumento brupto da atividade da M-Cdk no ponto de verificação G2/M, desencadeando eventos da fase inicial da mitose (prófase, prometáfase e metáfase). Nesse período, a M-Cdk e outras quinases mitóticas fosforilam ptns, levando à montagem do fuso mitótico e à ligação destes aos pares de cromátides-irmãs.
A M-Cdk desencadeia a condensação dos cromossomos, a reorganização em grande escala das cromátides irmãs, promove a desintegração do envelope nuclear, induz a montagem dos fusos mitóticos e assegura que cada cromátide-irmã de um par se ligue a ele. Para isso, a M-Cdk conta com a ajuda das Plk (quinases similares a polo) e quinases Aurora. 
A ativação da M-Cdk começa com o acúmulo de M-ciclina (durante as fases S e G2, a ciclina é produzida). Acumula-se, então, o complexo M-Cdk à medida que a célula se aproxima da mitose. Em G2, embora a CAK fosforile esses complexos, eles permanecem na sua forma inativa pela atividade da Wee1. E, então, ativada a fosfatase Cdc25, que remove os fosfatos inibidores da M-Cdk. A fosfatase Cdc25 também pode ser ativada por feedback positivo, uma vez que a M-Cdk ativa estimula a ação da fosfatase.
A condensação das cromátides-irmãs depende de um complexo proteico chamado condensina, de estrutura similar à coesina. A fosforilação de subunidades de condensina pela M-Cdk estimula essa atividade de enrolamento, propiciando um mecanismo pelo qual a M-Cdk pode promover a reestruturação dos cromossomos no início da mitose.
A M-Cdk também aciona a montagem dos fusos no início da mitose. Os microtúbulos no fuso mitótico saem dos centrossomos (polos do fuso) em direção ao equador da célula. As extremidades - são orientadas aos polos e as extremidades + se irradiam para fora dos polos. Enquanto alguns filamentos interagem com as extremidades + dos microtúbulos do outro polo (microtúbulos interpolares), outros ligam-se às cromátides-irmãs em estruturas chamadas cinetócoros, localizadas nos centrômeros de cada cromátide (microtúbulos do cinetócoro). Outros fusos, ainda, se irradiam em direção ao córtex da célula, ajudando o posicionamento do fuso. O complexo G1/S-Cdk estimula a duplicação do centrossomo, que se movem em separado ao longo do envelope nuclear em direção a polos opostos da célula (dineína e cinesina-5). As extremidades + dos microtúbulos entre eles se interdigitam e formam os microtúbulos interpolares.
A desintegração do envelope nuclear começa quando a M-Cdk fosforila várias subunidades com poros nuleares (NPC), desmontando esses complexos e sua dissociação do envelope. A M-Cdk também fosforila componentes da lâmina nuclear e várias ptns internas do núcleo, formando pequenas vesículas. As MAP (ptns associadas a microtúbulos) e os fatores de catástrofe são ptns que desencadeiam o aumento da instabilidade dinâmica dos microtúbulos durante a mitose.
Os cromossomos mitóticos também influenciam a formação dos fusos, uma vez que orientam a polimerização dos microtúbulos (se um cromossomo for movido, os microtúbulos da posição antiga se desfazem e são formados novos). Essa propriedade dos cromossomos depende dos GEF ligados à cromatina (A GEF estimula a GTPase Ran a ligar GTP em lugar de GDP). A Ran-GTP ativada libera ptns estabilizadoras de microtúbulos no citosol, estimulando tanto a nucleação como a estabilização local dos microtúbulos em torno dos cromossomos).
Os microtúbulos do fuso são ligados a cada cromátide-irmã no cinetócoro, estrutura proteica que se forma sobre o centrômero das cromátides. As extremidades + dos microtúbulos são diretamente encaixadas em sítios especializados de ligação a microtúbulos dentro dos cinetócoros. Esse tipo de ligação, no qual as cromátides-irmãs se ligam a microtúbulos de diferentes polos é chamado de biorientação. Essa biorientação é possível porque os cinetócoros-irmãos são construídos de costas um para o outro, garantindo sua orientação para polos opostos. Além disso, ligações incorretas não produzem a tensão apropriada e são, assim, instáveis. A detecção dessa tensão depende da ptn-quinase Aurora-B.
Uma vez ligados corretamente, os cromossomos assumem a posição equidistante entre os dois polos do fuso, numa posição chamada placa metafásica.
. Transição entre metáfase e anáfase, quando um APC/C provoca a destruição da ptn inibidora securina, liberando uma protease chamada separase que cliva a coesina e, com isso, inicia a separação das cromátides-irmãs. O APC/C também desencadeia a destruição de ciclinas, levando à inativação das Cdk e à defosforilação dos alvos das Cdk.
Ainda que a M-Cdk monte o palco para a separação das cromátides-irmãs na anáfase, o APC/C é o interruptor que inicia a separação das cromátides-irmãs, ao ubiquitinar várias ptns reguladoras mitóticas, destruindo-as. A anáfase começa com uma súbita disrupção da coesão de cromátides-irmãs, que permite às irmãs se separarem e se moverem a polos opostos do fuso. O APC/C inicia esse processo ao direcionar a ptn inibidora securina à destruição. Além da securina, o APC/C direciona as S-ciclinas e as M-ciclinas à destruição, levando à perda da maioria das atividades das Cdk. 
O APC/C é ativado graças à M-Cdk. Explico: o APC/C depende da ptn Cdc20 para ser ativado e essa Cdc20 é fosforilada e ativada pela M-Cdk. Assim, embora a atividade da M-Cdk caia na anáfase, ela monta o palco para a progressão à anáfase.O complexo APC/C-Cdc20 ativado, por sua vez, destrói as ciclinas e, assim, o complexo M-Cdk que a ativou (feedback negativo).
As células normalmente passam cerca de metade da mitose em metáfase, esperando o sinal do APC/C que induz a separação das cromátides-irmãs. Nesse momento há o ponto de verificação da montagem do fuso, que assegura que a célula não entre na anáfase até que todos os cromossomos estejam corretamente biorientados no fuso. Os cinetócoros ligados de forma incorreta geram um sinal que inibe a ativação do Cdc20-APC/C.
A segregação cromossômica (perda da coesão das cromátides-irmãs e seu repuxamento a polos opostos) ocorre pela movimentação dos cromossomos por meio de 2 processos diferentes: anáfase A e anáfase B. A anáfase A é o movimento inicial dos cromossomos em direção aos polos, acompanhado pelo encurtamento dos microtúbulos. A Anáfase A depende de 2 forças princpais: 1) força que puxa o cinetócoro e seu cromossomo associado ao longo do microtúbulo em direção ao polo do fuso, com a despolimerização da extremidade +; 2) fluxo de microtúbulos, força na qual os microtúbulos íntegros são movidos em direção aos polos do fuso e desintegrados em sua extremidade -. A anáfase B começa após as cromátides-irmãs terem se separado e os cromossomos-irmãos já terem se distanciado um pouco. Sua força depende de mecanismos dirigidos por motores: a cinesina-5 ligam as extremidades + sobrepostas dos microtúbulos interpolares, afastando os polos; dineínas ancoram as extremidades + dos microtúbulos astrais do córtex da célula, distanciando os polos.
Na telófase, os 2 conjuntos de cromossomos são empacotados em um par de núcleos-filhos. O primeiro evento principal na telófase é a desmontagem do fuso mitótico, seguida pela reformação do envelope nuclear. Inicialmente, fragmentos da membrana nuclear se associam à superfície de cromossomos individuais. Esses fragmentos se fundem para envolver parcialmente grupos de cromossomos e depois coalescem para formar novamente o envelope nuclear completo, já com os NPC incorporados. Uma vez formado o envelope nuclear, os NPC bombeiam ptns nucleares para o interior, o núcleo se expande e os cromossomos mitóticos condensados são reorganizados em seu estado interfásico. 
- A citocinese é a divisão do citoplasma. A primeira mudança visível da citocinese é o aparecimento de uma prega ou sulco de clivagem. O sulco rapidamente se torna mais profundo e se espalha ao redor da célula até dividi-la completamente. A estrutura subjacente a esse processo é o anel contrátil, um grupamento formado por filamentos de actina, miosina II e ptns estruturais e reguladoras. A fusão de vesículas intracelulares com a membrana adiciona mais membrana para compensar o aumento na área de superfície. Quando a contração é concluída, a inserção e a fusão da membrana selam a brecha entre as células-filha. A citocinese ocorre em 4 estágios: iniciação, contração, inserção de membrana e conclusão.
Em células interfásicas, os filamentos de actina e miosina formam uma rede cortical subjacente à MP. Quando as células entram na mitose, esses arranjos se desestruturam. Quando as cromátides-irmãs se separam na anáfase, a actina e a miosina II se acumulam no anel contrátil que está sendo montado. Após a anáfase, o anel se contrai para gerar a força que divide o citoplasma em 2. O anel contrátil é inteiramente repartido no final, quando a clivagem termina, uma vez que a membrana plasmática do sulco de clivagem se estreita para formar o corpo mediano, que é uma corrente entre as células-filha e contém os restos do fuso central (estrutura proteica derivada dos microtúbulos interpolares, firmemente empacotados em conjunto dentro de um material denso de matriz).
A RhoA (GTPase da família das Ras) controla a montagem e o funcionamento do anel contrátil no sítio de clivagem. É ativada no córtex celular, no futuro sítio de divisão, onde promove a formação do anel. A RhoA é inativa quando ligada à GDP e ativa quando ligada à GTP. A ativação da RhoA depende da RhoGEF.
O correto posicionamento do anel contrátil e do local onde ocorrerá a citocinese é determinado pelo fuso mitótico. Durante a anáfase, o fuso gera sinais que iniciam a formação do sulco em uma posição a meio caminho entre os polos, assegurando, desse modo, que a divisão ocorra entre os 2 conjuntos de cromossomos separados. A citocinese também ocorre na hora correta porque a defosforilação de substratos Cdk, que depende da destruição de ciclinas na metáfase e na anáfase, inicia a citocinese.
- As organelas envoltas por membranas também precisam se dividir e serem igualmente distribuídas entre as células-filha. Mitocôndrias normalmente existem em grande número e são distribuídas sem problemas. O RE em células interfásicas é contínuo à membrana nuclear e se encontra organizado pela ajuda de microtúbulos do citoesqueleto. Após a entrada na fase M, a reorganização dos microtúbulos e a desintegração do envelope nuclear liberam o RE. Assim, na citocinese, a organela é simplesmente dividida em duas. O aparelho de Golgi é reorganizado e fragmentado durante a mitose. Fragmentos do Golgi se associam aos polos do fuso e são, desse modo, distribuídos a polos opostos do fuso, garantindo que cada célula-filha herde os materiais necessários para reconstruir o Golgi na telófase.
- Embora a divisão celular normalmente seja seguida pela divisão citoplasmática, existem exceções, isto é, casos em que as células sofrem múltiplos ciclos de divisão celular sem divisões citoplasmáticas. Essa célula polinucleada resultante é chamada de sincício. Isso ocorre em megacariócitos (produtoras de plaquetas sanguíneas), hepatócitos e células musculares cardíacas.
Para que uma célula animal se prolifere, ela deve receber sinais extracelulares estimuladores, sob a forma de mitógenos, de outras células, geralmente suas vizinhas.
- Caso ocorra algum dano no DNA (radiação ionizante ou produtos químicos, por exemplo), a célula é capaz de interromper o ciclo celular a fim de reparar o dano. Os pontos de verificação onde essa interrupção pode ocorrer são em Início (antes de entrar na fase S) e na fase G2/M (antes de entrar na mitose). Os danos no DNA dão início a uma via de sinalização pela ativação de um par de ptns quinases: ATM e ATR, que se associam ao local do dano e fosforilam ptns-alvo, incluindo as quinases Chk1 e Chk2. 
Um importante alvo dessas quinases fosforiladas é a ptn p53, que estimula a transcrição do gene que codifica uma ptn CKI chamada p21. A p21 liga-se a complexos G1/S-Cdk e S-Cdk e inibe suas atividades, ajudando a bloquear a entrada no ciclo celular. A p53 é uma moléc altamente instável e, em geral, interage com uma ptn Mdm2, que funciona como uma ubiquitina-ligase, direcionando a p53 para os proteassomos para degradação. A fosforilação da p53 diminui a afinidade pela Mdm2 e seus níveis sobem muito na célula. A perda da função da p53, como ocorre em pelo menos metade dos cânceres humanos, permite à célula cancerosa acumular mutações mais facilmente.
Outros alvos importantes das quinases Chk1 e Chk2 são as fosfatases proteicas Cdc25. As Cdc25 são importantes na ativação da M-Cdk e sua inativação impede a entrada do ciclo na fase M.
Se os danos no DNA forem severos a ponto de não ser possível sua correção, as células cometem suicídio, sofrendo apoptose.
- As células podem sofrer mitose apenas um número limitado de vezes. Após esse limite ser atingido, as células entram em um estado de não-divisão do qual não saem mais. Esse fenômeno é chamado de senescência celular replicativa. Em fibroblastos humanos, a senescência celular pode ser explicada pelos telômeros (sequências de DNA repetitivo e ptns associadas presentes nas extremidades dos cromossomos). Quando a célula se divide, as sequências de DNA telomérico não são replicadas da mesma maneira que o restante do genoma – ao invés disso, são sintetizados pela enzima telomerase. Como fibroblastos humanos são deficientes em telomerase, seus telômeros se tornam mais curtos a cada divisão celular e suas capasde ptn protetora se deterioram progressivamente. Finalmente, as extremidades cromossômicas expostas são identificadas como DNA danificado, o que ativa uma interrupção do ciclo celular dependente de p53. A maioria das células cancerosas readquiriu a capacidade de produzir telomerase e não sofrem esse tipo de senescência.
# Morte celular
- Apoptose (p. 1115-1129)
Mudanças bioquímicas importantes ocorrem na célula que está em processo de apoptose: o fosfolipídio fosfatidilserina, de carga negativa, localizado exclusivamente na monocamada interna da membrana plasmática, é exposto para a monocamada interna, servindo como sinalizador da célula que está em apoptose; há também perda do potencial elétrico que normalmente existe na membrana interna das mitocôndrias.
As caspases são proteases responsáveis pela apoptose. Elas existem no citosol celular, mesmo das células que não estão morrendo, em uma forma inativa chamada de procaspase. Quando ativas, as caspases clivam suas ptns-alvo e também outras caspases, gerando uma cascata proteolítica que culmina na morte da célula. As caspases que agem no início da cascata proteolítica são chamadas de caspases iniciadoras (2, 8, 9, 10) que clivam e ativam as caspases executoras (3, 6, 7). Dentre os alvos estão: lâmina nuclear, inibidor de endonuclease (nucleasse é uma enzima que degrada o DNA), componentes do citoesqueleto, ptns de adesão célula-célula e célula-matriz.
As procaspases possuem um domínio CARD (domínio de recrutamento de caspase) que permite que elas se liguem a outras procaspases através de ptns adaptadoras. A proximidade gerada faz com que uma procaspase clive a outra, gerando um complexo tetramérico que é a caspase ativa.
Duas vias de ativação são capazes de ativar a atividade das caspases:
- Via extrínseca: nas células existem receptores de morte, ptns transmembranares com um domínio externo para ligar o sinal e um domínio interno que liga ptns adaptadoras, o domínio de morte. Os receptores de morte pertencem a duas famílias: TNF (receptores do fator de necrose tumoral) e Fas. Quando ligados pelos ligante Fas, os domínios de morte Fas recrutam ptns adaptadoras intracelulares que recrutam procaspases iniciadoras, formando o DISC (complexo de sinalização indutor de morte). Ativadas em DISC, caspases inicadoras-8 e 10 recrutam caspases executoras e a cascata é ativada. No entanto, a via extrínseca é controlada por receptores armadilha, que competitivamente inibem os receptores de morte pois não possuem o domínio interno de morte. Outra via de controle é a produção de ptns bloqueadoras, como as FLIP, que se parecem com caspases iniadoras, mas sem o domínio proteolítico.
- Via intrínseca: a via intrínseca pode ser ativada em resposta a estresses da célula ou mesmo por uma falha no DNA ou em sua replicação. A via intrínseca depende da liberação, no citosol, de ptns mitocondriais que normalmente residem no espaço intermembranar. Uma ptn essencial é o citocromo c, componente da cadeia transportadora de elétrons. Uma vez no citosol, ele se liga a uma ptn adaptadora ligante de procaspase chamada Apaf1 (fator-1 de ativação da protease apoptótica), provocando a oligomerização de 7 Apaf1 em um heptâmero chamado de apoptossomo. O apoptossomo recruta procaspases inicadoras-9, que são ativadas. 
A via intrínseca é controlada por uma classe de ptns reguladoras da família Bcl2, que podem ser proapoptóticas e antiapoptóticas. As ptns Bcl2 regulam a via intrínseca pelo controle da liberação do citocromo c no citosol. As ptns Bcl2 antiapoptóticas são: Bcl2 e Bcl-XL e as ptns Bcl2 proapoptóticas consistem em 2 subfamílias: ptns BH123 (Bax e Bak) e ptns BH3-apenas. Assim, quando um estímulo apoptótico dispara a via intrínseca, ptns BH123 Bax e Bak se tornam ativadas e se agregam para formar oligômeros na membrana mitocondrial, induzindo a liberação do citocromo c. Assim, mesmo em ausência de sinal apoptótico, enquanto a Bak está ligada na à membrana mitocondrial, a Bax está no citosol e só se transloca para a mitocôndria depois que um sinal apoptótico a ativa. Bak e Bax também são encontradas na membrana do RE. As ptns Bcl2 antiapoptóticas também estão localizadas na membrana mitocondrial e no RE, atuando de forma a regular a atuação das ptns proapotóticas, inibindo-as. As ptns BH3-apenas proapoptóticas têm como principal função inibir as ptns antiapoptóticas, mas elas também podem ligar-se à Bak e Bax ajudando a disparar sua ativação e agregamento.
Em alguns casos, a via extrínseca recruta a via intrínseca para amplificar a cascata de caspase e matar a célula. A conexão entre as duas vias é a ptn BH3-apenas Bid. Quando receptores de morte ativam a via extrínseca, a caspase iniciadora-8 cliva a Bid produzindo uma forma truncada de Bid chamada tBid. A tBid se transloca para a mitocôndria onde inibe ptns Bcl2 antiapoptóticas e causa a agregação de Bak e Bax, liberando o citocromo c e, assim, amplificando o sinal de morte.
- IAP (inibidores de apoptose): seus domínios BIR permitem às IAP ligarem-se e inibirem caspases ativadas. Algumas IAP também fazem poliubiquitinação de caspases, marcando-as para destruição. Dessa maneira, as IAP estabelecem um limiar que as caspases ativadas devem cruzar para disparar a apoptose. No entanto, as antiIAP são capazes de impedir a ligação do domínio da IAP a uma caspase.
Os fatores de sobrevivência atuam de forma inversa aos fatores de morte, inibindo a apoptose, frequentemente por membros reguladores das ptns Bcl2: aumento na produção de Bcl2 antiapoptóticas; inibição da função das Bcl2 proapoptóticas; fosforilação e inativação das antiIAP. A simples ausência de fatores de sobrevivência já dispara a via intrínseca da apoptose.
# Tráfego intracelular de vesículas
- Mecanismos moleculares do transporte entre os compartimentos do sistema de endomembranas / Processos de biossíntese e transporte de moléculas desde o RE até o Golgi (p. 749-779)
Cada compartimento membranoso da célula possui em sua membrana marcadores moleculares expostos na camada citosólica que servem como sinais de orientação. As vesículas de transporte que brotam das organelas especializadas possuem um revestimento proteico sobre suas superfícies citosólicas. Esse revestimento proteico possui 2 funções: concentra ptns específicas de membrana em uma região especializada que dá origem à membrana vesicular, selecionando as moléc apropriadas para transporte; modela a vesícula em formação, pois agregam-se em grades curvadas semelhantes a cestas, deformando a região da membrana e dando origem à vesícula. Uma vez separada da organela de origem, o revestimento proteico da vesícula é descartado. Existem 3 tipos de vesículas revestidas: revestidas por clatrina, por COPI e por COPII. A montagem dos revestimentos é regulada pelas GTPases recrutadoras de revestimento, pois muitas ptns ligantes de GTP estão envolvidas nas muitas etapas do transporte vesicular. Duas classes de ptns regulam os estados ativo - ligado à GTP - e inativo - ligado à GDP: GEF (liga GTP, ativando) e GAP (liga GDP, inativando). As GTPases recrutadoras de revestimento incluem as ptns Arf (responsável pela montagem de clatrina e COPI) e Sar1 (responsável pela montagem de COPII).
As vesículas revestidas por clatrina transportam material provindo da MP e entre os compartimentos endossômicos e do Golgi. Cada subunidade de clatrina consiste em cadeias polipeptídicas que, juntas, formam uma estrutura de 3 pernas chamada trisquélion, que formam uma rede semelhantes a um cesto que se estruturam como uma gaiola ao redor das membranas. A grade de clatrina liga-se à membrana por meio de ptns adaptadoras (adaptinas) que também aprisionam várias ptns transmembrana, incluindo os receptores que capturam moléc-carga. A medida que um broto revestido de clatrina cresce, ainda preso à organela secretora, ptns citoplasmáticas solúveis, incluindo a dinamina, montam-se como um anel ao redor do pescoço de cada broto. As dinaminas possuem um sítio de ligação que ancora a ptn à mebrana e um domínio GTPase que regula afrequência na qual as vesículas se liberam da membrana. Para se liberarem, as duas lâminas não-citosólicas da membrana se aproximam e se fundem. Para finalizar a tarefa, a dinamina e outras ptns auxiliam nessa tarefa e liberam a vesícula. Uma vez liberada a vesícula, o revestimento de clatrina se solta.
As vesículas revestidas por COPI e COPII transportam material no início da via secretora: as revestidas por COPII brotam do RE e as revestidas por COPI brotam do Golgi.
O retrômero é um revestimento montado sobre endossomos e forma vesículas que devolvem receptores de hidrolase ácida ao aparelho de Golgi. O retrômero é montado quando suas unidades se ligam às caudas citoplasmáticas dos receptores de carga e podem se ligar a um fosfatidilinusitol fosforilado – PIP (um fosfolipídio de membrana), que atua como marcador endossomal.
As vesículas de transporte exibem marcadores de superfície que as identificam de acordo com as suas origens e os seus tipos de carga, enquanto as membranas-alvo exibem receptores complementares que reconhecem os marcadores apropriados, garantindo, assim, a especificidade em direcionamento. As ptns Rab direcionam as vesículas aos locais específicos na membrana-alvo correta, sendo GTPases monoméricas. As Rab estão envolvidas com o processo de ancoramento (docking). Cada ptn Rab associa-se com uma ou mais organelas da via biossintética-secretora ou endocítica e cada uma dessas organelas possui pelo menos 1 ptn Rab em sua superfície citosólica. Em seu estado ligado à GDP as ptns Rab estão inativas e ligadas a ptns inibidoras que as mantêm solúveis no citosol. Em seu estado ligado à GTP, elas são ativas e fortemente associadas à membrana de uma organela ou vesícula de transporte. As ptns SNARE medeiam a fusão das bicamadas lipídicas. Enquanto as v-SNARE são encontradas na membrana de vesículas, as t-SNARE são encontradas nas membranas-alvo. As v-SNARE e as t-SNARE possuem domínios helicoidais característicos e quando uma v-SNARE se encontra com uma t-SNARE, os domínios de uma se envolvem nos domínios da outra para formar um feixe estável. Os complexos trans-SNARE resultantes prendem as duas membranas juntas. No processo de exocitose regulada, essa fusão é retardada até que a secreção seja desencadeada por um sinal extracelular específico – gerando influxo de Ca2+ que desencadeia o processo de fusão. A desmontagem dos complexos é catalisada pela ptn NSF, uma ATPase que utiliza a energia da hidrólise do ATP para desemaranhar a interação entrelaçada dos domínios das SNARE.
- Retículo endoplasmático
No RER há ribossomos acoplados que realizam a síntese de ptns que deverão sofrer algum tipo de processamento antes de serem efetivamente ativadas e exercerem suas funções. 
O ribossomo possui 3 sítios: sítio A (aminoacil, que reconhece o aa do RNAm), sítio P (que adiciona novos aa à ptn em formação) e sítio E (extrusão).
Na membrana do RE, a sequência sinal do RNAm é reconhecida pela SRP (ptn reconhecedora de sinal), que expõe seu sítio a um receptor na superfície do RE que faz com que o complexo se ligue à membrana do RE. Assim, abre um poro na superfície do RE chamado translocon, onde a sequência sinal se fixa. Nesse momento, a SRP se solta e a ptn começa a crescer para dentro do lúmen da organela. Ali, encontra as chaperonas, que são ptns responsáveis pelo enovelamento da ptn. Se a ptn em formação for transmembranar, sequencias sinalizadoras irão interromper a translocação para o lúmen e a ptn passará a crescer para o lado citosólico da organela. Ptns multipasso apresentarão diversas sequências-sinal que a prenderão na bicamada lipídica. Quando a tradução acaba, uma enzima chamada peptidase sinal corta o peptídio sinal que estava preso no translocon e o ribossomo se solta.
A ptn recém-formada, então, passará por uma série de modificações até que esteja madura e pronta para ser ativada. A primeira dessas transformações ocorre no lúmen do próprio RE, que realiza a primeira glicosilaçao, do tipo N-ligada. Esse açúcar se liga ao aa Asp (asparagina) e é formado por 2 acetilglicosamina, 9 manose e 3 glicose. Esse açúcar é montado a uma âncora de dolicolfosfato, lipídio de membrana responsável pela captação de açúcares do citoplasma. Assim, uma enzima (glicosil transferase) corta o glicídio no radical fosfato e o liga à ptn em formação, com pouco gasto de energia. Em seguida, esse açúcar é modificado, com adição de manoses (high manose) e as glicoses (glicosidase I e glicosidase II) são retiradas para orientar o correto enovelamento dessa ptn. A glicose, então, funciona como sinalizadora das ptns de enovelamento. A ptn high manose formada e corretamente enovelada seguirá o caminho constitutivo até o Golgi, onde o processamento será mais específico.
Se uma ptn do RE não foi corretamente enovelada, a enzima UGGT recoloca a glicose e há nova tentativa de enovelamento. Se ainda assim o erro não for reparado, a ptn defeituosa será encaminhada para o proteassomo para degradação.
A biossíntese de membrana também é responsabilidade do RER. A síntese de fosfolipídios ocorre na monocamada interna da membrana da organela e eles são expostos na monocamada externa através da atuação das enzimas flipases, responsáveis pelo flip-flop.
No REL, ocorre o metabolismo de lipídios e é o local onde ocorrem as reações de desintoxicação da célula pela atuação da família de citocromos P450. Além disso, é no REL que fica armazenado o Ca2+.
- Transporte RE – Golgi
As vesículas que saem do RE são empacotadas por COPII. Essas vesículas brotam de sítios especializados do RE chamados sítios de saída do RE, cujas membranas não possuem ribossomos ligados. Muitas ptns de membrana são recrutadas ativiamente para essas vesículas, onde elas se tornam concentradas. Essas ptns-carga exibem sinais de saída em suas superfícies citosólicas que são reconhecidos por componentes do revestimento COPII. Esses componentes do revestimento atuam como receptores de carga e são reciclados de volta para o RE depois de terem entregado suas cargas ao aparelho de Golgi. Esse transporte de recuperação ou retrógrado é feito por vesículas revestidas por COPI. Para retornarem ao RE, essas ptns devem apresentar sinais que estimulem esse transporte. Quando ptns solúveis residentes do RE são empacotadas junto com as ptns-carga em direção ao Golgi, elas devem voltar para o RE também. Para isso, elas contêm um curto sinal de recuperação chamado de sequência KDEL. Essas ptns solúveis ligam-se ao receptor de KDEL, uma ptn transmembrana. Para ligar-se de forma eficiente APENAS a ptns solúveis de RE que estão no Golgi, sua afinidade por esses ptns nas duas organelas deve ser diferente. Essa diferença de afinidade se dá por sutis alterações iônicas e de pH dentro de cada organela.
Para serem transportadas a partir do RE, as ptns devem ter sido corretamente dobradas ou montadas. Caso isso não tenha acontecido, elas se ligam a chaperonas, que encobrem os sinais de saída ou ancoram essas ptns no RE, onde serão eventualmente transportadas para os proteassomos para degradação.
- Aparelho de Golgi
Consiste em uma coleção de compartimentos achatados chamados de cisternas. O Golgi é dividido em regiões especializadas: face cis (face de entrada), associada com a rede cis-Golgi ou CGN; e face trans (face de saída), associada com a rede trans-Golgi ou TGN. As ptns que entram na CGN a partir do RE podem ir adiante no aparelho de Golgi até serem secretadas na TGN para a MP ou outro compartimento ou podem retornar para o RE. As ptns que saem na TGN podem seguir para lisossomos, vesículas secretoras ou serem devolvidas a um compartimento anterior do Golgi. O Golgi tem a função de reprojetar os oligossacarídeos que passaram pelo controle de qualidade do RE de modo que eles possam cumprir novas funções, produzindo estruturas heterogêneas vistas nas ptns maduras.
A rede cis-Golgi recebe vesículas do RE e fosforila os oligossacarídeos nas ptns lisossomais (fosforilam manoses). Na região cis há remoção de manoses. Na camada medial ocorre ainda a remoção de manoses,mas adição de outros açúcares (glicosilação O-ligada). Na região trans há adição de outros açúcares. Finalmente, na região trans-Golgi, os produtos são endereçados a lisossomos, MP ou vesículas de secreção.
A glicosilação das ptns é um processo fundamental. A glicosilação N-ligada promove o dobramento das ptns de 2 maneiras: produz intermediários de conformação mais solúveis, prevenindo, portanto, sua agregação; as modificações sequenciais do oligossacarídeo N-ligado estabelecem um glicocódigo que marca a progressão do dobramento de ptns e medeia a ligação das ptns às chaperonas. Além disso, a presença de oligossacarídeos tende a tornar uma glicoproteína mais resistente à digestão por proteases. Também, como as cadeias de açúcares são muito específicas, elas servem para reconhecimento celular.
- Transporte da rede trans do Golgi para lisossomos (p. 779-787)
Os lisossomos são compartimentos definidos por membranas, com ptns de membrana altamente glicosiladas, preenchidos por enzimas hidrolíticas (hidrolases ácidas – proteases, nucleases, glicosidases, lipases, fosfolipases, fosfatases, sulfatases). Para terem atividades, elas precisam de um ambiente ácido, com pH em torno de 4,7. Na membrana dos lisossomos há uma H+ ATPase vacuolar, que utiliza a energia da hidrólise do ATP para bombear H+ para dentro do lisossomo. 
As moléc endocitadas são entregues em vesículas para organelas intracelulares pequenas e de formatos irregulares chamadas de endossomos iniciais. Enquanto algumas moléc são seletivamente retiradas e recicladas para a MP, outras seguem para os endossomos tardios, de interior levemente mais ácido, onde a digestão hidrolítica das moléculas é iniciada conforme os lisossomos amadurecem. 
Vesículas de transporte carregam as ptns sintetizadas no RE e processadas no Golgi em direção aos endossomos tardios. As hidrolases lisossômicas carregam uma marca única na forma de grupos de manose 6-fosfato (M6P). As ptns receptoras de M6P transmembrana, presentes na TGN, reconhecem os grupos de M6P e ligam-se a eles no lado do lúmen e às ptns adaptadoras do revestimento de clatrina no lado citosólico. Essas vesículas, então, fundem-se aos endossomos tardios. À medida que o valor do pH diminui durante a maturação endossômica, as hidrolases lisossomais dissociam-se dos receptores de M6P e começam a digerir o material endocitado. Em seguida, os receptores de M6P são recuperados em vesículas de transporte revestidas de retrômero que brotam dos endossomos e são devolvidos às membranas da TGN.
A secreção lisossômica do conteúdo não-digerido permite que as células eliminem os restos.
Os lisossomos também realizam a autofagia, isto é, a digestão de partes da própria célula em compartimentos chamados autofagossomos. 
- Doenças de estoque lisossomal
São defeitos genéticos que afetam uma ou mais hidrolases lisossômicas. Esse defeito resulta no acúmulo de substratos não-digeridos nos lisossomos. Na maioria dos casos há uma mutação em um gene estrutural que codifica a hidrolase específica. 
Doença de Hurler: deficiência ou ausência de enzima para quebra de glicosaminoglicanos (glicosaminoglicanos-fosfotransferase – GlcNAc-fosfotransferase).
Doença da inclusão celular: quase todas as enzimas hidrolíticas estão ausentes dos lisossomos de fibroblastos e seus substratos não-digeridos se acumulam nos lisossomos. Nesses pacientes, essas hidrolases são encontradas no sangue pois elas não foram corretamente classificadas no aparelho de Golgi, sendo secretadas ao invés de transportadas para os lisossomos.
- Endocitose e exocitose (p. 787-812)
A endocitose é dividida em fagocitose e pinocitose de acordo com o tamanho do material ingerido. 
- Na fagocitose, ocorre a ingestão de grandes partículas como microrganismos e células mortas por meio de grandes vesículas chamadas fagossomos. Existem células fagocíticas especializadas (macrófagos e neutrófilos) responsáveis pela defesa do organismo contra a infecção por microrganismos invasores. Os macrófagos também fagocitam células senescentes e células que morreram por apoptose. Os fagossomos fundem-se com lisossomos dentro da célula e o material ingerido é degradado. Substâncias indigeríveis permanecerão no lisossomo como corpos residuais, que podem ser excretados por exocitose. 
A endocitose é um processo que só pode ser desencadeado pela ativação de receptores que transmitem sinais para o interior celular e desencadeiam a resposta fagocítica. Os anticorpos são desencadeadores melhor caracterizados. Eles se ligam à superfície dos microrganismos infecciosos para formar um revestimento no qual a cauda dos anticorpos (região Fc) fica exposta para o exterior. Esse revestimento é reconhecido por receptores de Fc específicos cujas ligações induzem a célula fagocítica a estender pseudópodos que engolfam a partícula e que se fundem nas extremidades para formar um fagossomo. GTPases da família Rho estimulam a polimerização localizada de actina por meio dos ativadores Rho-GEF.
- Na pinocitose, ocorre a ingestão de fluidos e de solutos por meio de pequenas vesículas pinocíticas. Esse processo é contínuo. Inicialmente, fossas revestidas por clatrina se formam continuamente na superfície da célula e rapidamente invagina-se e destaca-se para formar uma vesícula revestida por clatrina. Nesse processo, qualquer substância dissolvida no fluido extracelular é internalizada. Em segundos, essas vesículas perdem seu revestimento e são capazes de fundirem-se com endossomos iniciais.
Algumas vesículas pinocíticas são frascos profundamente invaginados chamados de cavéolos. As principais ptns estruturais dos cavéolos são as caveolinas, que compõem uma família de ptns integrais de membrana incomuns que não se estendem através da membrana. Acredita-se que os cavéolos invaginem-se e coletem ptns-carga devido à composição lipídica da membrana caveolar. Os cavéolos destacam-se da MP utilizando a dinamina e podem entregar seus conteúdos a compartimentos semelhantes a endossomos, os caveossomos ou para a MP do lado oposto em célula polarizada (transcitose).
- A endocitose pode ser mediada por receptores para importar macromoléculas extracelulares selecionadas. Nesse processo, as macromoléculas ligam-se às ptns receptoras transmembrana complementares, acumulam-se em fossas revestidas e entram na célula em vesículas revestidas de clatrina. Dessa maneira, partículas de colesterol são endocitadas. Caso essa captação seja bloqueada, o colesterol irá acumular-se no sangue e poderá contribuir para a formação das placas ateroscleróticas nas paredes dos vasos sanguíneos. A maior parte do colesterol é transportada no sangue na forma de LDL. Receptores de LDL inseridos na MP difundem-se até associarem-se a fossas revestidas de clatrina em processo de formação. Quando os LDL encontram o pH baixo dos endossomos, são liberados e entregues aos lisossomos. Então, eles serão hidrolisados em colesterol livre, que estará disponível para a síntese de membranas. Os receptores são reciclados e voltam para a MP.
- O receptor de transferrina segue uma via de reciclagem semelhante à do receptor de LDL, mas também recicla seu ligante. A transferrina é uma ptn solúvel que carrega Fe2+ no sangue. Uma vez endocitada, a diminuição do pH induz a liberação do ferro da transferrina, que volta juntamente com seu receptor para a superfície celular. Ao entrar em contato com o pH neutro do meio extracelular, dissocia-se do seu receptor e fica livre.
- A transcitose é a transferência de moléculas específicas de um espaço extracelular para outro. Esses receptores são endocitados e, então, seguem uma via que parte dos endossomos para um domínio diferente da MP. Primeiramente, os receptores movem-se do endossomo inicial para um compartimento endossômico intermediário, o endossomo de reciclagem. Os receptores possuem sinais de distribuição que os guiam para o tipo apropriado de vesícula de transporte, saindo do endossomo e dirigindo-se para a membrana-alvo apropriada.
- Exocitose
A exocitose pode fazer parte da via constitutiva dacélula, mas também ser rigidamente regulada em células especializadas em secreção, como neurônios e células digestivas. O conteúdo a ser secretado fica armazenado em vesículas secretoras que brotam da TGN. Essas vesículas, que brotam na forma imatura da TGN sofrem um processo de concentração e ativação proteolítica até estarem maduras e prontas para serem exocitadas.